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热老化对阻燃电缆护套层的燃烧性能与热解动力学的影响

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中国安全生产科学技术 2023年第9期19卷 143-149页

作者：颜龙王文强徐志胜陈善求中南大学防灾科学与安全技术研究所湖南长沙410075 金杯电工股份有限公司湖南长沙410205

为研究热老化温度对电缆服役安全性的影响,利用氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、万能试验机和热重分析仪分析热老化温度对电缆护套层的阻燃性能、力学性能和热解性能的影响,并运用Broido和Zavkovic热解动力学模型获得护套材料的表观活化... 详细信息

为研究热老化温度对电缆服役安全性的影响,利用氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、万能试验机和热重分析仪分析热老化温度对电缆护套层的阻燃性能、力学性能和热解性能的影响,并运用Broido和Zavkovic热解动力学模型获得护套材料的表观活化能和指前因子。研究结果表明:热老化显著降低护套材料的断裂伸长率,但可提升护套材料的极限氧指数(LOI)和拉伸强度,其中护套的LOI值随热老化温度的增加而增大;在150℃的温度下老化21 d,电缆护套层的LOI由25.5%升高至45.0%,但断裂伸长保留率仅为4.0%;热重分析表明,电缆护套材料的初始分解温度随热老化温度的增加先升高后降低,其中经150℃热老化处理的电缆护套材料初始分解温度明显下降;热解动力学分析表明,热老化前后电缆护套层的热稳定性变化与其表观活化能有关,其中热老化后材料的热稳定性随表观活化能的增加而提高。研究结果可为电缆的日常维护和防火工作提供理论指导。

关键词：阻燃电缆热老化阻燃性能热解性能热解动力学

热老化作用下交联聚乙烯电缆绝缘材料电树枝引发特性研究

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中国测试 2023年第S2期49卷 165-170页

作者：石聪聪陈莎陈晨翟凯迪李旭李瑞张东东国网宿迁供电公司江苏宿迁223800 南京工程学院江苏南京215000

XLPE电缆由于长期运行在高温下,电学行为退化,给电缆绝缘造成不可逆损伤,增大了电树形成甚至绝缘失效的概率,因此论文进行试验研究,旨在揭示热老化作用下交联聚乙烯电缆绝缘材料电树枝引发特性。论文进行160℃下XLPE材料0~240 h热老化试... 详细信息

XLPE电缆由于长期运行在高温下,电学行为退化,给电缆绝缘造成不可逆损伤,增大了电树形成甚至绝缘失效的概率,因此论文进行试验研究,旨在揭示热老化作用下交联聚乙烯电缆绝缘材料电树枝引发特性。论文进行160℃下XLPE材料0~240 h热老化试验,在电树枝引发试验,系统分析不同热老化时间下的电树枝引发率;同时通过差示扫描量热法分析不同热老化时间下样品的结晶度。研究发现,随着电压从15kV升高到25kV,电树枝的引发概率在不断增大,以老化样品A6为例,电压从15kV升高到25kV,电树枝引发率从10%增加到50%。结合不同样品的老化时间分析,即随着热老化时间的增加,在144 h前,XLPE的绝缘增强,之后其绝缘逐渐下降。144h为样品中结晶度Xc的转折点,其中Xc为35.03%。其刚好对应绝缘增强至绝缘逐渐下降的老化时间拐点,因此表明较高的老化温度会使得材料产生重结晶,结构会更加规整,这也是不同老化程度XLPE电缆电树枝平均起始电压出现拐点的主要原因。

关键词：热老化电树枝引发率结晶度

热老化对车载高压电缆终端应力控制管/EPDM复合层间界面放电特性的影响研究

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电测与仪表 2023年第10期60卷 48-54,86页

作者：张安潘贵翔李广建杨雁魏隆高国强中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 西南交通大学电气工程学院成都610031

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性... 详细信息

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性对复合层间界面放电特性的影响规律,依据车载高压电缆终端特殊的绝缘结构及实际运行工况,分别在热老化温度为100℃、125℃和140℃三种老化环境下设计了应力管人工加速热老化试验,通过自制了老化应力管试样/EPDM复合层间界面模型和强极性针-板电极模型,搭建复合层间界面闪络试验平台,探明了不同老化条件下应力管试样对复合层间界面起始放电电压和闪络电压的影响规律;建立了应力管表面电荷输运模型,从微观层面探明并揭示了不同老化条件下应力管表面的载流子电导率、迁移速率的变化对复合层间界面模型放电特性的影响机理。通过以上研究,间接揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程及演变规律。

