[发明专利]一种聚合物绝缘热解反应机理函数的通用形式与求解方法

说明书

本发明涉及一种聚合物绝缘热解反应机理函数的通用表征形式与求解方法。包括如下步骤：在反应机理函数微分表达式的基础上，构造一种4参数的反应机理函数积分表达式模型；基于聚合物绝缘材料在非等温条件下的动力学方程，给出实验函数的构造形式；基于实验函数求解聚合物绝缘热解反应机理函数积分表达式。本发明可表征各种已有的反应机理函数，具有更好的普适性和应用范围，可有效反映聚合物绝缘的老化与劣化过程，为聚合物绝缘材料的老化机理研究和剩余寿命预测提供基础方法。

技术领域

本发明涉及绝缘材料老化评估领域，尤其涉及一种聚合物绝缘热解反应机理函数的通用表征形式与求解方法。

背景技术

聚合物绝缘材料因其优异的绝缘性能、耐热性能和易于加工的特点，被广泛应用于电力设备的绝缘系统中。然而，由于电、磁、热等多种应力作用，聚合物绝缘材料会出现老化与劣化现象，严重时可引发安全事故。许多电力设备投运至今已有十多年甚至几十年的时间，亟需制定科学的状态维修策略。因此，对聚合物绝缘材料的老化机理和寿命预测方法研究具有重要的工程应用价值。

材料在老化与劣化过程中，必定伴随着化学变化，存在物质的产出或溢出，在物质内部产生不同的形变和内应力。这些变化表现在固相反应中，会在反应物界面形成一个活性区域或活性点，这就是晶核。晶核在多种应力作用下，不断地生长、长大、扩散，最终导致材料失效。反应机理函数作为对晶核生长行为的数学描述，被用来表征石油与煤的高温裂解、高聚物的聚合固化和无机物的脱水分解等诸多演化过程，揭示其化学反应的发生路径和分解特性，以确定材料的稳定性和寿命。

反应机理函数研究在晶核概念提出后得到了迅速发展，在过去的近一个世纪中，许多热动力学研究者提出并完善了不同类型的固态动力学模型。尽管这些动力学模式函数对许多固态物质的反应过程给出了基本描述，但由于非均相反应本身的复杂性，加上实际样品颗粒几何形状的非规整性和堆积的非规则性，以及反应物质物理化学性质的多变性，常常会出现实际的热分解曲线与预估机理不相符合的情况，求解的反应机理函数必然失真。长期以来，因缺少一个较通用的反应机理函数形式，造成材料热动力分析的差异性和复杂性。原则上，可通过增加动力学模型函数的个数来克服这一局限，这些模型虽可解释某些材料反应机理偏离理想模型的情况，但缺少实际物理意义，且模型数量也不能无限增加。另一种解决方案是寻求一个更加普适的数学模型，使其涵盖尽可能多的反应机理，具有更好的推广性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种聚合物绝缘热解反应机理函数的通用表征形式与求解方法，包括以下步骤。

1. 一种聚合物绝缘热解反应机理函数的通用表征形式与求解方法，包括以下步骤：

（1）在反应机理函数微分表达式的基础上，构造一种4参数的反应机理函数积分表达式模型，具体表达式为：

(1-1)

对于具体的材料热解反应，式中q、m、n、p为常数；

（2）基于聚合物绝缘材料在非等温条件下的动力学方程，给出实验函数的构造形式；

（3）基于实验函数求解聚合物绝缘热解反应机理函数积分表达式。

2. 可选的，反应机理函数的微分表达式为：

(1-2)

其中，m、n、p代表不同数值的指数因子，在应用时其中的一个指数因子总是为0。

3. 可选的，实验函数的构造具体包括以下步骤：

（1）聚合物绝缘材料在非等温条件下的动力学方程为：