GF/EP复合材料介电强度的测试结果与分析    路灯车价格, 路灯车出租, 路灯车多少钱   由于本次实验研究所用的实验装置体积较大，而且，在空气中进行击穿实验时沿面放电问题严重。所以，必须将实验装置浸入变压器油中进行击穿测试。同时，实验所涉及的温度范围较广，实验系统的温度变化过程缓慢。当实验所需温度与室温相差较大时，仅降温或升温过程就要持续20~30小时。为了研究温度和机械应力对GF/EP复合材料介电强度的影响，分别在不同温度、不同应力大小和不同应力作用形式下进行了击穿测试。由于击穿实验数据分散性大的特点，为了得到击穿数据的特征值必须在每种条件下进行多次重复测试。又因为本次实验研究中试样的更换过程比较复杂，每次换完新的试样都要重新进行温度的测定，所以实验的工作量较大。以下将从三个方面对实验数据的处理结果进行分析。

     3.1温度对介电强度影响的实验结果与分析对GF/EP复合材料击穿强度的测试中，所记录的数据为试样发生击穿时的电压值，已知研究拉应力对GF/EP复合材料介电强度影响时所用试样的厚度为0.2mm，根据式(3-1)可得到试样的击穿场强。bbUEd   ，bE—击穿场强，单位：kV/mm；bU—规定实验条件下，试样发生击穿时的电压值，单位：kV；d—试样在击穿位置的厚度，单位：mm。给出了0.2mm厚的试样在没有应力作用下击穿强度随温度变化的Weibull概率分布图。从图中可以直接获得给定实验条件下，威布尔分布的形状参数，形状参数的大小可表示数据的分散性，并且数值越大，直线越陡，随机变量的分散性越小，所得数据的准确性越高。同时，可得到击穿数据的特征值，即试样击穿概率为63.2%时的值，在图中显示为尺度参数。通过威布尔分布得到了实验数据的特征值，就可以用此特征值进行数据的后续处理与分析。两种不同厚度试样的击穿强度均随温度的升高呈现先减小后增大的趋势。在曲线的下降阶段可以用热击穿理论来解释。而当实验温度较高时由于玻璃纤维的膨胀率比树脂基体小，两者之间的结合力增大，从而使材料的内部结构得到改善，导致击穿强度的升高。根据上图同时还发现：图示曲线不符合已知的击穿强度随试样厚度增大而减小的变化规律，0.3mm厚试样的击穿场强普遍大于0.2mm厚的试样的击穿场强。出现这一现象的原因是：虽然实验所用两种材料的组成成分相同，但是与0.2mm厚的试样相比0.3mm厚的-27-试样表面没有明显的缺陷，加工工艺明显比0.2mm厚的试样要精细，材料断裂处没有明显的界面脱离状况，因此其击穿场强反而比0.2mm厚的试样要高。除此之外，当试样厚度较小时，存在贯穿性缺陷的几率增大，也会导致试样击穿强度的减小。通过以上分析可知，复合材料的绝缘性能与材料的加工工艺密切相关。在绝缘材料的加工过程中严格控制生产条件，改善材料的界面结合状况对提高材料的电气性能具有重要意义。

      拉应力对介电强度影响的实验结果与分析,  不同拉应力作用下GF/EP复合材料的击穿强度测试中，已知研究拉应力对GF/EP复合材料介电强度影响时所用试样厚度为0.2mm，根据式(3-1)可得到试样的击穿场强。给出了-33℃下试样伸长量对材料击穿强度影响的Weibull概率分布图。通过威布尔分布得到了实验数据的特征值，就可以用此特征值进行数据的后续处理与分析。在外界环境温度一定的情况下，GF/EP复合材料的击穿强度随试样伸长量的增大而减小。在室温和较低的环境温度下，试样伸长量越大，击穿强度的下降幅度越大；但是，当温度较高时，击穿强度随形变量的增大没有明显的变化。分析以上结果认为：GF/EP复合材料的击穿强度主要取决于材料界面之间的结合情况，材料本身的界面之间存在许多缺陷，在静电力和拉应力共同作用下导致分子链内化学键变弱，界面结构遭到破坏，材料的绝缘性能下降，从而导致击穿强度降低。在室温下，随着拉应力增大，弱界面的破坏加剧，致使复合材料的击穿强度下降幅度增大；而温度较低时，材料的脆性增加，对试样施加相同大小的拉应力时，材料内部界面破坏更严重，击穿强度下降幅度更大；但是，当温度较高时，复合材料的界面结合情况可能在高温下得到改善，使试样在形变量增大的过程中击穿强度没有明显下降。击穿试样的形变量一定时，GF/EP复合材料的介电强度随温度的变化规律。试样在形变量一定的情况下，击穿强度随着温度的升高呈现先降低后增大的趋势。根据电介质的热击穿理论可知，固体电介质在电场作用下介质内部的损耗将引起发热，随着外界环境温度的升高，散热条件不利，导致介质内部温度升高，击穿强度降低。在第2章拉应力的计算过程中，假设实验所用材料的弹性模量在实验所涉及的温度范围内为一个常数，得出试样在形变量一定的情况下击穿强度随温度的升高呈现先下降后增大的趋势。而实际情况下，当外界环境温度大于0℃时，GF/EP复合材料的弹性模量随环境温度的上升而减小，即相同伸长量下，试样受到的拉应力随外界环境温度的升高而降低。因而，曲线的上升阶段符合前述的击穿强度随试样所受拉应力增大而减小的规律。GF/EP复合材料的弹性模量随温度的变化规律，也进一步说明了图3-4中在温度较高时，试样的击穿强度随形变量增大没有明显变化这一现象。