关键词：车载高压电缆终端应力控制管热老化复合层间界面放电特性陷阱特性

接线套管聚碳酸酯复合材料热老化下力学性能和色差关联分析

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塑料工业 2023年第12期51卷 139-145页

作者：张欣伟安义岩尚鑫李博祖向东国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院内蒙古呼和浩特010010

热老化易导致玻璃纤维/聚碳酸酯(GF/PC)材料力学性能下降,因此实时评估GF/PC复合材料力学性能对提高其可靠性至关重要。考虑传统力学性能获取多采取有损检测,本文提出一种基于材料颜色变化量评估力学性能的无损检测构想。本文首先对GF/P... 详细信息

热老化易导致玻璃纤维/聚碳酸酯(GF/PC)材料力学性能下降,因此实时评估GF/PC复合材料力学性能对提高其可靠性至关重要。考虑传统力学性能获取多采取有损检测,本文提出一种基于材料颜色变化量评估力学性能的无损检测构想。本文首先对GF/PC复合板进行85~145℃范围内不同温度的热时效处理,随后对不同热老化温度下的样品进行拉伸和弯曲实验,测试其拉伸强度和弯曲强度,同时研究不同热老化温度下材料颜色的变化规律,最后讨论了不同热老化程度下材料颜色变化与力学性能之间的关联性。测试结果表明,随着热老化作用温度的逐渐上升,GF/PC复合材料的拉伸强度和弯曲强度均保持先上升后下降的趋势,且材料的色差和亮度变化值与材料的力学性能密切相关。回归分析结果表明,色差对力学性能的解释程度极高,这为后续基于色差预测不同热老化程度下材料力学性能的变化提供了科学依据。

关键词：玻璃纤维/聚碳酸酯热老化色差回归分析

热老化对奥氏体不锈钢微观组织演化及性能的影响

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热老化对奥氏体不锈钢微观组织演化及性能的影响

作者：郭涵昆明理工大学

学位级别：硕士

奥氏体不锈钢因具有良好的力学性能和耐腐蚀性能而被用于铅铋冷却快中子核反应堆的候选包壳材料。由于铅铋快堆包壳材料在高温液态金属中长期服役会引起包壳材料的热老化脆化,导致材料的硬度增加和韧性降低,对核反应堆的安全运行造成巨... 详细信息

奥氏体不锈钢因具有良好的力学性能和耐腐蚀性能而被用于铅铋冷却快中子核反应堆的候选包壳材料。由于铅铋快堆包壳材料在高温液态金属中长期服役会引起包壳材料的热老化脆化,导致材料的硬度增加和韧性降低,对核反应堆的安全运行造成巨大威胁。因此,研究奥氏体不锈钢包壳材料长期高温服役过程中的微观组织和性能变化对核反应堆的安全运行和安全性评估具有非常重要的意义。本文以铅铋冷却快中子核反应堆候选包壳材料15-15Ti奥氏体不锈钢为研究对象,围绕热老化过程中15-15Ti奥氏体不锈钢的微观组织和性能变化开展研究工作。采用金相显微镜、场发射扫描电镜、透射电镜、力学性能测试等手段系统研究了试验钢在不同温度下长期热老化处理后的微观组织演化及对性能的影响规律。(1)试验钢经20%冷变形后晶粒内部形成大量的形变孪晶,在400℃-650℃热老化过程中冷变形组织发生回复,同时形变孪晶退化。在800℃热老化处理200h致使形变孪晶完全退化。(2)试验钢在400℃和550℃热老化过程中均有细小的二次(Ti,Mo)C相析出,热力学模拟表明在550℃热老化时二次(Ti,Mo)C相的析出量达到峰值。当热老化温度提高至650℃时组织中有少量的σ相析出,在该温度下σ相主要沿晶界析出。当热老化温度达800℃时,σ相可同时在晶界和晶粒内部析出。σ相易沿晶界在(Ti,Mo)C相周围形核长大。(3)试验钢显微硬度随热老化时间延长呈上升趋势,当老化时间超过1500h后显微硬度的变化趋于平缓。当热老化温度达800℃时由于大量较硬σ相在晶界和晶内析出导致显微硬度均高于其它热老化温度下的显微硬度。经冷变形的试验钢在热老化过程中发生回复导致塑性有所增加,当热老化温度高于650℃时由于硬脆σ相的析出使试验钢塑性和耐蚀性能降低。热老化过程中由于形变孪晶退化导致试验钢极限抗拉强度和屈服强度均降低,但大量尺寸细小的析出相的增加会提高极限抗拉强度。

