脂环族环氧复合绝缘子材料的机械性能及电气性能研究

在电力行业,绝缘子的应用十分重要,尤其是在架空输电线路方面,绝缘子是非常关键的材料。绝缘子是比较特殊的绝缘部件,它的类型随着我国电力事业的发展逐渐增多,其中主要的类型为电瓷绝缘子、玻璃绝缘子以及硅橡胶复合绝缘子,目前复合绝缘子的应用受到越来越多用户的青睐。为促进和推动电力电器行业的发展,脂环族环氧复合绝缘子得以研发出来。脂环族环氧复合绝缘子具有优良的憎水性,对于硅藻土具有很好的憎水迁移性,同时也具有比普通硅橡胶材料更加出色的耐漏电起痕和电蚀损性能。此外,脂环族环氧复合绝缘子具有出色的耐污闪特性,污闪电压梯度与普通硅橡胶复合绝缘子、涂覆RTV涂料的绝缘子相当,并且比硅橡胶复合绝缘子易清洗。本论述主要对脂环族环氧复合绝缘子伞套材料进行分析,并对其机械和电气性能进行分析。

环氧复合绝缘内部缺陷超声自动检测系统

环氧复合绝缘子密度不均匀和内部集中缺陷严重威胁着气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)的安全运行,目前超声检测方法存在缺陷检测不直观、效率低等问题。针对此,基于超声反射原理研制环氧复合绝缘材料内部缺陷超声自动成像系统。首先采用小波分析对非重复性超声回波信号进行降噪;然后对回波波形的相邻波峰时间差、电压峰值和电压相邻波峰间的零信号时间进行特征融合识别,得到试样缺陷的位置-超声特征数据集;最后实现环氧复合绝缘缺陷超声自动成像。分别用本文检测系统和传统检测方式对密度不均匀和不同深度、取向裂纹的环氧复合绝缘试样进行检测和对比分析。结果表明:该系统与质量体积法测量的局部密度误差小于4.8%;内部集中性缺陷检测结果和缺陷原貌具有一致性;检测效率较传统人工超声检测提升近6倍。该系统实现了环氧复合绝缘材料的内部集中缺陷和密度不均匀检测的统一,在绝缘子出厂试验和故障分析缺陷定位方面较传统人工检测方式在检测效率和直观性上具有一定优势。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

竹纤维绝缘纸/环氧复合材料的制备与性能分析

为解决我国绝缘木浆高度依赖进口、优质木材纤维资源短缺等问题,实现高压套管用绝缘纸的自主化生产,对竹浆纸及其环氧复合材料的电热力性能开展研究。首先对竹浆依次添加盐酸及醋酸镁进行纯化处理,研究纯化处理方式对纸张理化性能的影响;然后制备环氧/竹浆纸复合材料,测量其电学和热学性能,并与现有环氧/绝缘木浆纸复合材料进行对比。结果表明,纯化处理能降低竹浆纸中的灰分含量,增强纤维间的结合力,提高纸张的绝缘性能与机械性能,其中盐酸配合镁盐的纯化处理工艺能够进一步降低浆料挤出液的电导率,有效减少介电损耗。纯化处理能有效提高环氧/竹浆纸复合材料的玻璃化转变温度、介电性能与击穿强度,使其电学和热学性能接近甚至优于环氧/绝缘木浆纸复合材料。研究结果为落实国家“双碳”目标,推动我国电气工程基础材料自主化研发提供方法和途径。