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      不同曲率半径作用下GF/EP复合材料击穿强度的测试中，已知研究弯曲应力对GF/EP复合材料介电强度影响时所用试样厚度为0.3mm，根据式(3-1)可得-30-到试样的击穿场强。给出了-33℃下试样的弯曲程度对材料击穿强度影响的Weibull概率分布图。通过威布尔分布图可得到击穿实验数据的特征值，根据此特征值进行数据的后续处理与分析。

     根据以上的数据处理结果，可得到GF/EP复合材料的介电强度随试样弯曲程度的变化规律如图3-7所示。从图中可以看出：在环境温度一定的情况下，GF/EP复合材料的介电强度在试样弯曲程度增大的初始阶段有所上升，当试样的曲率增大到某一数值后击穿强度达到最大值，之后呈现下降趋势，且曲率越大，介电强度下降的幅度越大；实验结果同时发现高温和低温下击穿强度随曲率的变化幅度都比室温下要小。根据CHPark的研究结果可知，玻璃钢复合材料在压应力作用下，介质的击穿场强随压应力的增加而增大，达到一个最大值之后开始减小；而在拉应力作用下的变化规律与本文研究结果相同。-

     分析以上原因认为：试样发生弯曲时，中性层两侧分别受到压应力和拉应力的作用。若在试样弯曲程度增大的初始阶段压应力为主要作用力，则会使试样的击穿场强得到提高；当试样的曲率增大到一定值时，作用在试样上的外力增加，材料内部界面结构遭到破坏，材料的绝缘性能下降，导致击穿强度下降；随着外力继续增大，弱界面的破坏加剧，致使复合材料的击穿强度下降幅度增大。另外，根据尹志娟、曾庆敦等人的实验研究和理论计算结果可以证明，纤维增强复合材料的强度极限随温度的降低而。因此，实验温度较低时GF/EP复合材料的强度极限得到提高；而高温下材料的弯曲弹性模量变小，实际承受的应力减小。这些因素都会使材料的击穿强度随曲率的变化幅度减小。在试样发生弯曲时GF/EP复合材料的介电强度随温度的变化规律。  击穿强度随着温度的升高呈现先降低后增大的趋势。这与拉应力作用下击穿强度随温度的变化规律相同。但是，与拉应力作用下相比，由于中性层两侧分别承受压应力和拉应力的作用，材料横截面上的应力分布不再是单一、均匀的。根据以上分析认为，由于GF/EP复合材料的结构随温度变化比较复杂，复合材料中树脂基体和玻璃纤维的热胀冷缩能力不同，在不同温度、不同弯曲应力作用下，树脂基体和玻璃纤维的粘附力增强，界面处的微孔减少，使试样的击穿强度在低温和高温下有所提高。

       主要对介电强度的相关概念及其影响因素进行了简要的介绍。通过对GF/EP复合材料的试样在不同温度、不同应力大小和不同应力作用形式下的大量击穿测试，分析得出以下结论：1)拉应力使GF/EP复合材料的界面结构遭到破坏，引起复合材料击穿强度降低，并且拉应力越大击穿强度下降幅度越大。2)由于复合材料的弹性模量随温度的升高而减小。因此，当试样的形变量一定时，试样承受的拉应力随温度的升高而降低，导致击穿强度随温度升高呈上升趋势。3)复合材料试样发生弯曲时，在中性层两侧分别受到压应力和拉应力的作用，材料的击穿强度在受力初始阶段有所上升，而后随着应力增大击穿强度逐渐降低。4)温度对GF/EP复合材料的击穿强度有显著影响，与室温下相比，高温和低温均能使试样的击穿强度得到提高。本文立足于基础研究，通过击穿实验测试系统，对GF/EP复合材料的电气绝缘特性进行了系统的研究。研究过程采用高电压高低温试验冰箱，以0.2mm厚的3240环氧酚醛层压玻璃布板作为拉应力下击穿强度的测试对象。分别在不同温度和不同拉应力作用下对试样的击穿强度进行了测试；另外，以0.3mm厚的3240环氧酚醛层压玻璃布板作为弯曲应力下击穿强度的测试对象。分别在不同温度和不同弯曲应力作用下对试样的击穿强度进行了测试。具体成果和结论如下：1.搭建了高电压高低温击穿实验平台，设计了满足本实验需求的两种电极系统和能够给试样提供拉应力的拉伸模具，并成功应用于GF/EP复合材料的击穿强度测试。这也是本次研究的主要创新点所在。2.实验研究发现，外界环境温度一定时，GF/EP复合材料的击穿场强随拉应力的增大而减小。在室温和较低的环境温度下，试样伸长量越大，击穿强度的下降幅度越大；但是，在温度较高时，击穿强度随形变量的增大没有明显的变化。3.在一定的环境温度下，GF/EP复合材料的介电强度在弯曲应力增大的初始阶段有所上升，而后随着弯曲应力的继续增大而下降，并且曲率越大，介电强度下降的幅度越大。4.试样承受的应力一定时，击穿强度随着温度的升高呈现先降低后增大的趋势，GF/EP复合材料在低温和高温下的介电强度都比室温下有所提高。5.实验结果进一步验证：试样的厚度会影响绝缘材料的击穿强度；复合材料的界面是绝缘结构中的薄弱环节，改善复合材料中界面的结合情况，能够有效提高材料的电气强度。

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