抗芯吸涤纶织物/聚氯乙烯柔性复合材料的制备及其湿热老化行为

涤纶织物/聚氯乙烯(PET/PVC)柔性复合材料具有质轻、高强及良好的可加工性能,被广泛应用于体育休闲、广告印刷等户外产品。然而,在高温、高湿等极端环境中,PET/PVC极易因吸水而造成自身力学性能的下降。采用含氟丙烯酸酯嵌段共聚物对PET织物进行改性,然后通过涂覆法得到抗芯吸PET织物增强PVC树脂基柔性复合材料(F-PET/PVC),进而探究其耐湿热老化机理。结果表明:当抗芯吸剂浓度为20 g/L时,PET织物的水接触角从0°增大至114.5°,F-PET/PVC的芯吸高度降低了约94.29%,且剥离性能降幅较小,约为15.87%。此外,湿热老化测试表明F-PET/PVC的耐湿热老化性能优于PET/PVC,其界面剥离强度和拉伸强度损失率分别由7.41%和3.61%下降为3.08%和0.48%,有望为环境用织物增强树脂基复合材料的耐久性设计提供参考。

植物纤维增强聚合物基复合材料湿热老化研究进展

植物纤维具有材料成本低、来源丰富、可再生、可生物降解、比强度和比模量高等优点,以植物纤维代替合成纤维作为增强体制备的绿色复合材料引起了学术界和工业界的普遍关注,并初步应用于汽车、建筑、航空航天等领域。与传统合成纤维相比,植物纤维自身的多层次、多尺度结构和与生俱来的亲水性使得其增强聚合物基复合材料在服役过程中容易受水分和温度的影响,引起力学性能下降,可能导致整个结构的破损甚至失效,从而阻碍其应用和发展。近年来,学者们对植物纤维增强聚合物基复合材料湿热老化进行了相关的研究。本文从复合材料吸水行为、影响复合材料吸水的因素、湿热老化对复合材料力学性能的影响、复合材料界面失效机理、复合材料湿热老化机理和化学处理对复合材料湿热老化的影响等几个方面综述了国内外植物纤维增强聚合物基复合材料湿热老化研究现状,希望为研究植物纤维增强聚合物基复合材料湿热老化的学者提供参考。

绝缘纸在矿物油与菜籽油基天然酯中的加速热老化特性分析

天然酯较矿物绝缘油具有燃点高、可降解性好并且能延缓绝缘纸热老化速率等优点,作为提升变压器寿命或短时过载能力的液体绝缘介质正受到广泛关注。本文选取我国食用油中占比较大的菜籽油作为基油制备天然酯绝缘液,通过试验比较不同含水量绝缘纸在菜籽油基天然酯和矿物油中的加速热老化特性,并研究了氧气对绝缘纸在两种不同绝缘液中的加速热老化特性的影响。结果表明:在相同温度下,含水量是影响绝缘纸热老化速率的主要因素,氧气会降低菜籽油基天然酯对低含水量绝缘纸热老化速率的抑制作用。结合绝缘纸在绝缘液热老化过程中比强度与聚合度的实测数据,导出得到考虑含水量和氧气影响的绝缘纸纤维素分解反应数学模型,应用该模型可以对绝缘纸在绝缘液中的热老化过程和寿命进行预测。

高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究进展

高性能纤维增强树脂基复合材料具有卓越的结构整体性及抗分层等特性,在诸多工业领域中具有广泛适用性。在其储藏及使用时,制件强度会不可避免地因湿热老化造成降解和退化。探讨和揭示高性能纤维增强树脂基复合材料在不同湿热老化环境下的力学响应,对其结构件的耐久性、安全服役性能和寿命预估具有至关重要的意义。综述了国内外高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化方面的研究进展,介绍了其吸湿机理以及在湿热环境下的老化机理。梳理了湿热老化环境对于高性能纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响,寿命预测模型等。最后指出了高性能纤维增强树脂基复合材料老化研究存在的问题、面临的挑战,对未来研究发展方向提出了展望。

电缆附件用硅橡胶力-热老化特性及电-热-力多物理场耦合仿真研究

长期运行过程中,高温及界面压力作用会导致电缆附件硅橡胶(silicon rubber,SIR)绝缘发生老化,影响附件材料的电-热-力综合性能,易引发放电故障.该文采用实验和仿真结合的方法,研究力-热联合老化作用下硅橡胶材料的电-热-力综合性能变化规律;进一步仿真研究了SIR材料参数变化引起的电缆附件电场、热场和力场变化.实验结果表明,随着老化程度的不断加深,SIR的交联程度和分子运动体系会发生变化,导致材料的电-热-力性能发生不同程度的改变.相对介电常数呈现先下降后上升的趋势,体积电阻率、击穿场强和闪络电压等均呈现先上升后下降的趋势;此外,随着老化时间的延长,材料拉伸强度和断裂伸长率逐渐下降.仿真结果表明,力-热联合老化引起的电缆附件应力锥根部电场强度变化较小,维持在2.2 k V/mm左右;不同老化程度下绝缘层内外侧温差较为明显,最大温度梯度为9.15℃;应力锥根部界面压力从0.263 MPa下降到0.230 MPa,下降约12.5%.该工作对于配电电缆附件绝缘性能评价和故障分析具有指导意义.

