酸酐固化剂复配对环氧树脂复合材料性能分散度的影响

酸酐固化剂因具有耐热性好、固化收缩小、绝缘性能好等优点,被广泛应用于电力装备用环氧树脂复合材料浇注体系。电力系统正在向高电压、大容量方向发展,对电力装备性能提出了更高要求。为获得高性能环氧复合绝缘材料,文中研究了5种常用酸酐固化剂对环氧复合材料性能的影响,发现苯酐存在固化物性能优异,但有固化工艺性差、固化物性能分散度大的问题。进一步,制备了苯酐/六氢苯酐复配固化剂,并研究了复配固化剂对环氧复合材料机械性能和电气性能的影响。实验结果表明,当苯酐/六氢苯酐复配摩尔比例为1∶3时,复配固化剂的熔点最低、固化工艺性较好,固化产物的拉伸、弯曲和击穿强度最大值虽略有降低,但平均值提升显著,分散度显著减小,且耐电弧性能提高了49%。

基于流固耦合的环氧绝缘电力电子变压器温度分布研究

热点温度是直接影响电力电子变压器绝缘寿命的重要参数,为了合理指导电力电子变压器的环氧绝缘封装设计,文中构建了220 kW/30 kHz的电力电子变压器等效模型,基于流固耦合计算方法研究了环氧绝缘材料导热性能对变压器不同运行工况下的温度分布特性影响。研究表明,高、低压绕组同轴分布的电力电子变压器的热点温度主要位于距绕组底部约56%的高度处,且随负载系数的增大而逐渐升高;在短路情况下,高、低压绕组的热点温度分别以8、22℃/s速度上升;变压器的热点温度随环氧绝缘材料导热系数增大而显著降低,当环氧绝缘材料导热系数大于1.1 W/(m·K)时,热点温度变化趋于平缓,此时变压器的温度分布满足GB/T 1094.11—2022的规范要求,且具有30%的负载裕度。该研究工作可为电力电子变压器环氧绝缘封装设计提供理论参考依据。

2—甲苯缩水甘油醚协同提升环氧复合物韧性及刚性研究

电气及电子设备集成度的不断提高,对环氧复合物的热学与力学综合性能提出了更高需求。环氧复合物的耐热性能、刚性与韧性三者之间存在“跷跷板”现象,难以协同提升。该文提出将六氢邻苯二甲酸酐/四氢邻苯二甲酸酐/邻苯二甲酸酐3种固化剂复配提升环氧复合物热学性能,并采用2—甲苯缩水甘油醚协同提升环氧复合物韧性及刚性的方法。研究表明:固化剂复配的方法将环氧复合物的玻璃化转变温度Tg及热分解温度T5%分别提升了17.93%、7.72%;2—甲苯缩水甘油醚改性使得环氧复合物冲击强度和弯曲强度分别提升了123.03%、61.71%。采用分子动力学模拟,从分子角度揭示了2—甲苯缩水甘油醚提升环氧固化物性能的机理,其刚性苯环基团增强了环氧体系分子结构稳定性,柔性—C—O—C—链段改善了交联体系柔韧性。该研究提出一种不降低环氧复合物热学性能,并协同提升其韧性与刚性的可行方法,可为具备高综合热学与力学性能环氧复合物配方的设计提供新思路。

肝细胞核因子-1b在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚诱导急性肺支气管上皮细胞损伤中的作用及其机制

目的:探讨肝细胞核因子-1b(HNF-1b)在糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚(CEES)诱导人源性肺支气管上皮细胞(BEAS-2B)损伤中的作用及其机制。方法:用不同浓度(0、0.4、0.6、0.8、1.0和1.2 mmol/L)的CEES染毒BEAS-2B细胞24 h,使用CCK-8法检测细胞活力,光镜下观察细胞形态,分别采用DCFH-DA和MitoSOX荧光探针检测细胞总活性氧(ROS)和线粒体ROS水平。Western blot检测BEAS-2B细胞中HNF-1b蛋白的表达。再利用慢病毒感染技术构建过表达HNF-1b的BEAS-2B细胞系,用1 mmol/L CESS处理24 h后,分别采用CCK-8法测定细胞活力,Annexin V-FITC/PI双染法检测细胞凋亡率,MitoSOX和DHE荧光探针检测线粒体ROS和细胞总ROS水平,JC-1染色法检测线粒体膜电位。结果:与对照组比较,0.6~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞活力均降低(P<0.01);细胞形态发生损伤性改变;0.8~1.2 mmol/L CEES染毒后细胞总ROS和线粒体ROS水平均增加(P<0.01);CEES染毒组细胞HNF-1b蛋白表达水平显著下调(P<0.01)。慢病毒转染后,与对照组正常细胞相比,CEES染毒组HNF-1b过表达细胞的细胞活力显著增加(P<0.01),细胞凋亡率降低(P<0.01),线粒体膜电位的损伤缓解,且线粒体ROS和细胞内总ROS水平显著降低(P<0.01)。结论:糜烂性毒剂CEES能够导致肺支气管上皮细胞中HNF-1b表达降低,过表达HNF-1b能够减轻CEES诱导的细胞损伤和凋亡,抑制线粒体功能障碍,其机制可能与抗氧化有关。上述结果提示HNF-1b可能是糜烂性毒剂导致肺损伤的新靶点,激活HNF-1b可能是糜烂性毒剂毒性靶点治疗的新策略。

