碩士答辯硅橡膠老化失效微觀診斷技術(shù)研究ppt課件

1、硅橡膠老化失效的微觀診斷技術(shù)研討碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯研討背景內(nèi)內(nèi) 容容硅橡膠外表接觸角的研討外表自在能法研討硅橡膠的老化特性全文總結(jié)紅外顯微成像研討硅橡膠的老化特性碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯1.1 研討背景硅橡膠絕緣子以分量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、憎水性和憎水遷移性強(qiáng)、耐污閃電壓高、制造工藝簡(jiǎn)單、不測(cè)零值、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛運(yùn)用。高濕高濕強(qiáng)紫外線強(qiáng)紫外線干旱、高溫、干旱、高溫、晝夜溫差大晝夜溫差大絕緣子失去絕緣作用或是絕緣子失去絕緣作用或是力學(xué)性能下降而導(dǎo)致機(jī)械損壞力學(xué)性能下降而導(dǎo)致機(jī)械損壞1.11.1研討意義研討意義研討背景(c) 傘裙變硬變形傘裙變硬變形 (d) 傘裙粉化傘裙粉化(f) 傘裙邊緣破

2、損傘裙邊緣破損(e) 傘裙鋸齒形破損傘裙鋸齒形破損 (a) 傘裙顏色發(fā)白傘裙顏色發(fā)白 (b) 傘裙銀紋傘裙銀紋 硅橡膠資料基膠甲基乙烯基硅橡膠硫化劑硫化劑又稱交聯(lián)劑，是硅橡膠資料的主要助劑，能使橡膠分子鏈起交聯(lián)反響，使線形分子構(gòu)成立體網(wǎng)狀構(gòu)造的彈性體，可塑性降低，彈性添加。硫化的化學(xué)活性區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)填料白炭黑阻燃劑氫氧化鋁1.1 硅橡膠資料的組成 物理老化：abcdn 復(fù)合絕緣子的老化是在外界環(huán)境要素、污穢、電暈電弧放電、紫外線輻射、潮氣、溫度變化以及化學(xué)要素等作用下有機(jī)硅橡膠的分子鏈發(fā)生斷裂的表現(xiàn)方式.1.2硅橡膠的老化方式 化學(xué)老化： O相對(duì)于Si電負(fù)性更強(qiáng)，因此Si-O鍵是極性鍵，易遭到其他

3、極性化學(xué)物質(zhì)的攻擊而斷裂。與Si-C鍵和C-H鍵的斷裂不同，Si-O鍵斷裂后不會(huì)再重新結(jié)合，而是會(huì)引發(fā)Si-O鏈的逐漸斷裂，斷裂后的短Si-O鏈再環(huán)接成低分子環(huán)體，這些低分子環(huán)體的生成破壞了硅橡膠資料的整體均一性，使硅橡膠資料的強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率上升，并且能夠使資料變軟。引起引起Si-O鍵斷裂的物質(zhì)的鍵斷裂的物質(zhì)的來(lái)源來(lái)源工廠廢氣工廠廢氣汽車尾氣汽車尾氣著色劑著色劑填料填料農(nóng)藥農(nóng)藥粉塵粉塵Si-O空氣污染物中含空氣污染物中含有有N，S等元素，等元素，易構(gòu)成酸性物質(zhì)易構(gòu)成酸性物質(zhì)各種添加劑也會(huì)各種添加劑也會(huì)影響資料內(nèi)部酸影響資料內(nèi)部酸堿平衡堿平衡1.2硅橡膠的老化方式 電老化： 硅橡膠資料在運(yùn)用過(guò)