GIL绝缘子用环氧复合材料固化形变的试验研究与仿真模拟

环氧复合材料固化收缩引起的内应力集中是气体绝缘金属封闭输电线路(gasinsulatedmatelenclosed transmission line, GIL)绝缘子形成界面缺陷的主要原因之一。为研究GIL绝缘子用环氧复合材料在工艺流程中的固化形变,采用非等温(differential scanning caborimetry,DSC)法测定了其固化热流特性,通过计算得到了固化动力学方程。同时应用布拉格光纤光栅对固化形变开展了试验研究,获得了用于固化形变仿真模拟的关键参数。建立了固化动力学–热–化学–形变多物理场耦合模型,仿真模拟了GIL绝缘子用环氧复合材料的固化形变分布。结果表明,GIL绝缘子用环氧复合材料固化过程中的DSC热流特性可分为前、后固化峰,其反应均符合自催化模型;固化反应中热收缩量大小为4 215×10^(-6),占比较大,化学反应收缩为2 973×10^(-6),凝胶点为0.546;以此为基础,取脱模后等效边界载荷1 MPa,仿真得到的固化形变与试验值拟合良好。该研究所得参数和方法能够有效仿真模拟环氧复合材料固化形变,为GIL绝缘子产品设计、工艺优化提供参考和依据。

氧化铝填充量对盆式绝缘子用环氧复合材料电气性能的影响

Al_2O_3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,Al_2O_3的填充会对环氧复合绝缘材料电气性能产生显著影响。本文制备了盆式绝缘子用氧化铝/环氧复合绝缘材料,对环氧复合绝缘材料进行了电击穿试验,研究了电击穿强度随Al_2O_3填充量的变化特性,并进一步研究了添加偶联剂对固化样品的电击穿特性的影响。研究结果表明,随着Al_2O_3填充量的增加,环氧树脂复合材料的电击穿强度逐渐降低;通过添加偶联剂,能够有效的提升环氧复合绝缘材料的电击穿强度。

基于声弹效应的芳纶增强环氧复合材料残余应力检测技术研究

生产或加工过程中浸渍、固化工艺或外力等因素有可能使芳纶增强环氧复合绝缘件内部产生残余应力,交接或操作条件下的拉伸或压缩载荷会与残余应力叠加,当所受应力超过绝缘材料的耐受极限时,就会形成微裂纹等损伤,进而引发机械故障或绝缘击穿。该文采用超声纵波反射法对芳纶纤维增强环氧树脂试样标块进行检测,研究了试样所受垂直压应力与试样中超声纵波声速的关系,验证了声弹效应,并对标准试样超声传播方向垂直于应力的纵波声弹性系数进行计算。对比固化工艺条件对芳纶纤维增强环氧复合绝缘材料残余应力的影响规律发现,固化温度和固化时间的改变均会产生不同程度的残余应力。

过氧化苯甲酸-1,1-二甲基乙基酯/环氧大豆油丙烯酸酯复合材料的制备及固化工艺优化

采用含浸压缩成型工艺制备了过氧化苯甲酸-1,1-二甲基乙基酯(TBPB)/环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)复合材料,对其固化过程及结构进行了考察。结果表明,基于Kissinger法及Starink法计算得到TBPB/AESO复合材料的反应活化能为78.803 kJ/mo;基于Malek法选择Sesthk-Berggren作为固化模型,拟合计算得到的固化动力学方程能较好地与实验数据吻合;优化的TBPB/AESO固化工艺为先缓慢升温至407 K,再快速升温至424 K恒温固化,最后缓慢升温至489 K并保持一定时间。

超支化聚合物修饰氮化硼微球/环氧树脂导热复合材料的制备及性能

选择粒径30μm和120μm的氮化硼微球(GBN)作为导热填料,通过超支化环氧树脂(HPEP)与GBN之间的π-π相互作用得到了超支化聚合物修饰的氮化硼微球(HPEP-GBN),通过共混制备了具有不同复配比例的环氧树脂复合材料(HPEP-GBN/EP)。调整小粒径填料的质量分数(Xs)研究了不同氮化硼微球的复配比例对复合材料流变行为和导热性能的影响,进一步分析了填料的形状和超支化聚合物的表面修饰对复合材料性能的影响。结果表明,当Xs=0.4时,HPEP-GBN/EP复合材料的黏度最低,具有比GBN/EP复合材料更优异的加工性能和导热性能。体系的填料质量分数可以达到80%,此时导热系数达到了5.28W/(m·K),是纯环氧树脂的31.06倍。此外,HPEP-GBN/EP复合材料还具有比GBN/EP更优异的力学性能和热稳定性、更低的介电损耗和热膨胀系数。

