纳米SiO2改性玻璃纤维增强树脂的耐湿热老化性能

高压电气设备中广泛使用的玻璃纤维增强树脂(GFRP)材料易在长期运行条件下受到湿热环境侵蚀导致绝缘劣化，影响电力系统的安全稳定运行。本文使用纳米SiO₂改性玻璃纤维，随后浸润环氧树脂制备了GFRP复合材料，并对其进行加速湿热老化处理，通过实验测试与仿真分析不同浓度纳米SiO₂对GFRP内部水分侵入和抗老化特性的影响。结果表明：当SiO₂质量分数为9.4%时，GFRP复合材料对水分侵入的抑制效果最好；同时SiO₂的加入可以使GFRP复合材料在老化前后都保持较高的表面绝缘性能。此外，结合仿真计算结果从分子尺度揭示了SiO₂对GFRP复合材料水分侵入的抑制作用及抗湿热老化特性的影响机制。     

芳纶纤维与树脂基体改性对复合材料剪切性能的影响

芳纶纤维表面惰性会影响其与树脂间的浸润性能和界面结合强度,因此限制了芳纶纤维复合材料在航空、航天、输电等领域的应用。为了对比纤维表面改性和树脂基体改性技术对芳纶纤维复合材料层间剪切性能的影响,文中结合光学和力学测试方法对不同改性技术及处理过程对芳纶纤维表面刻蚀的影响机制开展了深入研究。结果表明,乙酸酐化学刻蚀会对芳纶纤维表面基团产生影响且增加表面粗糙度。热氧化刻蚀处理后表面粗糙度显著增加,具有明显“沟壑”状。然而,当乙酸酐化学刻蚀处理时间高于6 h、热氧化刻蚀处理时间高于4 min时,纤维内部结构就会受到损伤,导致复合材料层间剪切性能降低。超声浸渍改性处理后,纤维表面粗糙度有一定增加,纤维表面附着的气体将会排出,超过20 min后改性效果趋于稳定。使用偶联剂改性树脂基体可以增加纤维表面的键合作用,当添加量超过3%时,树脂分子间的过度交联导致复合材料层间剪切性能下降。研究结果为提高芳纶复合材料浸润性能和界面强度提供了理论依据,对航空航天、电力系统中芳纶复合材料设计及制造研究具有参考价值。     

高压绝缘拉杆树脂浸润纤维的气泡缺陷数值模拟与工艺参数优化

基于流体体积函数方法建立了高压绝缘拉杆真空辅助树脂浸润纤维过程的树脂、空气两相流模型,论述了气泡缺陷成因并进行可控工艺参数分析;构建了接近真实的绝缘拉杆单胞细观和微观几何模型,采用有限体积法并通过Fluent软件完成了树脂、空气两相流模型的求解;对单胞细观和微观的树脂、空气两相流动及气泡缺陷进行数值模拟,研究了可控工艺参数与气泡缺陷的关系,并进行工艺参数优化。结果表明:当温度为50℃时,毛细数在0.007~0.008,浸润效果最好。基于数值模拟的工艺参数制备绝缘拉杆,其虹吸实验结果与数值模拟结果相符,验证了本文方法的有效性,可为实际浸润工艺的设计提供参考。     

无卤阻燃耐电痕化改性环氧树脂复合绝缘层压制品的研制

采用含磷改性环氧树脂(EP-1000)与普通环氧树脂(EP-44)为主要原料,以双氰胺为固化剂、咪唑为促进剂,制备了改性环氧树脂,通过与玻璃纤维织物复合得到具有高耐电痕化、高阻燃、高耐热等特性的环境友好型环氧树脂复合绝缘层压制品,并对其热性能、电气性能、力学性能进行测试。结果表明:当EP-1000与E44的质量比为5∶5、Al(OH)_3质量分数为30%时,层压制品的综合性能最佳,相比电痕化指数可达到600 V,阻燃等级达到V-0级,玻璃化转变温度达183℃,155℃下热态弯曲强度保持率在70%以上。     

酚醛树脂对玻璃纤维的浸润性研究

为研究酚醛树脂对玻纤的浸润性能,更好地指导实际生产,考察了两种酚醛树脂和三种玻璃纤维。通过添加稀释剂和分散剂改变树脂体系的表面张力、粘度和树脂对玻纤的动态接触角,采用靶环试验测试了多种树脂体系对三种玻纤的浸润速率,筛选出浸润性能最好的树脂体系和玻璃纤维。研究表明,表面张力越低,粘度越小,树脂与玻纤的动态接触角越小,越有利于提高树脂对玻纤的浸润效果。     

