武漢理工大學(xué)材料學(xué)院復(fù)合材料系系主任王鈞教授最新力作——《感悟復(fù)合材料之魅力》

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表1為經(jīng)過擴鏈后低粘度不飽和聚酯樹脂與國產(chǎn)某牌號乙烯基酯樹脂澆鑄體性能對比。
從測試結(jié)果可以看出，該方法得到的共混樹脂不僅具有低的粘度、同時保持了高的力學(xué)性能，沿著這一思路可以通過改變樹脂原料種類和組分，制備出一系列新的樹脂。

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2.2 1000kV空心復(fù)合支柱絕緣子設(shè)計與制備
1000kV空心復(fù)合支柱絕緣子是為我國特高壓輸變電工程研制的大型復(fù)合材料制品。該制品在使用中有很高的力學(xué)和電學(xué)要求，主要技術(shù)要求如表2所示。

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從技術(shù)要求我們可以看出，該大型絕緣子不僅要求材料和制品具有很好的絕緣特性，還要求制品沿軸向方向具備很高的結(jié)構(gòu)剛度，同時還必須在環(huán)向方向能承受一定的扭矩。

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拉擠工藝和纏繞工藝制備復(fù)合材料不同纖維方向上的力學(xué)性能如表3所示。可以看出，纏繞工藝無法滿足軸向剛度要求，拉擠工藝無法滿足環(huán)向強度要求。如果單純使用一種工藝方法，很難達(dá)到技術(shù)要求。
由于復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)與工藝上可以通過設(shè)計而結(jié)合二者的優(yōu)點，我們將拉擠型材和纏繞工藝結(jié)合，發(fā)揮不同工藝制備復(fù)合材料的性能特點，設(shè)計出了內(nèi)、外層采用纏繞，中間層采用拉擠型材的組合結(jié)構(gòu)和工藝方案。該絕緣子剖面和結(jié)構(gòu)示意如圖5和圖6所示，其中圖5中1、3為纖維纏繞層，2為拉擠型材。

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圖5 絕緣子剖面
圖6 絕緣子結(jié)構(gòu)示意

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在材料選擇上，樹脂基體選用自主研制的高絕緣性能環(huán)氧樹脂，用E玻璃纖維布制備的復(fù)合材料電性能如表4所示。

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試驗結(jié)果表明，采用拉擠型材－纏繞結(jié)構(gòu)復(fù)合制備出的該大型制品，性能完全滿足技術(shù)要求，實測軸向撓度為0.3％。撓度測試如圖7所示，豎立的絕緣子如圖8所示。

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圖7 絕緣子撓度測試

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圖8 豎立后的絕緣子

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2.3復(fù)合材料低溫力矩管設(shè)計與制備
復(fù)合材料低溫力矩管是低溫超導(dǎo)電機推進裝備中的絕熱、傳力部件。該部件一端使用溫度環(huán)境為12K，另一端為298K。由于高－低溫差，樹脂和增強材料熱膨脹系數(shù)的不一致會產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力造成復(fù)合材料界面及層間的破壞；另外要將電機的力矩傳遞出去，該制品必須滿足動載疲勞性要求。
為了提高層間剪切、承受動載荷及耐疲勞能力，在材料設(shè)計方面采用了如下措施：
增強材料選擇正交三維玻璃纖維預(yù)成型體，該制品法蘭處厚度為40mm；
樹脂基體采用自主研制的低粘度、耐低溫環(huán)氧樹脂體系，該樹脂在室溫下的粘度80mPa•S。用該樹脂制備的正交三維玻璃纖維復(fù)合材料試件，4K溫度下浸泡36h后在室溫下測試其剪切強度保留率≥96％。
工藝方面采用真空浸漬、內(nèi)氣囊加壓工藝方法。為了更好的配合氣囊加壓工藝，降低外金屬模具制造成本，預(yù)成型體法蘭部分采用內(nèi)補強，補強部位見圖9所示，補強后內(nèi)氣囊加壓示意如圖10所示，制備工藝流程示意如圖11所示。