盐酸右美托咪定对2-氯乙基乙基硫醚致人支气管上皮细胞损伤的保护作用及机制

目的:研究盐酸右美托咪定(DEX)对糜烂性毒剂2-氯乙基乙基硫醚(CEES)诱导的人支气管上皮细胞损伤的潜在保护作用及机制。方法:使用浓度为1.2 mmol/L的CEES处理BEAS-2B细胞24 h,构建糜烂性毒剂导致细胞损伤的模型。使用不同浓度(0.1~1000μmol/L)的DEX预处理BEAS-2B细胞2 h后加CEES染毒24 h,再用CCK-8法检测细胞活力。选择DEX最佳保护剂量,在光镜下观察细胞形态,使用Annexin V/PI双染法检测细胞凋亡率,DHE、MitoSOX和RHOD123荧光探针分别检测细胞内总活性氧(ROS)、线粒体ROS(mtROS)和线粒体膜电位水平,通过试剂盒检测总超氧化物歧化酶(SOD)、CuZn-SOD、Mn-SOD酶活性和谷胱甘肽(GSH)含量变化。结果:与对照组相比,CEES染毒组细胞活力均明显降低(P<0.01),凋亡细胞数显著升高(P<0.01),细胞内总ROS、mtROS水平均明显升高(P<0.01),线粒体膜电位显著降低(P<0.01),总SOD、CuZn-SOD、Mn-SOD酶活性均升高(P<0.01),GSH含量降低(P<0.01)。与CEES染毒组相比,0.1~1000μmol/L DEX干预组细胞活力均升高(P<0.01),其中10μmol/L DEX干预组细胞活力升高最明显(P<0.01),后续用10μmol/L作为DEX干预组的最佳剂量。使用10μmol/L DEX干预显著抑制了CEES诱导的细胞凋亡(P<0.01),DEX干预组ROS和mtROS均降低(P<0.01),线粒体膜电位升高(P<0.05),总SOD、CuZn-SOD酶活力升高(P<0.01),GSH含量升高(P<0.01)。结论:DEX对CEES导致的人支气管上皮细胞损伤具有保护作用,其机制可能与调控线粒体稳态、降低mtROS的产生及增强细胞抗氧化水平有关。

CNN-ERI地质识别模型的研究与应用

基建工程对地质勘探精度的要求不断提高,研究人工智能技术在地质勘探数据分析处理中的应用具有重要意义。基于卷积神经网络技术的数据降维处理功能,提出一种改进的CNN-ERI地质识别模型,分析了该模型在地质识别方面的优越性,探讨了数据量和环境因素对模型识别精度的影响,并结合某隧洞工程,探析了模型的具体应用问题。

雷电冲击电压下环氧树脂基频率选择超材料沿面放电特性

频率选择超材料是隐身雷达罩的理想罩体材料,内部存在大量周期性金属超结构单元,常规雷电屏蔽方法无法对其形成有效保护。该文利用环氧树脂基材制备一种频率选择超材料,研究雷电冲击电压下这种超材料表面的放电通道形貌特征,提出夹角因子参数并测量了50%沿面放电电压。在此基础上,利用夹角因子对超材料表面绝缘特性进行评估,得出沿面放电电压随偏离角变化的规律。结果表明,超材料表面放电通道呈折线型,由两类放电路径组成:第一类路径与超结构周期方向平行,第二类路径与超结构周期方向夹角45°。进一步分析发现,超材料沿面放电的主通道发生在沿绝缘间隙总长度最短的路径上。随着双电极连线偏离超结构周期方向角度的增大,沿面放电电压先增后减,当偏离角为0°或45°时,放电电压较低;当偏离角为22.5°时,放电电压较高。研究结果可为超材料隐身雷达罩的雷电防护提供参考。

