极端热循环下树脂浸渍纸复合材料在直流套管中的降解行为：从机理到寿命评估的创新研究

本综述系统探讨了树脂浸渍纸（RIP）复合材料在直流套管极端热循环条件下的降解机制与寿命评估方法。通过加速热循环实验结合多维度表征（表面形态、理化特性、机械强度及电性能），揭示了微裂纹产生、水分侵入及热老化导致的离子浓度升高、陷阱密度（trap density）增加等关键退化路径。研究创新性地提出机械失效寿命模型与改进的Havriliak-Negami（H-N）介电响应方法，为极端气候下电力设备绝缘材料设计与可靠性运维提供了重要理论支撑与实践指导。

　　

Section snippets

Preparation of Samples

树脂浸渍纸样本采用与套管生产相同的材料和工艺制备。双酚A环氧树脂（DGEBA, E-51；环氧值为184-195 g/mol）购自南通星辰合成材料有限公司（中国）。甲基四氢邻苯二甲酸酐（MTHPA, 纯度>98%）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP, 纯度>99.5%）和咪唑（纯度>99%）购自上海麦克林生化科技股份有限公司（中国）。MTHPA用作固化剂，DBP作为增塑剂，咪唑则作为固化促进剂。

Surface morphology

为观察热循环后树脂浸渍纸样本的形态，我们拍摄了高分辨率的前视和侧视图像。结果如图2所示。随着热循环次数的增加，样本逐渐变暗，从初始的透明状态转变为浅黄色，最终变为深棕色。这种颜色变化主要归因于环氧树脂的热老化，导致形成低分子量……

Model establishment

基于实际树脂浸渍纸的微观截面图像，我们建立了有限元降解模型，以研究降解演变并评估寿命。这种方法能够更详细地探究树脂和皱纹纸界面处的相互作用。模型及相应的温度设置如图7(a)和(b)所示。

Calculation method

在热循环过程中，材料主要受到两种机制的影响：热膨胀……

Fatigue life model

在热膨胀应力和蠕变的共同作用下，RIP内部发生机械失效。因此，为评估和预测热循环条件下RIP样本的服役寿命，我们建立了一个基于机械性能退化的最小失效寿命预测模型。

当材料承受循环载荷时，会发生疲劳失效。其在失效前能承受的最大循环次数称为疲劳寿命。Coffin-Manson……

Conclusion

本文系统研究了不同热循环周期后树脂浸渍纸样本的表面形态、理化特性、机械强度和电性能。基于实验分析和有限元模拟，阐明了热循环条件下微裂纹的演变及潜在降解机制。最后，提出了机械寿命失效和绝缘状态预测模型……