利用热分析技术选取多胶模压体系固化参数的研究

倪苗苗　张大鹏

摘 要：传统固化工艺参数的选取是通过多次制备标准样棒进行性能评定，该方法存在材料用量大，影响因素多，试验周期长，费用高等缺点，技术人员研究出利用热分析技术来进行固化参数选取的方法。本文通过分析比较了n阶动力学和非模型动力学两种热分析技术，来选取多胶模压体系固化参数的理论依据、测试过程、以及测试结论。本文总结了两种技术的优缺点，并对该技术提出了未来展望。

关键词：多胶模压体系；热分析；非模型动力学

中图分类号：O657 文献标识码：A

在多胶模压绝缘体系中，传统固化工艺参数的选取是通过多次制备标准试验样棒进行性能评定，来确定模压工艺参数和指标。这种技术的缺点是，材料用量大，影响因素多，费用高，试验周期长。

在九十年代初，研究人员采用了n阶热动力学的分析技术，来测量主绝缘材料物理性能与温度的关系，从而测试整个升温过程反应，通过动力学计算，得到科学合理的热固化工艺。随着热分析测试原理的进步，也因此出现了非模型热动力学的分析技术。通过比较利用热分析测试选取多胶模压体系固化参数的研究，来得到更符合多胶模压工艺，更能指导多胶模压生产的参数。

1 多胶模压体系的主绝缘材料

多胶模压体系的主绝缘材料桐马环氧玻璃粉云母带，是由桐马胶、粉云母纸及玻璃布经压制、烘焙而成。多胶模压体系的压制工艺及成品性能主要是取决于桐马胶固化工艺和固化程度来决定的。优秀的多胶模压固化工艺，应使成品线棒中粉云母、玻璃布和桐马胶达到最佳的成分配比，通过研究发现胶含量在30%～35%区间时击穿电场强度有最大值，当然不同绝缘材料的云母材料，这个数据也有所差异。

利用热分析测试技术选取多胶模压体系固化参数时，主要是针对桐马胶在模压体系的热固性特性进行研究。使用差示扫描量热测试仪，对桐马胶进行不同速率升温扫描，得到不同的TA热动力学曲线，再进行热动力学数据处理。

2 n阶动力学热分析固化参数研究

研究人员利用热分析设备中的差示扫描量热仪对云母带进行了大量的升温速度与温度测试，扫描方式为多重扫描，升温速率分别为1℃/min，5℃/min，10℃/min，15℃/min，20℃/min，对桐马胶进行固化反应吸热峰进行了测量，得到试验数据如表1所示。并绘制出升温速率与反应温度的关系曲线，如图2所示。

利用公式（4），将所得到的试验数据代入，进行数理计算和处理，就得到反应活化能=72.06kJ/mol，频率因子=60000Hz，反应级数=0.87。

3 非模型动力学热分析固化参数研究

在n阶动力学热分析研究多胶模压体系时，往往忽略了固化度对于整个多胶模压体系反应活化能、频率因子等动力学参数的影响。其实，对于多胶模压体系固化反应来说，是一个复杂的反应过程，可能涉及多个反应、扩散、挥发的过程，这就会导致反应活化能有所变化。只用单一函数来建立模型来表征整个反应过程，可能会应函数选择不当或假设不全面，而导致对整个反应温度的判断，固化时间的精准度有所下降，尤其在固化反应后期这种情况更加明显。

针对于这种技术难点，Vyazovkin等提出了一种非模型动力学的研究方法。非模型动力学（model free kinetics）是一种多重扫描速率积分法。其理论依据是，在同一转化率的条件下，反应速率是温度的函数，故这种方法又称为等转化率法。

將实验数据带入，使Ea的值取最小值，则此时的Ea为固化度下的化学反应活能。通过这种数据处理，使得Vyazovkin非模型动力学适用于各种温度机制。

利用非模型动力学研究多胶模压体系固化参数时，首先使用差示扫描仪进行三种不同速率2℃/min，10℃/min，20℃/min的扫描，可以得到三种热焓值曲线，如图3所示。再通过积分计算，得到不同升温速率下，固化度与温度的关系曲线。可以计算出，不同固化度下的多胶模压体系固化反应的化学活化能。根据化学活化能曲线，推导出等温条件下，不同温度固化反应所需要的时间，如图4所示。

4 总结和展望

本文通过对多胶模压体系主绝缘材料的阐述，对比了使用不同测试，不同原理的热分析技术，在选取多胶模压体系固化参数的不同。随着测试技术手段不断升级，对于绝缘材料和绝缘体系的认知都有了提高。今后，还应根据多胶模压工艺的升温变化，来进一步模拟工艺，选取工艺参数和性能。

参考文献

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