复配固化剂对环氧树脂体系特性影响的分子动力学模拟

为探究复配酸酐固化剂对环氧树脂固化产物的影响,采用分子动力学方法建立了甲基四氢苯酐(MTHPA)/邻苯二甲酸酐(PA)(复配比分别为10∶0、9∶1、7∶3、5∶5、0∶10)和双酚A型缩水甘油醚(DGEBA)的交联模型,研究了在同一交联度下固化剂不同复配比对交联环氧树脂结构、热学性能和力学性能的影响。结果表明:当MTHPA和PA复配比为10∶0时,体系的自由体积占比最大,分子链段运动能力最强;复配比为7∶3时,体系的综合力学性能最好;而当复配比为9∶1时,体系的玻璃化转变温度最高,复配比为7∶3时最低。

电容器组用SF6断路器弧触头关合磨损特性

电容器组用SF6断路器存在关合涌流,其预击穿电弧烧蚀使动、静弧触头间机械磨损加剧,研究弧触头机械磨损,提出改善磨损措施,对提高断路器电寿命具有重要意义。通过弧触头碰撞接触应力与电弧烧蚀温度场仿真计算,分析高温下弧触头物性参数,结合试验后弧触头的检测分析揭示了弧触头在常温和高温情况下的磨损机理的类型,提出减少磨损措施的建议。常温下弧触头磨损符合磨粒磨损的特点,电弧烧蚀的高温下,烧蚀中心区域,以粘着磨损为主;距离电弧烧蚀中心较近处,CuW与CuW滑动接触区域同时具有磨粒磨损与粘着磨损的特点;距离电弧烧蚀中心较远处为磨粒磨损。提出的解决措施为弧触头间尽可能为面与面的平行接触,增大接触面积,适当提高断路器关合速度,以减轻弧触头磨损。

直流升压条件下频率选择超材料流注放电特性

频率选择超材料是一种理想的雷达罩材料,但其雷电屏蔽失效率较高,制约了这种材料的工程化应用。本文制备两种典型结构频率选择超材料,基于雷击放电过程中目标物附近的电场变化,设计直流升压条件下的超材料流注放电试验方法,从放电形貌、击穿电压和电荷沉积三个方面,对比研究两种超材料的放电特性,分析两种超材料的电场分布情况。结果表明,谐振环型超材料的击穿电压最高,细丝状放电较暗且密集,靠近接地位置的细丝状放电较多;耶路撒冷型超材料的击穿电压最低,细丝状放电较亮且稀疏。进一步分析发现,细丝状放电导致带电粒子积累到蒙皮表面形成表面电荷,表面电荷密度达上百μC/m2,在蒙皮内部产生与外加电场同向的电场,数值达几十kV/cm,显著提高了蒙皮内部电场强度,蒙皮在外加电场和表面电荷的双重作用下发生击穿。希望研究结果能够为超材料的雷电防护提供参考。

适用于GIS设备在线快速密封的环氧复合材料研究

针对GIS设备SF_6气体泄漏的问题,采用环氧复合材料密封方案,比较了环氧树脂E44在多种胺类固化剂作用下的固化速度,并分别研究了纳米碳化硅、纳米二氧化硅、纳米碳酸钙对环氧复合材料固化反应的影响,确定了环氧复合材料双组分胶体系配方,搭建了监测SF_6气体泄漏情况的试验装置。结果表明:经该环氧复合材料修复后的压力容器放置180天后,容器内气压为0.7 MPa左右,满足GIS设备带压封堵的要求。