关键词：奥氏体不锈钢热老化形变孪晶析出相力学性能

核级316NG奥氏体不锈钢在热老化条件下的析出相

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金属热处理 2023年第11期48卷 50-54页

作者：隋凯伦欧阳瑾霏巩明浩胡洪兴李家丰阳姗龙朝辉李小波湘潭大学材料科学与工程学院湖南湘潭411105

通过热老化模拟试验、电解萃取试验和热力学计算方法(CALPHAD)研究了核级316NG奥氏体不锈钢在核环境下的析出相情况。结果表明,316NG奥氏体不锈钢在450℃老化100 h无析出相;老化500 h的主要析出相为Cr_(23)C_(6);老化1000 h的主要析出相... 详细信息

通过热老化模拟试验、电解萃取试验和热力学计算方法(CALPHAD)研究了核级316NG奥氏体不锈钢在核环境下的析出相情况。结果表明,316NG奥氏体不锈钢在450℃老化100 h无析出相;老化500 h的主要析出相为Cr_(23)C_(6);老化1000 h的主要析出相为Z-CrNbN、Cr_(23)C_(6)和Laves_C14。然后,采用CALPHAD方法建立了316NG奥氏体不锈钢的热力学数据库,并以此数据库为基础,利用Thermo-Calc软件计算了316NG奥氏体不锈钢在450℃平衡状态下的析出相组成为Cr_(23)C_(6)、Z-CrNbN、Laves_C14、Ni_(3)Si和MX,析出相总原子分数为3.5%,其中Ni_(3)Si和MX的含量很低(0.46%)。通过CALPHAD方法计算得到的析出相组成与450℃等温退火1000 h后的热老化试验结果符合得较好,从而获得关于316NG奥氏体不锈钢在长时间热老化条件下的析出相规律及组织成分的较为完善的信息。

关键词： 316NG奥氏体不锈钢热老化析出相 CALPHAD

接地电流谐波多维特征评估XLPE电缆热老化

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电力系统及其自动化学报 2023年第10期35卷 134-139页

作者：郭卫潘泽华任志刚周士贻李华春王敏欣国网北京电科院北京100075 国网北京市电力公司北京100031 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

热老化是影响电缆绝缘寿命的主要因素之一,本文通过研究热老化交联聚乙烯电缆的接地电流谐波特征来评估电缆热老化状态。在实验室条件下以实际运行电缆为试样开展加速热老化实验,测试分析不同老化程度下电缆接地电流的变化规律,采用改... 详细信息

热老化是影响电缆绝缘寿命的主要因素之一,本文通过研究热老化交联聚乙烯电缆的接地电流谐波特征来评估电缆热老化状态。在实验室条件下以实际运行电缆为试样开展加速热老化实验,测试分析不同老化程度下电缆接地电流的变化规律,采用改进变分模态分解法提取接地电流中的敏感谐波,并建立接地电流谐波时域、频域、相对能量和样本熵等多维特征参数与电缆热老化程度的关联关系。研究发现,热老化使谐波的相对能量增大的同时,也增加了谐波序列的无序度。

关键词：电力电缆热老化接地电流谐波多维特征分析

Al/Zr/KClO点火药的低湿热老化机制

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含能材料 2023年

作者：彭伟胡遵健赵川德孙毅徐瑞娟王新锋西南科技大学材料与化学学院中国工程物理研究院化工材料研究所

为了研究铝粉/锆粉/高氯酸钾(Al/Zr/KClO4)点火药的低湿热老化机制,将Al/Zr/KClO4点火药在85,71,60℃和50℃下分别进行加速老化,利用热分析技术、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDS)分析了低湿条件下Al/Zr/KClO4点火药... 详细信息

