碳纤维复合芯导线舞动及扭转损伤特性研究

碳纤维复合芯导线运行过程长期受舞动与扭转作用,其主承力部件环氧树脂增强碳纤维复合材料芯棒韧性较差,在舞动或扭转工况下,复合材料芯棒能否可靠运行是电网运行部门关注的关键问题。利用导线舞动与扭转试验,通过研究不同舞动次数后复合芯棒的结构与机械性能,客观评价复合芯导线的安全适用性。研究结果表明,碳纤维导线在25%额定拉断力下舞动90万次后铝线全部断股,而碳纤维复合芯在连续舞动100万次的情况下,其抗拉强度依然保持在90%初始强度以上,复合芯无损探伤检测亦未发现芯棒破坏。碳纤维复合芯在25%RTS张力下连续扭转100万次后,铝线未发生断股现象,其抗拉强度保持在90%初始强度以上,两种严酷工况试验证明碳纤维复合芯可在高电压等级分裂导线中长期安全使用。     

纤维张力及均匀性对输电导线复合芯性能影响

讨论了碳纤维复合芯拉挤工艺中纤维张力及张力均匀性对复合芯强度及成本的影响。试验利用纤维张力计测定碳纤维复合芯拉挤生产过程中的纤维张力,研究了不同张力条件下碳纤维复合芯抗拉强度、卷绕性能与张力关系,同时通过控制纤维张力的均匀性研究纤维张力均匀性与复合芯径向耐压强度的关系。试验结果表明,纤维张力的大小及均匀性对拉挤复合芯棒综合性能具有明显的影响,复合芯拉伸强度随着纤维张力的增加逐渐增加,当张力控制在0.6%纤维强力时为最佳制备工艺;纤维张力的均匀性提高,且复合芯棒的径向耐压性能提高。通过控制纤维张力可以相应减少碳纤维原材料用量,达到降低碳纤维复合芯成本的目的,有利于碳纤维复合芯导线的大规模推广应用。     

聚氨酯/玻璃纤维复合绝缘子芯棒的制备

以耐酸无碱玻璃纤维(GF)为增强体、高韧性聚氨酯(PUR)树脂为基体,利用快速注射拉挤成型工艺制备了PUR/GF复合材料.重点研究了GF含量对PUR/GF复合材料弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性及其微观结构的影响,同时考察了该复合材料的电气性能,验证了PUR/GF复合材料作为复合绝缘子芯棒的适用性.结果表明,当GF质量分数为79.7％时,PUR/GF复合材料的拉伸强度和断裂韧性综合性能最优,此时PUR/GF复合材料的拉伸强度为1 330 MPa,冲击强度高达450 kJ/m2,电气性能满足±500 kV直流棒形悬式复合绝缘子技术条件,PUR/GF复合芯棒综合性能优于传统环氧树脂芯棒.其生产效率高、制造成本低,有望作为潜在的电力行业复合绝缘子芯棒的替代材料.     

碳纤维复合芯导线舞动性能研究

通过经验计算和模拟计算对比研究了钢芯铝绞线和碳纤维复合芯导线的舞动振幅,并通过纤维复合芯导线舞动模拟试验平台,在不受自然条件约束的情况下实现对导线舞动的模拟,研究舞动张力和舞动次数对碳纤维复合芯导线性能的影响。结果表明,在同一工况下,同截面积碳纤维复合芯导线的舞动振幅明显小于钢芯铝绞线,应用于新建大跨越线路中时抑舞效果显著。此外,碳纤维复合芯导线的铝导体发生舞动疲劳损坏之后,复合芯的拉伸强度保持率90%以上,证明复合芯抗舞动疲劳性能良好。     