短切碳纤维增强环氧树脂形状记忆复合材料的制备与性能研究

为实现形状驱动能耗与复合材料力学性能的最佳配合,本文在热致环氧形状记忆聚合物基体中提高增韧剂新戊二醇二缩水醚(NGDE)含量来降低其玻璃化转变温度,同时添加短切碳纤维(SCF)来抵消由增韧剂引起的刚度降低负面效果。通过实验研究了不同NGDE、SCF含量对复合材料形状记忆转变温度、形状记忆性能和力学性能的影响。结果表明,增加NGDE含量可将环氧聚合物基体的形状记忆转变温度从90℃降至43℃,其储能模量和弯曲模量也随之降低。在11wt%NGDE上添加SCF后,复合材料的玻璃态储能模量、橡胶态储能模量、弯曲模量最高可提高至原始试样的1.9倍、7倍和2.4倍。

Me-THPA预聚改性环氧树脂/Al_2O_3复合绝缘材料固化物的电气性能研究

盆式绝缘子是GIS设备中的关键部件,其绝缘性能主要由环氧复合绝缘材料决定。本文对液态环氧树脂(EP)与甲基四氢邻苯二甲酸酐(Me-THPA)的预聚反应进行了探索,制备出预聚树脂/Al_2O_3复合绝缘浇注料,并测量了预聚树脂在固化过程中的放热速率,测量了预聚树脂/Al_2O_3复合绝缘材料固化产物的玻璃化转变温度(T_g),测试了固化产物沿面闪络电压和击穿强度。实验结果表明,EP/Me-THPA通过预聚反应,可以减缓固化过程中的放热,能够明显提升预聚树脂/Al_2O_3复合材料固化产物的玻璃化转变温度,且固化产物的击穿强度、沿面闪络电压也有一定程度的升高。使用预聚环氧树脂复合浇注料制作的盆式绝缘子,在提升电力系统稳定性及降低输配电风险等方面上有意义。

芳纶增强环氧柔性复合材料耐介质老化行为研究

采用芳纶织物与柔性环氧树脂复合,获得高柔韧性的芳纶织物增强环氧复合材料。将柔性复合材料浸泡于一定温度下的原油和盐水两种介质中,研究了温度和介质对其外观形貌和力学性能的影响,并采用Γ.M.Gunyaev中值老化方程估算其5年后拉伸断裂强力保留率。结果表明:试样浸泡至不同温度同一介质中,高温比低温对其外观产生的影响更明显,试样树脂颜色均由无色变成深黑色,试样浸泡至同一温度不同介质中,原油和盐水对试样外观影响效果一致;试样的拉伸断裂强力随浸泡时间的延长表现出先增大后减小的趋势;经2万次屈挠试验,老化1年的试样未破坏;采用中值老化方程估算,在80℃原油浸泡5年后的试样其拉伸断裂强力保留率最低,为62.74%。

盆式绝缘子用环氧浇注材料的固化工艺及性能研究

通过非等温和等温DSC方法对环氧树脂体系进行了固化动力学研究,分别制定了三段法和两段法固化工艺并测试了固化物的性能。在两段法固化工艺中,研究了体系中填料含量对环氧浇注材料性能的影响。结果表明:通过工艺优化制得了耐热性能、力学性能以及电气性能优良的新型环氧浇注材料,当采用两段法固化工艺,填料添加量为280份时,该环氧浇注材料的玻璃化转变温度保持在126℃,弯曲强度和拉伸强度分别达到104 MPa和66 MPa。

空心复合绝缘子用环氧玻璃纤维缠绕管性能要求

介绍了空心复合绝缘子的结构组成、环氧玻璃纤维缠绕管相关标准。根据空心复合绝缘子用环氧玻璃纤维缠绕管的使用情况、加工工艺和现有标准,通过对环氧玻璃纤维缠绕管使用性能的分析,提出了环氧玻璃纤维缠绕管机械性能、电气性能和其他性能的技术要求,以确保空心复合绝缘子用环氧玻璃纤维缠绕管在运行过程中的稳定性。