4、程中不僅遭到環(huán)境氣候條件的作用，還處于電場(chǎng)、污穢作用下，電要素對(duì)硅橡膠的老化作用更嚴(yán)重，速度也更快。1.2硅橡膠的老化方式1.3 目前研討現(xiàn)狀FT-IR光譜元素及成分分析XPS等Raman光譜化學(xué)構(gòu)造元素，基團(tuán)和化學(xué)鍵變化主要研討手段UV-Vis光譜1.3 目前研討現(xiàn)狀主要研討手段外表電阻率泄露電流部分放電或部分電弧電學(xué)性能測(cè)試通常用于判別絕緣子外表的電導(dǎo)性，但不適宜于老化形狀的判別。經(jīng)過(guò)視頻設(shè)備觀測(cè)絕緣子外表的部分放電，確定放電位置以及放電種類，此方法反復(fù)性差。監(jiān)測(cè)絕緣子老化形狀的重要參數(shù)。尤其在包含水霧測(cè)試中，其諧振波可作為絕緣子能否要清洗的重要標(biāo)志。閃絡(luò)電壓經(jīng)過(guò)丈量絕緣子在霧中的電壓來(lái)判

5、別絕緣子的老化情況，這也是鑒定老化的最為普遍的方法 資料老化及失效的本質(zhì)緣由其實(shí)是其化學(xué)構(gòu)造及微觀構(gòu)造遭到了破壞，對(duì)其老化過(guò)程進(jìn)展診斷與監(jiān)測(cè)僅僅只停留在電學(xué)性能上； 具有強(qiáng)憎水性的復(fù)合絕緣子的配方，目前根本沒(méi)有這方面研討任務(wù)的報(bào)道。 憎水遷移性的機(jī)制以及小分子物質(zhì)的種類、含量等對(duì)其遷移速度、遷移耐久性等的影響等，都缺乏相關(guān)的研討。1.4 存在的問(wèn)題 大多數(shù)目的只能在老化進(jìn)程加速到一定程度后才干作為診斷判據(jù)，對(duì)老化變化過(guò)程不 夠敏感，不利于老化的早期判別以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在潛在危險(xiǎn)的劣化絕緣子。1.5 本文的研討思緒外表性能變化深度化學(xué)構(gòu)造變化宏觀性能顯微紅外分析技術(shù)顯微紅外分析技術(shù)外表自在能外表自

6、在能DMA紫外線輻射1.6 主要研討設(shè)備研討背景內(nèi)內(nèi) 容容硅橡膠外表接觸角的研討外表自在能法研討硅橡膠的老化特性全文總結(jié)紅外顯微成像研討硅橡膠的老化特性碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯2.1 硅橡膠的外表接觸角楊氏方程的研討對(duì)象是化學(xué)組楊氏方程的研討對(duì)象是化學(xué)組成均勻、各向同性和完全平滑成均勻、各向同性和完全平滑的外表，很顯然這是一種理想的外表，很顯然這是一種理想固體外表固體外表2 硅橡膠的外表接觸角WenzelWenzel模型模型Cassie-BaxterCassie-Baxter模型模型親水資料，那么隨著外表粗糙度的添加變得更小，外表更親水。疏水資料，那么隨著外表粗糙度的添加變得更大，外表更疏水。在疏水外

7、表，大于90，隨固體外表的情況變化而變化越大。測(cè)得的值都會(huì)比實(shí)踐接觸角值要大2.2 實(shí)驗(yàn)部分(1)、將儀器中的注射器裝約2/3的水，固定后，調(diào)劑鏡頭，直到在電腦顯示窗口中清楚的觀測(cè)到矩外形的針頭，液滴中間出現(xiàn)葫蘆狀的亮斑。(2)、試樣的大小為10mm20mm的矩外形，要求試樣平整，這樣才可以準(zhǔn)確的察看到試樣的影像。每次丈量時(shí)選取5個(gè)點(diǎn)，要求均勻的分布在待測(cè)樣品的外表。待液滴穩(wěn)定后拍照，運(yùn)用手動(dòng)方式丈量接觸角值。結(jié)果取丈量結(jié)果的平均值。研討設(shè)備實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.3 結(jié)果與討論接觸時(shí)間對(duì)硅橡膠外表接觸角值的影響測(cè)試的時(shí)間盡量在液滴滴在固體外表30s后完成。這樣既可以堅(jiān)持液滴穩(wěn)定性，同時(shí)也能減小由于液體的

