阅读说明：本技术 聚丙烯基针板电极试样制备模具及制备方法 (Polypropylene-based needle plate electrode sample preparation mold and preparation method ) 是由 牛越 赵洪 胡巍 李春阳 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：聚丙烯基针板电极试样制备模具及制备方法,属于电气绝缘材料介电性能测试技术领域。解决了现有实验测试技术存在制样困难、步骤繁琐、试样统一性差的问题。技术要点：底板上加工有开口凹槽,模板安装在开口凹槽内,且模板的底端面与开口凹槽的底面之间形成放料凹槽,模板靠近放料凹槽的一侧均匀开设有多个曲率半径一致的下半圆柱体放针凹槽,盖板上设有多个上半圆柱体放针凹槽,上半圆柱体放针凹槽的曲率半径与下半圆柱体放针凹槽保持一致；盖板盖装在模板上并与模板完全重合,上半圆柱体放针凹槽与下半圆柱体放针凹槽两两位置对应构成圆柱放针腔体,利用该模具可以实现用于聚丙烯基绝缘材料电树枝特性测试的针板电极试样的高效制备。(A polypropylene-based needle plate electrode sample preparation mold and a preparation method belong to the technical field of dielectric property testing of electrical insulating materials. The problems of difficulty in sample preparation, complex steps and poor sample uniformity in the existing experimental testing technology are solved. The technical points are as follows: an opening groove is processed on the bottom plate, the template is installed in the opening groove, a discharging groove is formed between the bottom end face of the template and the bottom face of the opening groove, a plurality of lower semi-cylinder needle releasing grooves with consistent curvature radius are uniformly formed in one side, close to the discharging groove, of the template, a plurality of upper semi-cylinder needle releasing grooves are formed in the cover plate, and the curvature radius of the upper semi-cylinder needle releasing grooves is consistent with that of the lower semi-cylinder needle releasing grooves; the cover plate covers the template and completely coincides with the template, the upper semi-cylinder needle placing groove and the lower semi-cylinder needle placing groove correspond to each other in position to form a cylindrical needle placing cavity, and the efficient preparation of the needle plate electrode sample for polypropylene-based insulating material electrical tree characteristic testing can be realized by using the mold.)

聚丙烯基针板电极试样制备模具及制备方法

技术领域

本发明涉及一种电极试样制备模具及制备方法，具体涉及一种聚丙烯基针板电极试样制备模具及制备方法，属于电气绝缘材料介电性能测试技术领域。

背景技术

由于聚丙烯基绝缘材料相比于热固性材料交联聚乙烯而言，具有击穿强度高，可回收利用，原料丰富，价格便宜，有优异的耐热性能等优点，并且符合绿色环保的发展理念和价值取向。因此，聚丙烯基绝缘材料无论应用于交流电缆还是直流电缆，都具备很大的发展潜力，受到了国内外研究者的广泛关注。想要探究聚丙烯基绝缘材料是否能够作为电缆的主要绝缘材料，研究其电气性能是必不可少的重要环节之一。其中，研究聚丙烯基绝缘材料电树枝的引发、生长机理，对于电力电缆可靠性评估以及电力系统的安全运行具有十分重要的意义。

在实验室内研究电树枝现象，大多数研究者常采用针-板电极，选取的材料透明度较高、韧性较好。以交联聚乙烯为例，测试电树枝现象在电树枝试样的制备过程中，只需用平板硫化机将材料压制成合适厚度的试样后，使用一些工具便可将金属针***试样中，并且能很容易地保证试样的针与板之间的距离一致性，同时，金属针与试样同轴且针尖不受损。

然而，聚丙烯基绝缘材料硬度高、熔点高，常温下属于脆性材料，无论是加热条件下插针还是在常温下插针都十分困难，且用于电树枝引发实验的针尖曲率半径往往在几微米左右，插针过程中金属针尖极易弯曲或受损。同时，由于试样抗机械冲击性能差且硬度较高，其针-板电极试样的针尖与平板电极的距离难以做到统一，针-板距离和针尖曲率半径对针板电极试样电树枝引发过程的电场造成显著影响，从而使得测试结果分散性过大，引入的误差和不确定性因素也过多，其测试结果可靠性很差。因此，对于聚丙烯基绝缘材料的交流电树枝特性测试而言，其针板电极试样制备一直是一个测试技术上的难题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明为了解决现有实验测试技术存在制样困难、步骤繁杂、试样统一性差的问题，设计了一种利用埋针法制备聚丙烯基针板电极试样的工艺方法及制备模具。