强风沙尘环境下车顶复合绝缘子风压分布和形变特性研究

高速列车在运行过程中,车顶硅橡胶复合绝缘子伞裙在长期强风沙尘环境下存在撕裂问题。为研究车顶绝缘子在强风沙尘条件下的撕裂原因,伞裙的受力和形变特性,采用流固耦合仿真的方法,计算车顶绝缘子表面的风压分布、探讨风速和来流角度对绝缘子受力和形变特性的影响。结果表明:伞裙上下表面的风压差,形成较大合力作用于伞裙,引起伞裙形变,伞裙表面的风压差越大,伞裙形变越大。伞裙根部会出现应力集中现象。在反复外加力的作用下,伞裙根部的材料寿命明显低于伞裙的其他部位。不同来流角度下,绝缘子伞裙边缘的形变量和伞裙根部的受力明显不同。随着风速从60 m/s到100 m/s的增加,伞裙边缘最大形变量从6.442 8 mm增大到18.561 mm,伞裙根部最大应力从0.180 56 MPa增大到0.496 98 MPa。同时伞裙的结构、直径和倾角显著影响绝缘子的抗风性能。该研究成果为车顶硅橡胶复合绝缘子结构设计与优化提供参考价值。

Me-THPA扩链改性环氧树脂对其固化物绝缘特性的影响

盆式绝缘子是气体绝缘开关设备(GIS)中的关键部件,运行中的盆式绝缘子发生过多次表面闪络事故,影响电网安全运行。盆式绝缘子的绝缘性能取决于环氧树脂/Al2O3复合材料的综合性能,该文使用甲基四氢邻苯二甲酸酐(Me-THPA)对低分子量环氧树脂进行扩链改性,探究了扩链后环氧树脂的分子量分布和固化特性。在此基础上,制备了扩链树脂/Al2O3复合绝缘材料,试验研究了这种材料固化产物的体击穿特性和沿面闪络特性。研究结果表明,采用Me-THPA达到了对环氧树脂扩链改性的目的,降低了环氧树脂的树脂固化放热速率,且扩链环氧树脂/Al2O3固化物的体击穿强度和沿面闪络电压都有一定程度提升,研究结果可为盆式绝缘子绝缘能力的提高提供参考。

基于热固耦合的中频变压器绝缘材料性能参数优化配合方法

为了提升中频变压器的散热和机械性能,该文针对中频变压器绝缘材料的性能参数进行了优化配置。通过建立热固耦合模型,结合有限元法分析了中频变压器额定运行时的温度场以及热冲击试验时的应力场和位移场,以检验绝缘材料的散热和力学性能。采用Box-Benhnken中心组合设计试验和响应面分析法,研究了绝缘材料性能参数对变压器温升、应力和形变的影响。求解响应面模型获得理想的绝缘材料性能参数范围,结合实际确定了优化配合方案:导热系数为0.8 W/(m·K),热膨胀系数为4.7×10^(-5)K^(-1),杨氏模量为3.5 GPa。通过仿真与试验对优化方案进行验证,各项试验指标均满足要求。上述研究结果可为中频变压器绝缘材料的优化与选择提供依据。

APTES对环氧树脂/Al_(2)O_(3)复合材料填料沉降和性能的影响

微米Al_(2)O_(3)填料的沉降降低环氧复合材料的电气和机械性能,并制约大尺寸绝缘件性能的提升。为此开展了3—氨丙基三乙氧基硅烷(3—aminopropyltriethoxysilane,APTES)抑制环氧复合材料中微米Al_(2)O_(3)填料沉降的研究,采用密度法测量了不同APTES添加量的环氧复合材料中微米Al_(2)O_(3)填料的沉降特性,探究了APTES添加量对环氧复合材料电气和机械性能的影响。研究结果表明,APTES的加入可降低微米Al_(2)O_(3)的沉降,随着APTES添加量的增加,样品因沉降导致的密度差先减小后增大,其电气和机械性能均先增大后减小,且性能分散性先减小后增大;当APTES添加量为1.5%m(Al_(2)O_(3))时,微米Al_(2)O_(3)填料的沉降最小,样品的拉伸强度、弯曲强度、击穿强度和沿面闪络电压最大,且性能分散性最小。该研究结果可为环氧浇注料的配方开发与环氧浇注件的制造提供参考。

冲击电压下方形谐振环频率选择超材料蒙皮的沿面放电长度影响因素研究

频率选择超材料是极具前景的先进雷达罩材料,然而其雷电屏蔽失效率较高,工程化应用受到限制。选择最优的分流条间距是保障超材料电磁传输效率和雷电屏蔽成功率的关键,冲击电压下超材料蒙皮的沿面放电长度是决定分流条最优间距的因素之一。基于实际雷达罩结构,设计并搭建了针对方形谐振环频率选择超材料进行蒙皮沿面放电的试验模型,研究超材料接地水平间距、蒙皮放电次数、蒙皮材质对蒙皮沿面放电长度的影响,观察了放电后蒙皮表面的损伤部位微观形貌,测量了蒙皮表面电阻率以及蒙皮表面电荷分布情况,并基于上述观察和测量结果,对蒙皮表面放电的试验结果进行了分析。结果表明:超材料接地水平间距的变化对玻纤/环氧树脂蒙皮沿面放电长度影响较小;随着蒙皮放电次数的增加,玻纤/环氧树脂蒙皮沿面放电长度逐渐增加;蒙皮表面电阻率对沿面放电长度有显著影响,表面电阻率与介电常数乘积较小的蒙皮显示较大的沿面放电长度。研究结果可以为超材料雷达罩的雷电防护提供参考。