8、蒸發(fā)而引起的誤差。液體體積對(duì)接觸角值的影響當(dāng)液滴的體積大于3uL，整個(gè)液體的外形變成了橢圓形，這是由于液滴體積過(guò)大，由于遭到重力的影響，液滴的外形會(huì)發(fā)生形變，丈量時(shí)的結(jié)果不能準(zhǔn)確的反映水在硅橡膠外表的真實(shí)接觸角值。2.3 結(jié)果與討論2.3 結(jié)果與討論液體體積對(duì)接觸角值的影響引入三相線張力處置數(shù)據(jù)時(shí)以為液滴是圓形的(2) 液體體積對(duì)接觸角的影響不只是線張力單獨(dú)作用的結(jié)果，還能夠與由于重力引起的靜摩擦力有關(guān)。液體體積對(duì)接觸角值的影響2.3 結(jié)果與討論液體在0.8-1.5uL時(shí)，接觸角的余弦值與三相曲率呈線性關(guān)系，但是體積增大后兩者的關(guān)系不在是直線的關(guān)系。能夠的緣由有兩種:(1)液體的體積過(guò)大，整個(gè)

9、液體的外形為橢圓形，所計(jì)算的1/R并不能代表著曲線的曲率 由于由于與與所以接觸角的余弦值與1/R之間不再是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，接觸角對(duì)液體體積的依賴性不是三相接觸線上線張力單獨(dú)作用的結(jié)果，而是線張力與靜摩擦力共同作用的結(jié)果。而靜摩擦力的來(lái)源主要是由于外表不平整，液體的重力引起的。所以為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，我們選取液滴的體積為0.8-1.5uL。2.3.2 液滴體積對(duì)接觸角的影響2.3.3外表粗糙度的影響 硅橡膠外表的接觸角值隨著砂紙細(xì)目的型號(hào)增大而減小。 這闡明，硅橡膠外表越光滑，其憎水性能就越好。低于600細(xì)目砂紙打磨后靜態(tài)接觸角逐漸趨于穩(wěn)定。 這是由于硅橡膠本身就是強(qiáng)憎水的物質(zhì)，當(dāng)水滴滴在外表時(shí)，

10、由于外表上存在著凹凸不同的小槽，空氣容易截留在里面的凹槽內(nèi)部，這種情況滿足Cassie-Baxter模型，使得外表接觸角值處于平衡形狀。2.4 紫外輻照對(duì)硅橡膠外表接觸角的影響CH3零落零落構(gòu)成構(gòu)成-OH自在基團(tuán)自在基團(tuán)2.5 本章小結(jié)(1)液體在硅橡膠外表的接觸角而是隨時(shí)間推移快速下降，最后到達(dá)一個(gè)恒定的值；思索液體揮發(fā)的影響，選擇液體與聚合物外表接觸30s時(shí)為最正確測(cè)定接觸角時(shí)間；(2)硅橡膠的外表粗糙度對(duì)于接觸角也存在著影響，硅橡膠外表越光滑，其憎水性能就越好；(3)在實(shí)踐外表，液體體積對(duì)接觸角的依賴性不是三相接觸線上線張力單獨(dú)作用的結(jié)果，而是線張力與靜摩擦力共同作用的結(jié)果。最正確體積為