三维四向编织碳/环氧复合材料实验研究

讨论了三维四向编织碳／环氧复合材料力学性能研究的实验方法。通过实验得到了弹性常数及反映材料非线性行为的力学性能指标随编织角的变化规律，并分析讨论了编织参数对该类材料破坏模式的影响作用。

考虑温度梯度的高压直流GIL盆式绝缘子空间电荷仿真

在直流电压和温度梯度作用下,直流气体绝缘输电线路(gas-insulated transmission line,GIL)中盆式绝缘子内部易积聚空间电荷,引起局部电场畸变。因此,研究直流电压下盆式绝缘子内空间电荷积聚特性,对提高直流GIL的绝缘性能具有重要意义。以直流GIL盆式绝缘子为研究对象,基于2维双极性载流子模型,建立了电-热-流-电荷多物理场耦合模型,研究了不同温度分布、不同电压等级和不同极性电压下盆式绝缘子内空间电荷分布特性和电场分布规律。仿真结果表明:仿真模型能够有效地模拟盆式绝缘子内空间电荷和电场分布,在盆式绝缘子工作条件下,空间电荷主要积聚在金属与绝缘材料界面处,最大电荷密度为156.59 mC/m^(3),在一定程度上造成设备内部电场畸变。绝缘子在复杂工况下的空间电荷仿真可以解决电力设备难以直接测量空间电荷分布的难题,研究方法和结果可为直流GIL的绝缘优化设计和可靠运行提供理论支撑。

黄麻纤维／环氧复合材料及其性能分析

本文研究了黄麻单向纤维和随机分布短纤维增强环氧树脂复合材料的制作和拉伸、压缩、弯曲、层间剪切以及冲击性能，并讨论了它的破坏机理与微观形貌。黄麻纤维本身性能优异，并且具有优于其它天然植物纤维的可纺性。黄麻纤维复合材料的优异性能具有进一步研究开发的潜力。

环氧及其复合材料气固界面快脉冲闪络特性

设计了用于气固界面闪络的实验装置,可以安装指形电极(曲率半径为10 mm)和平板电极.该设备可输出峰值为125 kV、上升沿和半高宽为20 ns/5μs的快脉冲.研究了无试样时指形电极系统在不同气压下的击穿特性,在空气和SF6气体中不同气压下纯环氧的脉冲闪络特性,以及不同质量分数的Al2O3.3H2O环氧复合材料在0.4 MPa空气中的沿面闪络特性.结果表明,SF6气体中绝缘介质的闪络电压较空气中有更大的分散度,环氧复合材料质量分数为20%时闪络电压最低.

炭纤维环氧复合材料腐蚀行为的研究

采用电化学测试、腐蚀失重测量和SEM表面微观分析等试验方法,研究了炭纤维环氧复合材料浸泡在腐蚀介质中,由于腐蚀介质的存在和作用,对炭纤维环氧复合材料腐蚀行为的影响;同时对偶接了LY12CZ铝合金的炭纤维环氧复合材料也进行了腐蚀浸泡对比试验。结果表明,炭纤维环氧复合材料在3.5％NaCl腐蚀介质中,由于氧扩散的作用,开路电位需要近10h才能达到平衡,其腐蚀电位较正,树脂及树脂与纤维界面对腐蚀介质的吸湿,导致复合材料本身腐蚀增重。浸泡1464h后炭纤维环氧复合材料的表面微观形貌变化不大;在同样的浸泡条件下,偶接了LY12CZ铝合金对炭纤维环氧复合材料的腐蚀行为基本没有影响。

树脂含量对芳纶纤维/环氧复合材料性能的影响

研究了树脂含量对芳纶纤维 /环氧复合材料的性能的影响 ,主要是浸胶纤维强度、压力容器中纤维强度的发挥系数、容器特性系数 pV/Wc。给出了按混合定律计算复合材料强度的修正系数 ,提出了对容器进行表面处理以改善其内外层含胶量的均匀度 ,并进行了实验。实验证明 ,容器内外层树脂含量分布更为均匀后 ,容器的性能得到提高。