热老化对润滑脂太赫兹光谱影响的实验研究

为研究润滑脂热老化温度与其太赫兹光谱之间的内在规律,应用透射式太赫兹时域光谱仪采集经过不同温度静态加速热老化实验处理的润滑脂样品的时域光谱,计算得到样品在0.4~1THz的太赫兹频域光谱,分析了热老化温度对润滑脂太赫兹光谱和相关太赫兹特征参数的影响。通过实验发现,热老化温度与润滑脂样品时域谱正向最大峰值、频域谱平均绝对值之间均存在良好的线性关系,且与频域谱平均绝对值的线性相关关系最强,相关系数R2为0.9979。研究结果可为后续润滑脂热老化程度的快速、准确、无损定量检测方法研究提供重要参考。

核级17-4PH不锈钢小型部件去污与热老化评估

压水堆核电厂的稳压器喷淋阀是调节稳压器压力的重要部件,其阀杆材质为17-4PH,在此服役环境下,面临表面沾污、热老化的问题。本文研究了通过表面处理去除阀杆表面沾污层的可行性,通过电子束焊接技术对阀杆部件进行加长,讨论小尺寸部件的热老化问题。结果表明,表面处理降低放射性的效果良好,满足放射性废物管理要求;电子束焊接保证了焊接件的机械强度;力学性能实验结果表明,阀杆在此服役环境下,存在较大热老化风险。通过去污、焊接、力学性能分析,证明了该评估流程可用于被沾污的核电小型部件的热老化评估。

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯(XLPE)开展不同温度下的加速热老化实验,对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时,在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律,在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律,进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明,随着老化温度的升高,XLPE分子的劣化程度加快,羰基、碳碳双键等官能团含量增大;介质损耗因数与介电常数逐渐增加,甚至出现了突增的现象;结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降;分子运动加剧,自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高,从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。

计及热老化程度的变压器绕组内线圈短路承受能力评估方法

通过对线圈所受的冲击载荷及静压变形量的计算,对所设计的绕组进行试验研究,以验证所提算法的正确性。采用理论分析与试验相结合的方法,对超高压换流变压器的绕组动态稳定性进行了研究。通过对绝缘纸板的加速老化实验,得到了不同老化程度的纸板的机械性能;通过对变压器绕组在承受短路载荷作用下的特征进行研究,可以为分析绕组的力学稳定以及进一步判定绕组的结构是否符合设计要求;在考虑了绕组支承刚度的情况下,其辐向抗弯应力与临界荷载分别是直梁模型的1/5、1/4;随着线圈的老化,抗弯的安全系数增加,而临界负荷的安全系数下降,说明老化后的变压器发生失稳的概率增加。本文的研究成果对变压器老化后的短路承载能力的评价具有一定的参考价值。

基于干热/湿热老化国家测试标准的文化用纸耐久性研究

对文化用纸进行了模拟干热老化和湿热老化实验,通过评估纸张在老化过程中色差、pH值、机械性能、聚合度、结晶度等性能的变化,探究2种老化方式对文化用纸耐久性的影响。结果表明,干热老化对文化用纸的性能变化和降解过程均有较大的影响;在文化用纸老化过程中,氧化降解占主导地位,温度是影响文化用纸老化的主要因素。

热老化行为对磁流变脂流变学性能的影响

磁流变器件在工作过程中因耗能不可避免地出现温升现象,为研究热效应对介质磁流变脂(MRG)流变学性能的影响,通过静态热处理方式模拟磁流变脂热老化情况。将磁流变脂在温度120℃的环境中进行4、8和24 h的热老化后,分别进行傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、磁学性能及流变性能分析,以探究热老化行为对磁流变脂流变学性能的影响。结果表明:热老化对磁流变脂基载液润滑脂的皂纤维结构产生影响,进而影响磁流变脂性能。随着热老化时间的增加,磁流变脂出现剪切屈服现象的时间点不断提前,长时间高温条件下的热效应对磁流变脂微观结构破坏更大,更容易造成磁流变脂流变性能的显著变化。经过24 h热老化的磁流变脂在恒定剪切速率10 s-1和温度85℃的测试条件下,磁场强度0 mT时磁流变脂的剪切应力为202.04 Pa,磁场强度440 mT时剪切应力可达1843.2 Pa。磁场在一定程度上降低了磁流变脂对温度的依赖性,但持续的热效应最终将会导致磁流变脂服役寿命缩短。