DGEBA/DCPDE双交联环氧树脂热机械性能的分子动力学模拟

研究材料宏观性能与微观结构的关系对于设计高性能环氧树脂绝缘材料具有重要意义。为此基于共混改性方法提高聚合物材料性能的基础,提出了双交联网络分子模型构建方法,以期望获得综合性能较好的环氧树脂绝缘材料。采用分子动力学(MD)模拟结合实验验证的方法,验证了双交联模型的准确性,研究了DGEBA/DCPDE双交联环氧树脂摩尔配比对其热机械性能的影响以及其微观结构与宏观性能的关联关系。结果表明:当DGEBA与DCPDE的摩尔配比为7:3时,双交联环氧树脂的整体性能较好;DCPDE/MA体系的引入,使得体系的自由体积占比(FFV)和均方位移(MSD)减小,分子链段运动能力减弱,弹性模量升高;FFV、MSD、非键能和二面角扭转能随温度的变化可用于预测交联体系的玻璃化转化温度(Tg)。

Na+对氧化铝/环氧树脂复合绝缘材料电气性能的影响

氧化铝是特高压盆式绝缘子用环氧复合绝缘材料的关键无机填料,而Na+是氧化铝填料中的杂质离子之一。为了研究Na+对环氧复合材料材料电气性能的影响,制备了不同Na+质量分数的氧化铝/环氧树脂浇注料及其固化产物样品;然后测量了浇注料的粘度和凝胶时间,以及样品的电阻率、表面电位、击穿强度和沿面闪络电压,并观察了样品长时耐压下的沿面闪络通道形貌。结果表明,氧化铝中Na+质量分数越高,环氧浇注料粘度上升速度越快,凝胶时间越短,Na+的存在显著加速环氧浇注料的固化反应速率;随着Na+质量分数的增加,样品的表面电阻率和体积电阻率降低,表面电荷消散速度加快;氧化铝中存在Na+对样品短时和长时电场作用下的击穿强度和闪络性能不利,并会加重样品沿面闪络后的损伤程度。

基于MD模拟的DGEBA平均分子量对环氧树脂热机械性能的影响

平均分子量的大小对双酚A型环氧树脂性能有着显著影响,为此采用分子动力学模拟(MD)方法,将2种不同聚合度的双酚A型缩水甘油醚(DGEBA)按照不同比例混合,以甲基四氢苯酐(MTHPA)为固化剂,研究了不同平均分子量对环氧树脂体系热力学性能的影响,并与聚合度为0的DGEBA/MTHPA体系进行了对比。结果表明:随着平均分子量的增加,体系的玻璃化转变温度(Tg)先升高后降低,但均高于聚合度为0的DGEBA/MTHPA体系;平均分子量对橡胶态体系的热膨胀系数(CTE)影响较为明显;体系的弹性模量呈现先上升后下降的趋势,在平均分子量为700~750时,各个弹性模量的提升幅度最大。

含紧固件碳纤维复合材料雷击损伤电热耦合仿真分析与实验研究

为研究含紧固件碳纤维复合材料(CFRP)雷击损伤特性,分别建立含紧固件CFRP和不含紧固件CFRP的三维有限元模型,利用电热耦合仿真分析CFRP的雷击损伤形态,并对应进行雷电流损伤实验,对比研究不同雷电流峰值下两种CFRP的损伤特性。结果表明:雷电流峰值较低时,含紧固件CFRP的表面损伤程度低于不含紧固件的CFRP,随着雷电流峰值增大,含紧固件CFRP沿碳纤维纵向损伤逐渐加大,并最终超过不含紧固件CFRP。实验中不含紧固件CFRP受到雷击时表面垂直碳纤维方向上出现线状损伤,含紧固件的CFRP垂直碳纤维方向的线状损伤不明显。