双组分水性聚氨酯涂料用树枝状聚酯多元醇的合成、表征与应用

以末端含有16个羟基的大分子为引发剂,引发己内酯开环聚物制备了3种具有不同分子量的两亲性树枝状聚酯多元醇,并将其分散于水中作为羟基组分,以水性六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为固化剂制备了3种涂膜。通过13CNMR、GPC、DLS和AFM对树枝状聚酯的结构及其水性分散液进行了表征。结果表明,聚合物结构符合理论设计,其在水中以微球形式聚集。涂膜测试结果显示,聚酯多元醇的分子量对其性能具有显著影响。     

耐高温碳纤维复合芯基体树脂研究

碳纤维复合芯导线的卷绕性能主要取决于所用树脂体系的韧性,本文对高温碳纤维复合芯导线所用树脂体系进行了研究。试验结果表明:4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂可以满足碳纤维复合芯的耐高温要求;为了进一步提高碳纤维复合芯导线的安全可靠性,采用核壳结构聚合物对树脂体系进行增韧,使碳纤维复合芯的卷绕性能进一步提高。选用4,4’-二氨基二苯甲烷环氧树脂和甲基纳迪克酸酐为主体树脂,加入其他辅料和10份增韧剂所得到的配方,经过拉挤试验及综合性能测试结果表明,本实验采取的树脂配方可以满足拉挤工艺及碳纤维复合芯导线40D卷绕性能要求。     

新型输电线路用碳纤维复合芯蠕变行为预测

碳纤维复合芯导线是电力行业新型架空输电线路关键部件。运行过程中主承力件复合材料芯棒长期受拉力作用会产生蠕变,电网线路设计部门亟待了解复合芯棒的长期变形行为以考核其耐久性。本文利用时-温叠加原理,通过测量高温下复合材料蠕变行为成功预测了工况温度下的材料蠕变。研究利用动态热机械分析仪对完全和未完全固化的复合芯棒进行了加速蠕变测试,通过平移将短期蠕变数据结合生成长期蠕变柔量叠加曲线,预测出复合芯棒在设计寿命期间的蠕变水平。研究结果表明,在120 C下,30年的工作期限中,完全固化混杂复合材料棒材的柔量只有少量提高(约5%),说明其在该温度下的复合芯蠕变量很小,复合芯棒材具有优异的高温抗蠕变性。     

密度和纤维取向对炭/炭复合材料烧蚀性能的影响(英文)

采用不同的预制体和致密化方法制备了密度不同的5种炭/炭复合材料(密度范围1.77g/cm3～1.85g/cm3)。用氧-乙炔焰对试样进行了烧蚀试验,并用SEM表征了烧蚀后材料的形貌。结果表明:烧蚀后,与乙炔焰成30o角的纤维变成楔形,而与火焰平行的纤维变成直径为3.5μm～4.5μm的针状,针状纤维更易被火焰烧蚀而钝化。部分宏观孔(直径为1.0mm～1.26mm)、针状微孔及界面裂纹等缺陷处更易被烧蚀而变成烧蚀坑。包裹纤维的沥青炭层由于热解炭基体的不连续而出现了严重的剥蚀。高密度材料(1.85g/cm3)具有良好的抗烧蚀性能。     

烧蚀产物ZrO2对ZrC改性C/C复合材料烧蚀的影响

采用ZrOCl₂溶液浸渍法把含锆组元引入碳纤维预制体, 结合热梯度化学气相渗透、高温石墨化工艺制备了ZrC改性C/C复合材料. 用氧乙炔烧蚀测试材料的烧蚀性能, XRD测试材料烧蚀前后的物相组成, 采用SEM观察材料的微观形貌. 烧蚀结果表明：随着烧蚀次数的增加, 若每次烧蚀后不去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率呈先增加后减小的趋势, 最后趋于稳定; 若每次烧蚀后去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率均呈增大的趋势. 产物ZrO₂的蒸发吸收了材料烧蚀表面的热量, 减缓了火焰对烧蚀表面的冲蚀, 材料的线烧蚀率减小, 然而, ZrO₂的蒸发会增加材料的质量损失速度, 导致材料的质量烧蚀率增大.     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.