11、0.8-1.5uL； (4)隨著輻照時(shí)間的加強(qiáng)，硅橡膠外表的接觸角值會(huì)出現(xiàn)先平衡再減小的趨勢(shì)，硅橡膠的化學(xué)外表構(gòu)造發(fā)生了變化，詳細(xì)的變化情況有待于進(jìn)一步分析。研討背景內(nèi)內(nèi) 容容硅橡膠外表接觸角的研討外表自在能法研討硅橡膠的老化特性全文總結(jié)紅外顯微成像研討硅橡膠的老化特性碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯3.1 外表自在能法分析硅橡膠的老化特性復(fù)合絕緣子資料遭到紫外輻照后，其構(gòu)造會(huì)發(fā)生變化，主鏈發(fā)生降解和交聯(lián)，使得其外表凹凸不平，存在大量的組織或成分缺陷，這種缺陷將為硅橡膠絕緣子外表的吸附、潤(rùn)濕、粘附景象的主要根源。當(dāng)資料外表構(gòu)造發(fā)生改動(dòng)、外表吸附外來(lái)原子或外表存在著缺陷時(shí)，其外表能會(huì)發(fā)生明顯的變化。遷移至外表,

12、外表構(gòu)造發(fā)生變化溫度外推法溫度外推法實(shí)際估算法實(shí)際估算法溶解熱法溶解熱法劈裂功法劈裂功法接觸角法接觸角法接觸角法接觸角法Owens-Wendt法Good-Giriflalco 法Fowkes 法Zisman 法LW-AB法分析自在能分析自在能的變化的變化外表自在能外表自在能酸堿分量酸堿分量3.1 外表自在能法分析硅橡膠的老化特性LW-AB法固體的外表自在能可以定義為L(zhǎng)ifshitz-van der Waals分量和Lewis酸堿分量,而而Lewis酸堿分量中又包含有酸堿分量中又包含有Lewis酸分量酸分量和Lewis堿分量界面之間的相互作用自在能和其固、液之間的外表自在能之間的關(guān)系可以表示為

13、再根據(jù)楊氏方程 這樣，我們只需經(jīng)過(guò)測(cè)定三組知液體在固體外表的接觸角值，帶入上式，就可以得到固體的一些外表自在能的參數(shù)。 3.2 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)中的添加劑UV 327UV 531光穩(wěn)定劑 788吸收270-380nm的紫外波段吸收300-375nm紫外波段捕捉游離基，提供長(zhǎng)效熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照接觸角的測(cè)定方法測(cè)定3.3 紫外吸收劑對(duì)硅橡膠外表性能的影響樣品紫外輻照時(shí)間04896144192240480720880對(duì)比11.816.520.725.825.826.427.528.428.532727.09.8 17.418.624.221.621.217.917.0 53128.0 4.920.1

14、16.32.219.05.012.313.278814.49.524.313.716.719.824.0 24.326.0 不同添加劑在紫外輻照不同時(shí)間段的外表自在能mN/m3.3.1 Zisman法分析最外層的-CH3中的C-H鍵會(huì)發(fā)生斷裂，主鏈上的-CH3零落，外表出現(xiàn)自在基。因此，外表的極性加強(qiáng)，自在能增大。硅橡膠的-Si-O-主鏈會(huì)發(fā)生降解，構(gòu)成一種無(wú)機(jī)層吸附在硅橡膠的外表，相當(dāng)于一層“外殼，使得內(nèi)部的小分子不能分散出來(lái)。紫外327紫外531紫外788在開場(chǎng)輻照后，外表自在能有一個(gè)下降的過(guò)程。出現(xiàn)這種景象的緣由能夠是是由于遭到紫外吸收劑的影響，短時(shí)間的紫外輻照對(duì)硅橡膠的外表不會(huì)引起任何