高压绝缘拉杆真空压力浸渍成型工艺研究

通过可视化模具充分模拟绝缘拉杆真空压力浸渍(VPI)成型工艺,研究了原材料选型、卷布工艺、浸渍温度、浸渍速度等工艺参数对VPI工艺的影响。结果表明:A型聚酯纤维布与玻璃纤维布和环氧树脂的相容性更好;卷布时增加张力更加容易避免产品缺陷。通过可视化模型获得了新的工艺参数,即浸渍温度为50～60℃,浸渍速度为0.30 g/s或0.50 g/s,在此参数下能够获得浸渍良好的绝缘拉杆产品。从基础物理性能、力学性能和电气性能3方面对新旧工艺参数下制备的绝缘拉杆产品进行比较,证实了可视化模型获得的工艺参数的优异性。     

不同固化剂对于环氧树脂固化物的绝缘性能的影响研究

不同类型的固化剂所制备的环氧树脂固化物，其理化性能具有显著的差异。为了深入研究不同固化剂分子结构对环氧树脂固化物的电气性能的影响，利用3种常用的酸酐固化剂甲基四氢苯酐(MTHPA)、甲基六氢苯酐(MHHPA)、甲基纳迪克酸酐(MNA)与DER331双酚A环氧树脂反应制备了3种环氧树脂固化物，测试了这3种环氧树脂固化物的体积电阻率和击穿电压。结果表明：当固化剂为MTHPA时，环氧树脂固化物击穿电压最高，为40.4 kV·mm^-1，体积电阻率为4.29×10¹⁶Ω·cm，击穿电压较MNA提高了22.4%，体积电阻率提高了73.0%。基于有限元仿真分析了这3种不同结构环氧树脂固化物分子的最高占据轨道(HOMO)和最低未占据轨道(LUMO)的能级差，研究发现，当采用MTHPA作为固化剂的时候，LUMO-HOMO之差达到最大，为5.56 eV，仿真结果表明环氧树脂固化物能级差大小为MTHPA>MHHPA>MNA，该结果和实验结果一致。     

硼酚醛树脂及其复合材料的研究进展

作为目前最成功的改性酚醛树脂品种之一,硼酚醛树脂具有优异的耐热性能和耐烧蚀性能,良好的力学性能、摩擦性能和阻燃性能等。硼酚醛树脂及其复合材料可广泛应用于航空航天、武器装备、汽车制动、防火阻燃等领域。对硼酚醛树脂及其复合材料的研究进展进行了综述。首先概述了硼酚醛树脂的不同制备方法及硼酚醛树脂的改性途径;然后重点总结了硼酚醛树脂基复合材料的常用制备方法及其耐热性能、耐烧蚀性能、力学性能、摩擦性能、阻燃性能、耐水性能;最后,对该领域所存在的问题进行了总结,并展望了其发展趋势。     

复合绝缘子伞裙护套材料耐冲击力学特性研究

鸟啄复合绝缘子为输电线路的安全运行带来了严重的隐患。为进一步理解材料特性与鸟啄损伤程度之间的关系，文中基于冲击动力学理论，对复合绝缘子的伞裙护套材料的耐冲击力学特性进行了研究。建立了包含材料弹性模量、密度、泊松比、鸟嘴形状系数等相关参数的复合绝缘子鸟啄冲击模型。模型根据鸟啄速度分为弹性变形、塑性变形与流体变形3个阶段，描述了复合绝缘子伞套材料的鸟啄深度与鸟啄速度之间的关系。设计了模拟鸟啄的人工冲击试验，以硅橡胶与脂环族环氧树脂两种伞套材料为例，对比了两种材料的耐冲击特性。结果发现，硅橡胶伞套材料随冲击高度的增加，经历了弹性变形至塑性变形阶段。鸟啄冲击模型可以很好的描述硅橡胶材料所受冲击速度与冲击深度之间的关系。脂环族环氧树脂材料的冲击过程同样存在弹性、塑性变形阶段，但最终以裂纹扩展断裂形式开裂，与鸟啄冲击模型中侵入深度逐渐增加最终贯穿的过程不符，因此不适合该模型。相较于硅橡胶材料，脂环族环氧树脂伞套材料具有更好的耐冲击力学特性，更能抵御鸟啄侵害。