方案一：聚丙烯基针板电极试样制备模具包括盖板、模板和底板，底板上加工有开口凹槽，模板安装在开口凹槽内，且模板的底端面与开口凹槽的底面之间形成放料凹槽，模板靠近放料凹槽的一侧均匀开设有多个曲率半径一致的下半圆柱体放针凹槽，盖板上均匀开设有多个上半圆柱体放针凹槽，所述上半圆柱体放针凹槽的曲率半径与下半圆柱体放针凹槽的曲率半径保持一致；盖板盖装在模板上并与模板完全重合，上半圆柱体放针凹槽与下半圆柱体放针凹槽两两位置对应构成圆柱放针腔体，在圆柱放针腔体内放置钨针。

进一步地：所述模板远离放料凹槽的一侧中部开有下分离凹槽，盖板上与下分离凹槽对应的位置开设有上分离凹槽。如此设置，便于试样成型后进行模具分离，方便卸料。

进一步地：所述模板远离放料凹槽的一侧两角处开有定位缺口，盖板上与定位缺口对应的位置设置有定位凸起，定位缺口与定位凸起配合实现定位。如此设置，便于在制样过程中定位，方便制样。

进一步地：所述底板采用长为30cm、宽为20cm、厚度为8mm-12mm的不锈钢平板制成。

进一步地：所述下半圆柱体放针凹槽的曲率半径为0.3mm。

方案二：聚丙烯基针板电极试样制备方法，该方法采用预埋针法在热压成型过程中制备针板电极试样，是依托方案一所述的聚丙烯基针板电极试样制备模具实现的，具体步骤为：

预先将待压制的聚丙烯基材料研磨或切割成颗粒，取一块钢板，将与钢板相同大小的聚酯膜平铺在钢板上，将底板放置在聚酯膜上，将聚丙烯基材料颗粒均匀平铺在放料凹槽中，平铺的高度不超过模板上的下半圆柱体放针凹槽下沿，然后将多个长度相同的钨针依次平放在下半圆柱体放针凹槽中，选取的钨针长度要长于下半圆柱体放针凹槽的长度，并保证钨针底端紧贴下半圆柱体放针凹槽底端，然后依次在相邻两个钨针针尖之间铺设聚丙烯基绝缘材料，铺设厚度不高于模板，将盖板盖在模板上，使盖板与模板完全重合，然后依次在盖板上铺设相同大小的聚酯膜及钢板，夹紧后放入平板硫化机中，热压成型冷却后将模具取出，将模具分开并取出含有钨针的试样，最后将试样切割成相互独立的单个试样。

进一步地：所述预先将待压制的聚丙烯基材料研磨或切割成小于等于1mm³的颗粒。

进一步地：多个放针凹槽中的钨针长度和针尖曲率半径均保持一致，通过改变钨针的长度，调节针板电极试样针和板之间的电极间距。

进一步地：以定位缺口和定位凸起为轴将盖板盖在模板上，使盖板与模板完全重合。

进一步地：利用上分离凹槽和下分离凹槽将模具分开并取出含有钨针的试样。

本发明所达到的效果为：

(1)在制备试样时，设计了组合式模具，采用预埋针的方式，在试样热压成型的同时完成了针-板电极试样的制备，避免了针尖在插针过程中受损的可能，也保障了每个试样针-板电极距离的统一，大大简化了实验步骤，解决了制样困难的问题，也提高了制备试样的成功率、便捷度和测试过程的准确性。