运动训练器材用碳纤维复合材料的湿热老化行为研究

采用真空辅助成型的方法制备运动训练器材碳纤维复合材料层合板,研究了40℃和60℃的湿热老化环境下碳纤维复合材料的吸湿率、拉伸强度、弯曲强度、压缩强度和剪切强度变化,并观察了不同老化条件下的拉伸断口形貌。结果表明,温度越高,运动训练器材碳纤维复合材料的平衡吸湿率、线性段斜率和扩散系数越大。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都先增后减,分别在老化时间为14d和7d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃和60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的压缩强度先增大后减小,在老化时间为35d时取得最大值。当湿热老化温度为40℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度先增大后减小,在老化时间为7d时取得最大值;当湿热老化温度为60℃时,随着老化时间延长,碳纤维复合材料的剪切强度逐渐减小。碳纤维复合材料在湿热环境下的力学性能变化,主要与温度和湿度共同作用下碳纤维复合材料的增塑和固化有关。

芳纶纳米纤维绝缘纸在新型油纸绝缘中的热老化特性研究

制备了以芳纶纳米纤维为基本结构单元的新型绝缘纸,系统研究了其在天然酯绝缘油及矿物绝缘油中的老化特性,并与商用Nomex T410绝缘纸进行对比分析。结果表明:芳纶纳米纤维基绝缘纸具有更好的热稳定性和耐老化特性,经相同条件的加速热老化实验后,芳纶纳米纤维基绝缘纸的力学性能以及电气特性均优于Nomex T410绝缘纸;由天然酯绝缘油与芳纶纳米纤维基绝缘纸配合形成的新型油纸绝缘系统,可有效延长变压器的寿命,为绿色低碳电工能源装备的绝缘设计及开发提供了参考。

变压器密封用丁腈橡胶湿热老化特性及机理

电力设备中大量采用丁腈橡胶制作的密封件以保障设备的安全稳定运行。湿热环境中,丁腈橡胶材料的密封件容易因老化而性能下降,表现出与在干热环境中不同的老化特性。为研究丁腈橡胶的湿热老化特性及机理,选取丁腈橡胶进行湿热老化和热空气老化的对比试验。对老化过程中样品的质量、压缩永久形变和力学性能变化进行测试,并利用傅里叶红外光谱、热分析仪、扫描电镜对样品进行分析。通过试验得出:湿热老化和热空气老化导致丁腈橡胶力学性能显著降低,但湿热环境中样品的压缩永久变形率明显更高。在热空气老化中,丁腈橡胶的断链与交联非常活跃,并最终达到平衡。与热空气环境不同,湿热环境有利于丁腈橡胶中填料、添加剂的迁移挥发,在此过程中,丁腈橡胶失去抗氧化剂等添加剂的保护,发生交联和氧化而老化,受到外界应力的影响时更容易出现永久形变。

热老化对阻燃电缆护套层的燃烧性能与热解动力学的影响

为研究热老化温度对电缆服役安全性的影响,利用氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、万能试验机和热重分析仪分析热老化温度对电缆护套层的阻燃性能、力学性能和热解性能的影响,并运用Broido和Zavkovic热解动力学模型获得护套材料的表观活化能和指前因子。研究结果表明:热老化显著降低护套材料的断裂伸长率,但可提升护套材料的极限氧指数(LOI)和拉伸强度,其中护套的LOI值随热老化温度的增加而增大;在150℃的温度下老化21 d,电缆护套层的LOI由25.5%升高至45.0%,但断裂伸长保留率仅为4.0%;热重分析表明,电缆护套材料的初始分解温度随热老化温度的增加先升高后降低,其中经150℃热老化处理的电缆护套材料初始分解温度明显下降;热解动力学分析表明,热老化前后电缆护套层的热稳定性变化与其表观活化能有关,其中热老化后材料的热稳定性随表观活化能的增加而提高。研究结果可为电缆的日常维护和防火工作提供理论指导。

