【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环氧树脂复合材料固化，具体涉及一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法及装置。
技术介绍
1、以高压直流输电换流阀用高饱和电抗器为例，环氧树脂复合材料的封装固化过程是影响其性能的一个重要因素，不适宜的固化工艺会使得绝缘材料之间的性能有所差异针。在使用过程中，换流阀周期性的开通与关断，会使得高饱和电抗器中的绝缘材料长时间的承受周期性脉冲电流带来的电热，这就会使的其容易发生损坏，或因高温导致材料老化，或因内部应力集中导致材料开裂，致使材料的绝缘性能下降甚至失效发生短路现象，从而带来严重的安全隐患。对复合材料固化过程中温度及固化度的监测通常难以在实验中做到。若通过实验完成，整个研究期间须经历实验设计、设备调试、样品制备、测试操作及数据处理等环节，需投入大量的人力、物力，甚至可能存在大量的尝试性实验，造成时间成本及材料成本不必要的浪费。
2、结合实际情况分析，用于高饱和电抗器中的环氧树脂复合材料体系不同，固化动力学参数也不同。另外，由于高饱和电抗器的几何构型复杂，其固化过程中的温度分布也较为复杂。现有研究结果不能为高饱和电抗器提供有效参考，因此迫切的需要对高饱和电抗器中复合材料固化过程中的温度分布进行研究，进而改进其固化工艺参数。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于改进固化工艺复合材料固化方法及装置，能够实现环氧树脂复合材料固化工艺的优化。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、第一方面，本专
4、对环氧树脂复合材料的样品材料进行固化实验得到各环氧树脂复合材料的固化动力学方程；
5、利用固化动力学方程和预先构建的电气装备三维仿真模型，得到各环氧树脂复合材料的改进固化工艺参数，并将所述改进固化工艺参数在电气装备中进行优化。
6、进一步的，所述对环氧树脂复合材料的样品材料进行固化实验得到各环氧树脂复合材料的固化动力学方程具体包括：
7、获取各个环氧树脂复合材料的样品材料，并对所述样品材料进行固化试验，得到实验数据；
8、基于所述实验数据，确定各个环氧树脂复合材料的固化动力学方程；
9、所述利用固化动力学方程和预先构建的电气装备三维仿真模型，得到各环氧树脂复合材料的改进固化工艺参数，具体包括：
10、获取预先构建的电气装备三维仿真模型；
11、基于各个环氧树脂复合材料的所述固化动力学方程以及所述电气装备三维仿真模型，对各个环氧树脂复合材料在所述电气装备三维仿真模型中的固化过程进行模拟，得到模拟数据；
12、基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数。
13、进一步的，所述样品材料的分类包括epoxy、e-a-30、e-a-50、e-a-60、e-a-70和e-a-75；
14、所述样品材料中双酚a型环氧树脂和改性液态聚合酸酐含量均为1g，epoxy中含氧化铝0g，e-a-30中含氧化铝0.857g，e-a-50中含氧化铝2g，e-a-60中含氧化铝3g，e-a-70中含氧化铝4.667g，e-a-75中含氧化铝6g；
15、所述获取各个环氧树脂复合材料的样品材料，并对所述样品材料进行固化试验，得到实验数据，具体包括：
16、将各类型的所述样品材料分别用差示扫描量热仪在预设测试参数下进行测试分析，得到动态扫描量热法dsc放热曲线，所述预设测试参数包括温度区间值和加热速率参数，所述温度区间值为50-200℃，所述加热速率参数为5k/min、10k/min、15k/min和20k/min。
17、进一步的，所述基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数，具体包括：
18、通过对各类型的所述样品材料的dsc放热曲线进行积分处理，得到该类型的样品材料的固化转化率α与温度t之间的关系曲线；
19、对所述固化转化率α与温度t的关系曲线进行微分处理，得到该类型的样品材料的固化速率与固化转化率α之间的关系公式；
20、所述固化转化率α为：其中，tx为某一时刻温度；ti为dsc放热曲线的峰始温度；tf为dsc放热曲线的峰终温度；a1为某一时刻温度tx与dsc放热曲线的峰终温度tf间曲线的定积分面积；a2为dsc放热曲线的峰始温度ti到某一时刻温度tx间曲线的定积分面积。
21、进一步的，所述基于所述实验数据，确定各个环氧树脂复合材料的固化动力学方程，具体包括：
22、利用malek模型中的第一自定义函数y(α)、第二自定义函数z(α)和所述实验数据，得到各个环氧树脂复合材料的固化动力学模型；
23、判断得到的所述固化动力学模型是否满足sb(m，n)模型，若满足，则得到各个环氧树脂复合材料的固化动力学方程；
24、所述第一自定义函数y(α)为：其中，为反应速率；ea为表观活化能；r为热力学常数；t为温度；