(2)本发明的制备试样用的模具可以通过一次热压成型制备多个试样，提高了试样制备效率。

(3)本发明的试样制备方法及组合式模具，通过改变钨针的统一长度，可以改变针板电极试样的针与板之间的距离，可以实现不同针板电极间距的测试条件，具有较好的灵活性。

附图说明

图1为聚丙烯基针板电极试样制备模具的结构图；

图2为聚丙烯基针板电极试样制备模具的轴测图；

图3为聚丙烯基针板电极试样制备模具的放针示意图；

图4为交流电树引发实验装置结构图；

图5为交流电树引发实验装置平板电极俯视图；

图6为高电极主视图；

图7为经过模具压制得到的试样结构示意图。

图中：1—底板、2—模板、3—盖板、4—放料凹槽、5-1—下半圆柱体放针凹槽、5-2—上半圆柱体放针凹槽、6-1—上分离凹槽、6-2—下分离凹槽、7-1—定位缺口、7-2—定位凸起、8—高压交流电源、9—高压电极、10—电极支架、11—透明油槽、12—地电级、13—实验支架、14—罗氏线圈、15—示波器、16—电脑。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

实施例1：结合图1-图3，本实施例的聚丙烯基针板电极试样制备模具包括盖板3、模板2与底板1，底板由长为30cm宽为20cm厚度为12mm的不锈钢平板制成，底板的内部有长为11cm宽为1cm高为12mm的放料凹槽4，放料凹槽4上侧有长为11cm宽为7cm厚度为6mm的平板作为模板2，模板2靠近放料凹槽4侧均匀分布了10个曲率半径为0.3mm的下半圆柱体放针凹槽5-1，模板2远离放料凹槽4侧的中部有长为1cm宽为5mm高为1mm的下分离凹槽6-2，模板2远离放料凹槽4侧的两角留有边为2mm的正方体的定位缺口7-1，盖板3上与下分离凹槽6-2对应的位置开设有上分离凹槽6-1，盖板3上与定位缺口7-1对应的位置设置有定位凸起7-2，盖板3盖装在模板2上并与模板2完全重合。

实施例2：结合图1-图3、图7，本实施例的聚丙烯基针板电极试样制备方法，该方法采用预埋针法在热压成型过程中制备针板电极试样，是依托实施例1所述的聚丙烯基针板电极试样制备模具实现的，具体步骤为：

预先将待压制的聚丙烯基材料研磨或切割成小于等于1mm³的颗粒，取一块钢板，将与钢板相同大小的聚酯膜平铺在钢板上，将底板1放置在聚酯膜上，将适当质量的聚丙烯基材料颗粒均匀平铺在底板1上的长方体放料凹槽4中，平铺的高度不超过模板2上的下半圆柱体放针凹槽5-1下沿，然后将多个长度相同的钨针依次平放在下半圆柱体放针凹槽5-1中，选取的钨针长度要长于下半圆柱体放针凹槽5-1的长度7mm，并保证钨针底端紧贴下半圆柱体放针凹槽5-1底端，然后依次在相邻两个钨针针尖之间铺设聚丙烯基绝缘材料，铺设厚度不高于模板2，以定位缺口7-1和定位凸起7-2定位将盖板3盖在模板2上，使其与模板2完全重合，后依次盖上相同大小的聚酯膜及钢板，夹紧后放入平板硫化机中，热压成型冷却后将模具取出，利用上分离凹槽6-1和下分离凹槽6-2形成的槽将模具分开并取出含有钨针的试样，最后将试样切割成十个相互独立的单个试样。

实施例3：结合图4-图6，本实施例为了避免局部放电对于测试结果的干扰，有效保障聚丙烯基非透明绝缘材料电树枝起树电压测试的高效性与准确性，在实施例1、2的基础上设计了一种聚丙烯基绝缘材料交流电树枝起树电压测试方法。

步骤一、制备聚丙烯基针板电极试样，具体方式与实施例2相同；

步骤二、用导电漆均匀涂抹在试样底部，并放入真空烘箱中脱气处理，24小时后取出；

步骤三、将地电级平铺在油槽底部，在油槽内放入变压器油或硅油，后将油槽放置在实验支架上固定，将制得的十个试样针电极末端完全嵌入十个铜柱底端圆孔，避免露出钨丝，目的是通过倒圆角的铜柱高压电极对更容易发生放电的针电极形成法拉第笼屏蔽效应，防止钨丝暴露于空气或绝缘油中产生局部放电，用螺帽固定好后作为高压电极，多个高压电极通过电极支架固定在实验支架上，将电极支架放置在实验支架上固定，试样进入油槽后，取掉夹子，使试样底部的导电漆与地电级铜板良好接触；

