[發明專利]復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料的交聯模型構建方法和老化仿真方法

有效

• 申請號: 202110018089.4
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112908422B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 張星宇;張小明;安義巖;尚鑫;王延偉;劉會斌;左秀江;劉天奇;李博;周麗英;馬慧敏;戴雨薇
• 申請（專利權）人: 國網內蒙古東部電力有限公司電力科學研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/10;G16C60/00;C08L63/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及環氧樹脂材料技術領域，具體涉及一種復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料的交聯模型構建方法和老化仿真方法。為達成對極端低溫環境與局部放電活性生成物作用下復合絕緣子芯棒環氧樹脂的老化特性進行快速分析并從微觀原子層面對其老化機理進行分析，發明使用MS對環氧樹脂材料進行建模，使用AMS軟件的ReaxFF模塊對所需條件下的環氧樹脂材料老化特性進行仿真模擬，以更低的時間成本對復合絕緣子芯棒環氧樹脂老化特性與活性生成物對其老化特性的作用機理進行仿真分析，解決了目前現有傳統多因素人工加速老化試驗應用于極端低溫環境下復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料老化機理研究的困難，大幅度降低了試驗所需的時間成本和物資成本。

技術領域

本發明涉及環氧樹脂材料技術領域，具體涉及一種復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料的交聯模型構建方法和老化仿真方法。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

復合絕緣子具有耐污閃性能優良、比強度高、價格低廉等優點，并且其總體表現較好，在有效防止污閃的同時，保持了較低的故障率，因此在我國交直流輸電工程中得到了廣泛應用。但是在我國東北部地區在冬季經常出現-40℃以下的極端低溫天氣，并因此多次出現絕緣子失效、斷裂的事故，嚴重影響了復合絕緣子的安全運行。

我國目前規劃建設了用于極寒、高海拔強紫外、高溫、中原氣候和海洋鹽霧五種環境下的復合材料長期帶電老化試驗站以準確額研究復合材料長期帶電老化性能的最優解。但是傳統方式下的多因素人工加速老化試驗難以應用于極寒環境下復合材料老化性能測試，在沒有實驗數據參考的前提下使用傳統的加速老化試驗方式對絕緣子芯棒材料的老化性能進行分析也會耗費大量的人力物力，并且也無法從微觀原子層面對芯棒的老化機理進行分析研究。

因此發明人基于現有技術發現僅依靠傳統人工多因素加速老化試驗對復合絕緣子芯棒環氧樹脂老化特性進行研究不僅會耗費大量時間與物力，同時因無法對試驗結果進行有效的預測，很容易造成浪費。

發明內容

為了解決現有技術中現有傳統多因素人工加速老化試驗應用于極端低溫環境下復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料老化機理研究的困難，降低試驗所需的時間成本和物資成本，本發明的目的是提供一種復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料的交聯模型構建方法和老化仿真方法。

為達成對極端低溫環境與局部放電活性生成物作用下復合絕緣子芯棒環氧樹脂的老化特性進行快速分析，并從微觀原子層面對其老化機理進行分析，本發明使用Materials Studio(后文簡稱MS)對環氧樹脂材料高分子機構進行建模，使用AmsterdamModeling Suite(后簡稱AMS)軟件的ReaxFF模塊對所需條件下的環氧樹脂材料老化特性進行仿真模擬。

具體地，本發明的技術方案如下所述：

本發明的第一方面，提供一種復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料的交聯模型構建方法，包括步驟如下：

(1)使用MS建立環氧樹脂和固化劑的分子模型，并對分子上交聯反應點位所屬原子進行標記，分別標記為R1與R2；

(2)使用MS中的Amorphous Cell模塊按照復合絕緣子芯棒環氧樹脂材料原料配比建立環氧樹脂和固化劑的共混物模型；

(3)使用MS中的Build Layers在上述共混物模型的Z軸方向上添加一層具有足夠厚度的保護性氣體層模型，用于阻斷模型在Z周方向上的周期性，以保證在后續交聯過程中環氧樹脂不會在Z軸方向上形成交聯結構；

(4)對上述準備好的初始結構進行足夠長時間的結構優化與分子動力學弛豫操作后，統計體系內每個被標記R1和R2的原子之間的距離，當R1與R2之間的距離小于預先設定的交聯反應截斷半徑值時，斷開開環氧基團與固化劑反應點位的化學鍵并在R1和R2原子間生成交聯結構；