核聚变装置用环氧基低温复合绝缘材料的缺陷形成机理及老化性能研究

This paper proposes thermal stress corrosion theory to study the performance impact of low-temperature, high-voltage, under mechanical load environments for fiberglass reinforced epoxy composite insulators during the process of production and use, to produce major defects such as porosity, inclusions, stratification and cracks and the inside surface of the material. Analysis and study of deterioration mechanism under single or comprehensive factors, such as thermal shock, stress impact and partial discharge deterioration factors, for glass fiber epoxy composites insulators performance enhancements, and use Related artificially accelerated deterioration to test performance-related, so as to achieve the.purpose of composite insulators guarantee long-term reliable operation.

本课题是研究在低温、高电压、机械载荷环境下使用的玻纤增强环氧基复合绝缘材料在工艺制作和使用过程中，在材料表面和内部形成的孔隙、夹杂、分层与裂纹等主要缺陷对绝缘材 料性能影响的基础上，提出了热应力腐蚀理论。同时分析研究冷热冲击、应力冲击和局部放电等单一和综合劣化因素对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料绝缘子性能的劣化机理，并采用相关人工加速劣化实验进行了相关性能的检测，从而达到保障复合材料绝缘子的长期可靠运行的 目的。

本课题以研究ITER装置复合材料绝缘子在低温、高电压、机械载荷环境下长期使用可靠运行为背景，研究该复合材料绝缘子的玻纤增强环氧基复合绝缘材料在工艺制作和使用过程中，在材料表面和内部形成的孔隙、夹杂、分层与裂纹等主要缺陷对绝缘材料性能影响的基础上，提出了热应力腐蚀理论。强电场下的局部放电、冷热循环冲击、受潮水解、应力疲劳冲击等因素的长期作用是导致复合材料绝缘子性能劣化的主要原因。通过分析研究了冷热冲击、应力冲击和局部放电等因素对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料绝缘材料劣化性能的影响机理，丰富和完善了热应力腐蚀理论。通过分析控制玻纤缠绕角、缠绕预紧力以及含胶量，研究了空隙率和低温热收缩系数对复合材料内衬管的机理和改性方法，设计了径向和环向热收缩系数，使热收缩系数接近并满足一定的配合关系，避免材料结构件在冷热循环冲击过程中因热应力集中发生脆裂而影响电绝缘性能和氦气密性能。通过仿真优化设计电绝缘性能和结构热应力，研究了螺纹胶粘接真空密封接头性能的影响机理和改性方法。采用了优化玻璃纤维增强内衬管外表面和不锈钢电极内表面的螺纹尺寸，以及夹层低温环氧树脂胶粘剂的热收缩系数和厚度，进而设计界面连接处的径向和环向热收缩系数，使之与连接的不锈钢金属管和内衬管的热收缩系数接近并满足一定的配合关系，避免材料结构件在冷热循环冲击过程中因热应力集中发生脆裂而影响电绝缘性能和机械氦气密性能。通过采用人工加速试验方法，研究了冷热冲击、机械冲击以及直流耐电压冲击等人工加速老化6000次疲劳试验后，检验低温耐气压氦气密测试及直流耐电压等级测试，性能依然满足使用要求。研究成果丰富和完善了热应力腐蚀理论，找出了比较合理的防劣化和防疲劳的工艺设计方法，为复合材料检测提供一定的理论基础，也有助于该复合材料绝缘材料在特种条件使用的应用推广提供技术支撑。