步骤四、将一个高压电极的铜柱通过导线与高压交流电源输出端连接，地电级引出地线穿过罗氏线圈后接地，罗氏线圈输出端通过双层屏蔽传输线连接至示波器，示波器接地端接地，输出端连接电脑；

步骤五、对试样施加线性升高的交流高压，当示波器采集到高于5mV的放电脉冲信号时，将当时的交流高压记为该试样起树电压，分别获得十个试样的起树电压后，取平均值记为该材料的交流电树枝起树电压；

所述高压交流电源8的输出范围在0-100kV之间，所述高压电极9的铜柱上端有3mm-5mm的倒圆角，所述电极支架10是带有10个距离相等的圆形镂空的透明环氧板，所述透明油槽11中充有变压器油或硅油，所述地电极12为铜板，所述实验支架13是由一块环氧板、四根长短相同的丝杆及配套的12个螺母组成的固定结构，所述罗氏线圈14的线圈匝数为20，积分电阻为50欧姆。

本实施例中将制得的试样针电极末端完全嵌入铜柱底端圆孔，避免露出钨丝，目的是通过倒圆角的铜柱高压电极对更容易发生放电的针电极形成法拉第笼屏蔽效应，防止钨丝暴露于空气或绝缘油中产生局部放电，用螺帽固定好后作为高压电极，多个高压电极通过电极支架固定在实验支架上，高压电极的铜柱通过导线与高压交流电源输出端连接，试样底部涂有导电漆与地电级铜板良好接触，地电级平铺在油槽底部，油槽固定在实验支架上，地电级引出地线穿过罗氏线圈后接地，罗氏线圈输出端通过双层屏蔽传输线连接至示波器，加交流电压后，示波器将检测到的地线脉冲电流传送至电脑。所述高压交流电源8的输出范围在0-100kV之间，所述高压电极9的铜柱上端有3mm-5mm的倒圆角，所述电极支架10是带有10个距离相等的圆形镂空的透明环氧板，所述透明油槽11中充有变压器油或硅油，所述地电极12为铜板，所述实验支架13是由一块环氧板、四根长短相同的丝杆及配套的12个螺母组成的固定结构，所述罗氏线圈14的线圈匝数为20，积分电阻为50欧姆。测试过程依次对单一试样施加线性升高的交流高压，当示波器采集到高于5mV的放电脉冲信号时，将当时的交流高压记为该试样起树电压，分别获得十个试样的起树电压后，取平均值记为该材料的交流电树枝起树电压。

本实施例为了解决试样透明度过低导致通过光学显微观测无法确定针尖是否引发电树枝这一问题，由于交流电树枝的引发过程不仅会在针尖产生树枝状的破坏通道，同时也会在针尖处产生强烈的局部放电，局部放电通常会在高压接引线或接地线中产生微弱的高频脉冲信号，因此采用罗氏线圈和示波器采集观测流经接地电极的微电流信号，当观测到幅值较大且频率较高的脉冲信号时，即可推测试样中引发了电树枝，采用非光学的观测手段判定电树枝的引发，有效解决了由于绝缘材料透明度低无法用显微镜判定电树引发的问题。对高压电极、接地电极和试样进行了有效的位置固定，整个装置结构稳定，高压电极的铜柱、螺帽均有倒圆角，针电极完全嵌入有倒圆角的铜柱电极，避免了针电极暴露于绝缘油中，避免了在测试过程中高压连接环节所产生的杂散局部放信号对测试结果造成干扰，有效保障了交流电树枝起树电压判定的准确性；电树枝起树电压测试装置可以在较短时间完成多个试样的起树电压测试，提供了从试样制备到交流电树枝起树电压测定实验全过程的完整解决方案，大幅提高了测试效率。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。