15、破壞，分子鏈的構(gòu)造可以到達(dá)一種最為穩(wěn)定的形狀，使得整個(gè)分子的外表自在能降低。3.3.1 Zisman法分析3.3.2 LW-AB法分析自由能參數(shù)添加劑對(duì)比327531788s20.70 24.23 29.59 45.88 sLW16.11 14.80 23.38 18.17 s+1.17 3.17 2.10 7.88 s-4.51 7.02 4.58 24.34 0h不同紫外吸收劑的硅橡膠自在能參數(shù)788的分子構(gòu)造中，存著大量的-NH，使得分子極性加強(qiáng)，從而導(dǎo)致硅橡膠外表自在能的極性分量增大。由于-NH存著這一定的堿性，硅橡膠外表自在能的Lewis堿分量大幅度的添加。遭到芳香族的苯環(huán)影響，導(dǎo)致

16、外表自在能中的Lewis分量添加。苯環(huán)上含有-OH為電子受體，所以Lewis酸分量增大，但是對(duì)整個(gè)外表自在能的影響不大，硅橡膠分子外表仍呈現(xiàn)出Lewis堿性。自由能參數(shù)添加劑對(duì)比327531788s67.00 39.44 43.91 59.27 sLW19.12 16.33 18.31 16.13 s+23.64 10.20 5.19 17.69 s-24.24 13.09 31.56 26.30720h720h后樣品的自在能分量后樣品的自在能分量自在能變化的趨勢(shì)與Zisman計(jì)算的結(jié)果一致，有效的證明了對(duì)于硅橡膠外表自在能的計(jì)算法中，Zisman法的可行性3.3.2 LW-AB法分析3273

17、27的樣品外表自在能最小，其非極性含量相對(duì)比例最少，這闡明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間輻照后，的樣品外表自在能最小，其非極性含量相對(duì)比例最少，這闡明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間輻照后，硅橡膠外表曾經(jīng)構(gòu)成了無(wú)機(jī)層硅橡膠外表曾經(jīng)構(gòu)成了無(wú)機(jī)層sLW減小減小CH3從主鏈上零落，構(gòu)成了-CH3構(gòu)造和Si-O構(gòu)造，此時(shí)分子間作用力的極性分量變大。另一部分，-CH3中的H零落，構(gòu)成H+，外表極性加強(qiáng)。3.3.2 LW-AB法分析3.3 硅橡膠的外表構(gòu)造分析紫外照射下Si-C鍵斷裂紫外照射下H-C鍵斷裂3.4 本章小結(jié)LW-AB法分析結(jié)果闡明，參與紫外吸收劑后，硅橡膠的外表Lewis堿性加強(qiáng)，使得外表結(jié)果的極性分量增大，硅橡膠外表的接觸角值變小

18、。外表分子構(gòu)造發(fā)生斷裂降解，外表構(gòu)成了一層穩(wěn)定的無(wú)機(jī)層。運(yùn)用Zisman法計(jì)算結(jié)果闡明，老化的前200h，外表構(gòu)造降解比較嚴(yán)重，但是隨著老化時(shí)間的加強(qiáng)，外表能趨于平衡，外表上構(gòu)成一種構(gòu)造穩(wěn)定的物質(zhì)；添加有紫外吸收劑的樣品，老化后的外表自在能要低于純樣，這闡明紫外吸收劑能有效的吸收紫外波段，加強(qiáng)硅橡膠的抗老化才干從紫外吸收劑的類型上看，紫外吸收劑327能有效吸收本實(shí)驗(yàn)中的紫外波段，使得外表形狀最為穩(wěn)定；研討背景內(nèi)內(nèi) 容容硅橡膠外表接觸角的研討外表自在能法研討硅橡膠的老化特性全文總結(jié)紅外顯微成像研討硅橡膠的老化特性碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯4.1 顯微紅外光譜法研討顯微紅外檢測(cè)技術(shù)是將顯微鏡技術(shù)運(yùn)用到紅外光