25、所述第二自定义函数z(α)为：其中，π(x)为温度的积分；β为升温速率；
26、所述sb(m，n)模型满足：其中，为反应速率；a为固化动力学的指前因子；为固化转化率；m和n为反应级数。
27、进一步的，所述固化动力学方程包括epoxy的固化动力学方程、e-a-30的固化动力学方程、e-a-50的固化动力学方程、；e-a-60的固化动力学方程、e-a-70的固化动力学方程和e-a-75的固化动力学方程：
28、所述epoxy的固化动力学方程为：
29、所述e-a-30的固化动力学方程为：
30、所述e-a-50的固化动力学方程为：
31、所述e-a-60的固化动力学方程为：
32、所述e-a-70的固化动力学方程为：
33、所述e-a-75的固化动力学方程为：
34、进一步的，基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数，包括：通过对纯环氧树脂的dsc放热曲线进行积分并归一化处理，得到固化转化率α与温度t之间的关系。
35、进一步的，所述电气装备三维仿真模型为有限元仿真模型；
36、所述有限元仿真模型满足：其中，q为复合材料内部产生的热量；ρ为复合材料的密度；vf为复合材料中环氧树脂的质量分数；hr为固化反应完成放出的总热量；为环氧树脂的固化速率。
37、进一步的，所述电气装备三维仿真模型还满足热传导方程；
38、所述热传导方程为：其中，cp为复合材料的比热容；t为复合材料的固化时间；q传导热通量矢量。
39、第二方面，本专利技术提供一种基于改进固化工艺复合材料固化装置，包括：
40、固化工艺模块：用于对环氧树脂复合材料的样品材料进行固化实验得到各环氧树脂复合材料的固化动力学方程；
41、优化工艺模块:用于利用固化动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述对环氧树脂复合材料的样品材料进行固化实验得到各环氧树脂复合材料的固化动力学方程具体包括：
3.根据权利要求2所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述样品材料的分类包括Epoxy、E-A-30、E-A-50、E-A-60、E-A-70和E-A-75；
4.根据权利要求3所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述基于所述实验数据，确定各个环氧树脂复合材料的固化动力学方程，具体包括：
6.根据权利要求3所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述固化动力学方程包括Epoxy的固化动力学方程、E-A-30的固化动力学方程、E-A-50的固化动力学方程、E-A-60
7.根据权利要求4所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数，包括：通过对纯环氧树脂的DSC放热曲线进行积分并归一化处理，得到固化转化率α与温度T之间的关系。
8.根据权利要求2所述的一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述电气装备三维仿真模型为有限元仿真模型；
9.根据权利要求8所述的一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述电气装备三维仿真模型还满足热传导方程；
10.一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述对环氧树脂复合材料的样品材料进行固化实验得到各环氧树脂复合材料的固化动力学方程具体包括：
3.根据权利要求2所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述样品材料的分类包括epoxy、e-a-30、e-a-50、e-a-60、e-a-70和e-a-75；
4.根据权利要求3所述一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述基于模拟数据进行分析，根据分析结果确定所述改进固化工艺参数，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于改进环氧树脂复合材料固化工艺的方法，其特征在于，所述基于所述实验数据，确定各个环氧树脂复合材料的固化动力学方程，具体包括：
6.根据权利要求3所述一种基于改进环氧树脂复...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星宇，陈子龙，李汉威，孙涵琳，林俊，刘琳，卞星明，杨威，乔健，王琨，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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