武汉理工大学材料学院复合材料系系主任王钧教授最新力作——《感悟复合材料之魅力》

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表1为经过扩链后低粘度不饱和聚酯树脂与国产某牌号乙烯基酯树脂浇铸体性能对比。
从测试结果可以看出，该方法得到的共混树脂不仅具有低的粘度、同时保持了高的力学性能，沿着这一思路可以通过改变树脂原料种类和组分，制备出一系列新的树脂。

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2.2 1000kV空心复合支柱绝缘子设计与制备
1000kV空心复合支柱绝缘子是为我国特高压输变电工程研制的大型复合材料制品。该制品在使用中有很高的力学和电学要求，主要技术要求如表2所示。

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从技术要求我们可以看出，该大型绝缘子不仅要求材料和制品具有很好的绝缘特性，还要求制品沿轴向方向具备很高的结构刚度，同时还必须在环向方向能承受一定的扭矩。

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拉挤工艺和缠绕工艺制备复合材料不同纤维方向上的力学性能如表3所示。可以看出，缠绕工艺无法满足轴向刚度要求，拉挤工艺无法满足环向强度要求。如果单纯使用一种工艺方法，很难达到技术要求。
由于复合材料在结构与工艺上可以通过设计而结合二者的优点，我们将拉挤型材和缠绕工艺结合，发挥不同工艺制备复合材料的性能特点，设计出了内、外层采用缠绕，中间层采用拉挤型材的组合结构和工艺方案。该绝缘子剖面和结构示意如图5和图6所示，其中图5中1、3为纤维缠绕层，2为拉挤型材。

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图5 绝缘子剖面
图6 绝缘子结构示意

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在材料选择上，树脂基体选用自主研制的高绝缘性能环氧树脂，用E玻璃纤维布制备的复合材料电性能如表4所示。

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试验结果表明，采用拉挤型材－缠绕结构复合制备出的该大型制品，性能完全满足技术要求，实测轴向挠度为0.3％。挠度测试如图7所示，竖立的绝缘子如图8所示。

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图7 绝缘子挠度测试

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图8 竖立后的绝缘子

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2.3复合材料低温力矩管设计与制备
复合材料低温力矩管是低温超导电机推进装备中的绝热、传力部件。该部件一端使用温度环境为12K，另一端为298K。由于高－低温差，树脂和增强材料热膨胀系数的不一致会产生很大的温度应力造成复合材料界面及层间的破坏；另外要将电机的力矩传递出去，该制品必须满足动载疲劳性要求。
为了提高层间剪切、承受动载荷及耐疲劳能力，在材料设计方面采用了如下措施：
增强材料选择正交三维玻璃纤维预成型体，该制品法兰处厚度为40mm；
树脂基体采用自主研制的低粘度、耐低温环氧树脂体系，该树脂在室温下的粘度80mPa•S。用该树脂制备的正交三维玻璃纤维复合材料试件，4K温度下浸泡36h后在室温下测试其剪切强度保留率≥96％。
工艺方面采用真空浸渍、内气囊加压工艺方法。为了更好的配合气囊加压工艺，降低外金属模具制造成本，预成型体法兰部分采用内补强，补强部位见图9所示，补强后内气囊加压示意如图10所示，制备工艺流程示意如图11所示。