19、譜儀中，將顯微鏡的直觀成像和紅外光譜的官能團(tuán)化學(xué)分析相結(jié)合，它不僅能對(duì)物體進(jìn)展形貌成像，而且還能提供物體空間各個(gè)點(diǎn)的光譜信息。能反映樣品的本質(zhì)光譜?？梢赃x擇樣品的不同部位的紅色光譜圖像進(jìn)展分析, 從而得到丈量位置處物質(zhì)的分子構(gòu)造、官能團(tuán)信息及微區(qū)中某化合物含量的空間分布信息。對(duì)于非均一樣體混合物不需求分別可直接測(cè)試并鑒定各個(gè)組分。4.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程n 在測(cè)試中，采用了冷凍切刀來(lái)切片。切片時(shí)取實(shí)測(cè)樣品的縱剖截面，即垂直于外表的切面。n 測(cè)試樣品經(jīng)過(guò)了UVA-340的紫外光輻照老化，照射時(shí)間分別為0h，48h，96h，144h，192h，240h，480h，720h。n 樣品進(jìn)展了面掃描area m

20、apping測(cè)試，掃描光斑為90*90微米，掃描步距為5*5微米。測(cè)試方式均為反射方式。切片掃描4.3 結(jié)果與討論CH3中C-H振動(dòng)吸收峰Si-CH3振動(dòng)吸收峰CH3-Si反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰Si-O-Si振動(dòng)吸收峰C-O-Si振動(dòng)吸收峰經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的老化的樣品，紅外光譜的信息中變化不大，幾乎看不到任何的區(qū)別 對(duì)于金剛石晶體而言，紅外光譜反映的僅僅只是外表1-2um的綜合信息 4.3 結(jié)果與討論4.3.1 老化前后的顯微圖像分析紫藍(lán)綠黃紅不為規(guī)那么的矩形，小分子物質(zhì)在硅橡膠外表的分布是不均勻的甲基的含量添加紫外327樣品變化明顯紫藍(lán)綠黃紅4.3.1 老化前后的顯微圖像分析4.3.2硅橡膠紫外降

21、解的主成分分析鍵能最小，最容易斷裂甲基的零落和自在基的構(gòu)成構(gòu)成CH4伴隨著交聯(lián)4.3.2硅橡膠紫外降解的主成分分析OH的吸收峰內(nèi)內(nèi)外外4.3.2硅橡膠紫外降解的主成分分析4.4 本章小結(jié)添加有紫外吸收劑的樣品可以有效的吸收紫外吸收光譜，加強(qiáng)硅橡膠抗老化的才干，使得老化深度從30um下降到20um。而且紫外光對(duì)于硅橡膠外表的老化強(qiáng)度在同一深度也是不均勻的。硅橡膠闡明的紫外老化過(guò)程是一個(gè)由表到里的過(guò)程，隨著紫外輻照時(shí)間的增長(zhǎng)，老化的深度就越大。老化的分散逐漸向內(nèi)部分散；老化過(guò)程中出現(xiàn)斷鍵主要是外表構(gòu)造中的Si-CH3和甲基中的C-H，這兩部分的鍵能最弱，最容易收到紫外的輻照影響，過(guò)程中會(huì)伴隨著-OH的生成；顯微紅外光譜圖像分析法跟外表自在能檢測(cè)方法的結(jié)果一致，也能進(jìn)一步解釋外表自在能變化的緣由。兩種方法都能都研討硅橡膠外表構(gòu)造的變化；研討背景內(nèi)內(nèi) 容容硅橡膠外表接觸角的研討外表自在能法研討硅橡膠的老化特性全文總結(jié)紅外顯微成像研討硅橡膠的老化特性碩士學(xué)位論文爭(zhēng)辯5 全文總結(jié)1、經(jīng)過(guò)躺滴法丈量硅橡膠外表的接觸角，研討其影響要素，結(jié)論如下：選擇液體與聚合物外表接觸30s時(shí)為最正確測(cè)定接觸角時(shí)間；丈量硅橡膠外表接觸角的最正確體積為0.8-1.5uL；硅橡膠外表越光滑，其憎水性能就越好；隨著輻照時(shí)間的加強(qiáng)，硅橡膠外表的