不同因素对变压器绝缘垫块热老化特性的影响研究

为了探究绕组预紧力对绝缘垫块热老化特性的影响,对4组绝缘垫块分别施加0、200、500、1000 N预紧力后进行135℃加速热老化试验并测试绝缘垫块的力学特性。同时,为了模拟绝缘垫块在实际工况中因受绕组振动影响而发生机械老化,在对绝缘垫块施加200 N预紧力进行加速热老化的同时对其施加幅值为5 N、频率为2 Hz的正弦循环机械载荷。结果表明:热老化使0 N预紧力下绝缘垫块的应力-应变曲线逐渐右移,弹性模量逐渐减小,在135℃下加速老化336 h,绝缘垫块的弹性模量下降为新垫块的79.935%;施加预紧力对绝缘垫块的热老化有减缓作用,预紧力越大,绝缘垫块的老化速率和老化程度越低;施加循环机械载荷会加速绝缘垫块的老化。研究成果对绝缘垫块老化和变压器振动研究有一定的参考和实际应用价值。

热老化对聚乙烯导线火蔓延特性的影响规律

电缆和导线在实际应用过程中不可避免会发生老化,进而引发火灾事故。为更好地了解热老化对火灾行为特性的影响规律,开展了不同老化时间下两种尺寸导线火蔓延特性实验研究,探讨热老化时间对聚乙烯导线火蔓延行为的影响规律,包括火焰形态、火蔓延速率和滴落行为等。实验结果表明:导线熔融滴落物的滴落质量和滴落频率随着老化时间的增加而增加,火焰高度、宽度和火蔓延速度随着热老化时间的增加而降低,最终结合实验结果和理论分析得到了热老化对导线火蔓延行为特性的影响规律。

高温气冷堆陶瓷堆内构件热老化试验平台开发

目的 开发一种试验平台模拟高温气冷堆正常工况、氧化腐蚀工况和事故工况试验条件,研究陶瓷堆内构件的氧化腐蚀行为和长期服役热老化规律。方法 通过分析高温气冷堆陶瓷堆内构件服役环境特征,确定试验平台开发技术要求,其主要部件包括氧气流量控制器、氦气流量控制器、储气罐、反应气流量控制器、气体预热器、高温反应炉、气体循环泵、氦气纯化器、纯水罐、蠕动泵、真空泵、排气冷肼、在线气相色谱仪、在线露点仪等。结果 该试验平台可精确控制在冷却剂氦气中混入微量的O_(2)、H_(2)O杂质,研究反应时间、温度等因素的影响,还可模拟高温堆正常工况和蒸汽发生器传热管破裂进水事故工况条件,开展长达3000h以上的连续热老化试验。结论 该试验平台具有高精度、大尺寸、耐高温、耐长周期试验等优异特性,可模拟复杂多样的工况条件,开展热老化试验研究。

热老化对车载高压电缆终端应力控制管/EPDM复合层间界面放电特性的影响研究

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性对复合层间界面放电特性的影响规律,依据车载高压电缆终端特殊的绝缘结构及实际运行工况,分别在热老化温度为100℃、125℃和140℃三种老化环境下设计了应力管人工加速热老化试验,通过自制了老化应力管试样/EPDM复合层间界面模型和强极性针-板电极模型,搭建复合层间界面闪络试验平台,探明了不同老化条件下应力管试样对复合层间界面起始放电电压和闪络电压的影响规律;建立了应力管表面电荷输运模型,从微观层面探明并揭示了不同老化条件下应力管表面的载流子电导率、迁移速率的变化对复合层间界面模型放电特性的影响机理。通过以上研究,间接揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程及演变规律。

热老化对电容器用聚丙烯薄膜结构及电学性能的影响

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜是应用于电力电容器的主流电介质材料,目前国产BOPP薄膜在长时热稳定性方面与进口产品相比仍存在差距。为了系统研究国产和进口BOPP薄膜长时热稳定性差异,以及BOPP薄膜的热老化机制,本文选择了市场主流的国产及进口电容器用BOPP薄膜作为研究对象,分别在80℃和120℃下进行了1 000 h真空热老化试验。通过红外光谱(FTIR)、光学显微镜观察、X射线衍射(XRD)、动态热机械分析(DMA)、介电谱和直流击穿等试验对比分析了两种BOPP薄膜在热老化前后分子结构、聚集态结构及电学性能的变化规律。结果表明:相比进口BOPP薄膜,国产薄膜结晶度较低,分子链间作用力较弱,击穿场强比进口薄膜低5.7%。在长时热老化作用下,国产和进口BOPP薄膜均发生重结晶过程,包括晶区片晶尺寸增大、结晶度升高,以及非晶区分子链排布疏松化,自由体积增大,同时薄膜结构的变化导致其老化后介质损耗上升和低概率区击穿场强下降,但相比国产薄膜,进口薄膜中更强的分子链间作用力抑制了重结晶过程,减缓了电弱点的生成和发展,使其具有更好的长时热稳定性。