为了研究铝粉/锆粉/高氯酸钾(Al/Zr/KClO4)点火药的低湿热老化机制,将Al/Zr/KClO4点火药在85,71,60℃和50℃下分别进行加速老化,利用热分析技术、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDS)分析了低湿条件下Al/Zr/KClO4点火药热分解性能和表面元素与形貌随着温度和时间的变化。结果表明,在加速老化时,随着老化时间的增加,KClO4晶体表面部分分子降解生成KClO3和KCI,Zr表面在热的作用下进一步氧化生成ZrO2,Al未见明显变化,同时,各组分表面形貌未发生变化。Al/Zr/KClO4点火药热分解活化能和热焓值随着老化时间的增加呈现下降趋势,与未老化的点火药相比,85℃老化160天活化能降低29.57 kJ·mol-1,热焓值降低160J·g-1。以反应速率、热焓值、各组分表面元素参量拟合获得了点火药老化机理函数,发现反应速率、Zr的氧化和KClO4降解能反映出点火药低湿老化时的时间和温度效应。老化机理函数为n级反应,老化过程为Zr的氧化和KClO4降解,Zr的氧化速率和程度大于KClO4降解,老化活化能在95.86～128.90 kJ·mol-1。

关键词：热老化 Al/Zr/KClO 点火药热分解表面元素分析老化机制

热老化对XLPE/OMMT纳米复合电介质结构和介电性能的影响

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热老化对XLPE/OMMT纳米复合电介质结构和介电性能的影响

作者：许庆重山东理工大学

学位级别：硕士

交联聚乙烯（XLPE）因其优异的电气性能和理化特性被广泛应用于电力电缆的绝缘层。然而在电力电缆长期运行过程中会受导体发热或外界环境等因素影响发生热量积累,造成绝缘层的老化、劣化,乃至击穿,严重影响电力电缆的使用寿命。通过纳... 详细信息

交联聚乙烯（XLPE）因其优异的电气性能和理化特性被广泛应用于电力电缆的绝缘层。然而在电力电缆长期运行过程中会受导体发热或外界环境等因素影响发生热量积累,造成绝缘层的老化、劣化,乃至击穿,严重影响电力电缆的使用寿命。通过纳米颗粒掺杂对XLPE进行改性,可以改变纳米复合电介质的聚集态结构,进而有效改善其机械和电气等性能。但是在热老化过程中纳米颗粒对聚集态结构的作用机理以及纳米复合电介质宏观性能的变化规律尚不完全清晰。本文采用熔融共混的方法分别制备了不同有机化蒙脱土（OMMT）含量的XLPE/OMMT纳米复合电介质,对其进行加速热老化处理。研究了热老化前、后OMMT对纳米复合电介质微观结构的影响,表征了分子链结构的变化规律,从聚集态结构的角度分析了热老化对纳米复合电介质介电性能的影响机理,构建了层状硅酸盐类纳米复合电介质模型,通过纳米复合电介质的组成模型和结构模型探讨了其热老化机理以及OMMT在热老化过程中的作用机理。通过小角X射线衍射（XRD）的结果表明质量分数为0.5%的OMMT可在基体中实现最佳分散状态,热老化后OMMT会发生明显重排。差示扫描量热分析（DSC）和扫描电子显微镜（SEM）的观察结果说明在热老化过程中XLPE/OMMT-0.5%纳米复合电介质晶体结构更加完善,结晶度小幅度上升,介质内部以重结晶为主。过量的OMMT掺杂会加速热老化进程,破坏复合电介质晶体结构的完整性,大量片晶脱落并在基体中充当杂质。傅里叶红外光谱（FTIR）分析和力学性能测试表明质量分数为0.5%的OMMT具有一定的耐老化能力,分子链结构未因热老化而大量断裂,拉伸强度和断裂伸长率仅有小幅度降低。OMMT含量超过阈值0.5wt%时,纳米复合电介质的力学性能劣化严重,材料变硬变脆。介电性能实验显示热老化前、后XLPE/OMMT-0.5%纳米复合电介质的体积电阻率和击穿场强达到最大值,介电常数和介质损耗角正切均为最小。老化后,过量的OMMT掺杂使得纳米复合电介质的介电性能劣化严重,其活化能降低,击穿场强变小,极化特征显著且损耗增加。

关键词：热老化交联聚乙烯有机化蒙脱土微观结构介电性能