【摘 要】
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芯棒是复合绝缘子的重要组成部分,其主要由玻璃纤维增强环氧树脂复合材料组成。近年来,由于水分侵入等原因,芯棒断串事故屡见不鲜,给电力系统安全稳定带来严重危害。环氧树脂/玻璃纤维界面是芯棒内部的微观界面,该界面的粘合强度对芯棒的整体机械性能具有重要影响。但目前对芯棒劣化特性进行表征时多是基于力学测试及理化形貌分析,上述方法难以明确水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面的劣化机理。为此,本文基于分子动力学方法
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芯棒是复合绝缘子的重要组成部分,其主要由玻璃纤维增强环氧树脂复合材料组成。近年来,由于水分侵入等原因,芯棒断串事故屡见不鲜,给电力系统安全稳定带来严重危害。环氧树脂/玻璃纤维界面是芯棒内部的微观界面,该界面的粘合强度对芯棒的整体机械性能具有重要影响。但目前对芯棒劣化特性进行表征时多是基于力学测试及理化形貌分析,上述方法难以明确水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面的劣化机理。为此,本文基于分子动力学方法,通过分子模拟技术分析水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面的劣化行为,并研究温度及电场对上述劣化过程的影响特性。本文主要工作及研究结论为:建立了水分子环境下环氧树脂/玻璃纤维界面分子模拟仿真模型。首先基于实际组分及比例搭建环氧树脂模型,同时通过二氧化硅表面加氢处理构建玻璃纤维分子模型,并根据饱和吸湿量添加水分子数目,最后通过能量最小化等优化处理搭建水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面分子模型。设置仿真温度为213K～853K,采用分子模拟方法研究了界面结构、界面结合能、酯基数量、径向分布函数、氢键数量等变化规律,明确了温度作用下,水分子对环氧树脂/玻璃纤维界面的影响规律。结果表明:温度提高时,水分子易通过环氧树脂内部空穴迁移至界面处;当温度达到373K时,在水分子作用下,环氧树脂会发生水解反应,促使环氧树脂裂解;同时迁移至界面处的水分子可阻碍环氧树脂/玻璃纤维界面间氢键的形成;在上述因素叠加作用下,水分逐渐破坏环氧树脂/玻璃纤维界面。设置电场强度范围为1k V/cm～33k V/cm,采用分子模拟方法研究了电场变化条件下界面结构、界面结合能、酯基数量、径向分布函数、氢键数量等变化规律,获得了电场作用下,水分子对环氧树脂/玻璃纤维界面的影响特性。结果表明,水分子将在电场强度作用下产生定向移动,若温度达到水解温度时,电场强度的增加将有助于水解反应进行,同时进一步促进水分子向环氧树脂/玻璃纤维界面的迁移,在环氧树脂水解及环氧树脂/玻璃纤维界面间氢键减少的共同作用下,环氧树脂/玻璃纤维界面逐渐破坏。同时改变电场强度及温度值,研究了电场及温度协同效应下,水分侵入对环氧树脂/玻璃纤维界面的影响特性。结果表明:温度较低时（213K-293K）,提高电场值虽可使水分子定向移动,但由于未达水解温度,环氧树脂/玻璃纤维界面无明显改变;随着温度升高到（373K-613K）,此时已达环氧树脂水解温度,提高电场值可加速水分迁移及环氧树脂水解进程,故此时提高电场值可加速水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面劣化进程;当温度进一步升高（613K-853K）,此时水分子热运动剧烈,环氧树脂水解也严重,该温度范围内提高电场值及温度值对水分侵入下环氧树脂/玻璃纤维界面劣化无显著影响。
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