基于小波变换的N_2中环氧树脂闪络前后表面形貌定量分析

在180 kPa纯N_2中对环氧树脂进行不同程度的闪络损伤实验,通过原子力显微镜对材料表面进行测量,提取表面形貌灰度矩阵,再通过小波包两层分解,进而对各个节点重构,比较不同损伤程度的各个频率段的表面形貌特征。结果表明:随着损伤程度的加深,各个频率段的表面高度范围逐渐增加,各个节点的能量值逐渐增大,表面无机物颗粒逐渐显露出来。     

不同电场下环氧树脂直流沿面闪络特性及其闪络电压分析

研究绝缘材料在不同条件下的沿面闪络特性对掌握绝缘子的电气强度及保证电气设备安全稳定运行具有重要意义。为此,研制了具有不同电场分布形式的沿面放电电极,通过实验研究了环氧树脂在真空及空气环境中的直流沿面闪络特性,并采用韦伯分布分析了闪络电压的变化规律。结果表明,环氧树脂在极不均匀电场下的闪络电压比稍不均匀电场下低,真空中闪络通道和闪络电压的分散性比空气中大,真空闪络受固体绝缘介质的影响大于空气闪络。不对称电场下沿面闪络电压具有明显极性效应,并且真空与空气中的极性效应相反。此外,环氧树脂直流闪络电压服从韦伯分布,可借助该方法定量评估绝缘系统对外加电压变化的敏感性。位置参数的引入有效提升了闪络电压数据的拟合效果,通过特征闪络电压、0.1%闪络概率的闪络电压进一步完善了对绝缘材料沿面电气性能的评价方法。     

不同电场下硅橡胶直流沿面闪络特性实验研究

为进一步探究聚合物绝缘材料的沿面闪络特性,搭建了沿面闪络实验平台,在不同电场下对硅橡胶(Si R)进行沿面闪络实验。通过图像处理技术及数值计算方法对沿面闪络光、电特性进行分析,探索并建立了沿面闪络光、电特性间的关联。结果表明:沿面闪络的光、电特性与电场分布有关。与稍不均匀电场相比,极不均匀电场下沿面闪络发光强度较低、放电通道分形维数较小;并且极不均匀电场下闪络电压较低,放电能量较小。沿面闪络的光、电特性存在一定关联。通常地,闪络电压、电流较大时,闪络通道的亮度较大且分布范围较广,沿面放电能量较高。因此,沿面闪络的光、电特性参数能够有效反映绝缘材料的沿面绝缘强度。     

N2、SF6中环氧树脂直流沿面闪络特性研究

分别对N_2及SF_6中不同均匀度电场和不同气压下环氧树脂的沿面闪络特性进行研究,并对电极不对称时正、负极性直流电源下环氧树脂的沿面闪络特性进行对比分析。结果表明:SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压对电场均匀度更敏感,随气体压强的变化更大;电极不对称时N_2中与SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压有相反的极性特性。     

分子数对交联环氧树脂体系特性影响的分子动力学模拟

分子模拟技术因能够揭示聚合物材料宏观性能与微观结构之间的关联,故被广泛应用于聚合物材料的性能研究。然而在分子模拟研究中,关于分子数对交联环氧树脂体系特性影响的研究却少有涉及。体系中分子数目的合理选择对交联分子模型的合理、准确构建均有一定的影响,从而会影响环氧树脂体系的特性。为此从分子模拟角度出发,基于COMPASS分子力场,采用Material Studio软件建立了不同分子数(DGEBA分子条数分别为24、32、40和48)的交联环氧树脂体系模型,用于分析分子数对交联环氧树脂体系特性的影响。文中计算了各模型的能量、自由体积占比、均方位移等微观结构参数和体积模量、剪切模量、杨氏模量等宏观力学性能参数,并比较了不同体系能量、自由体积占比、MSD和各个模量的变化情况。初步结果表明:随着分子数增加,交联体系的总能量基本不变;总体积呈升高趋势。当交联环氧树脂体系中的DGEBA分子为40个时,交联体系的体积模量和杨氏模量最大,剪切模量略低于含有24个DGEBA分子的体系,综合力学性能较其他3个体系较好。     

环氧树脂真空沿面闪络后表面形貌的AFM分析及分形特征提取

系统而准确地描述绝缘材料表面形貌特征有利于进一步掌握材料表面形貌的放电损伤规律,对建立表面形貌与闪络特性之间的关联具有重要意义。在不同电场下对环氧树脂进行真空沿面闪络,通过原子力显微镜(AFM)研究不同闪络次数、不同放电位置的试样表面形貌特征,并引入分形理论对形貌特征进行定量分析。结果表明,随着闪络损伤增强,试样表面形貌依次经历了毛刺状、颗粒状、山峰状和连续山峦状的演变过程,表面粗糙度不断增大,且极不均匀电场下闪络对表面形貌的影响更为显著。此外,环氧树脂表面形貌具有分形特性,利用分形维数与多重分形参数能定量表征表面形貌的复杂程度及高度分布状况。研究发现,闪络后环氧树脂的沿面耐压性能总体呈下降趋势,且介质的沿面绝缘特性与表面粗糙度及分形参数间均存在一定关系。     

环氧树脂/酸酐体系热力学特性的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法,构建了不同体系的环氧树脂/酸酐绝缘材料模型,从微观角度研究环氧树脂基材的热力学特性,分析了交联程度、基材种类对材料微观结构和热力学特性的影响。结果表明:随着交联程度的提高,体系的自由体积分数(FFV)先降低后升高,均方位移(MSD)逐渐降低,链段运动能力下降;随着交联程度的提高,材料的热力学性能明显提升,玻璃化转变温度(Tg)提高,热膨胀系数(CTE)降低,力学性能提高。90%交联度下,Tg、CTE最佳的体系分别为DGEBA/MA、DCPDE/MA。