高性能纤维增强环氧复合材料已成为电气绝缘、航空航天和体育设备等行业的新型材料选择。与传统材料相比，这些复合材料具有重量轻、强度高、电气绝缘性能优异、耐腐蚀和耐久性等优点[1,2]。例如，芳纶纤维增强环氧复合材料被广泛用于高压气体绝缘开关设备（GIS）中作为绝缘棒[3,4]。这些绝缘棒在将机械能从断路器机构传递到触点方面起着关键作用，从而实现电连接和断开。可靠的绝缘性能对其正常运行至关重要，而出色的机械疲劳抗性则是承受频繁切换操作的基础[5,6]。因此，了解芳纶纤维增强环氧复合材料在机械载荷下的绝缘性能退化和增强机制对于确保电力设备和电网的安全长期运行至关重要。
目前，相关研究人员也进行了大量研究，为深入分析材料的劣化和增强机制奠定了基础。已经开发了一个全面的实验框架，用于研究纤维增强环氧复合材料的拉-拉机械疲劳[7,8]。首先，测量复合样品的静态机械性能，以确定极限抗拉强度（UTS）和位移。接下来，在应力或位移控制下进行循环疲劳测试，典型的应力比（R = σmin/σmax）范围为0.1至0.5。然后分析加载过程中纤维的失效机制以及纤维与树脂基体之间的界面退化[[9], [10], [11]]。研究表明，在拉-拉机械疲劳过程中，纤维会表现出多种阻尼机制，如分裂、磨损、扁平化、缠绕、脱粘和微纤化（微纤从纤维表面剥离）[12,13]。此外，在纤维与树脂基体之间的界面可能发生内聚断裂或粘聚断裂[14]。然而，现有研究通常关注复合材料完全失效后的断裂机制和界面退化过程。为了研究机械疲劳对材料绝缘性能的影响，需要保留相对完整的样品进行测试。机械疲劳应仅对样品造成部分损伤，以便后续的电气绝缘性能测试能够揭示材料绝缘性能的退化机制。杜团队设计了一个研究平台，用于在加载和卸载条件下研究材料的电气绝缘和介电性能[15]。他们提出，导电率和电容测量可以反映受到机械应力作用的复合材料的内部损伤[[16], [17], [18]]。然而，这种方法尚未充分探索循环机械疲劳下的绝缘退化机制。
深入理解材料性能退化和失效机制对于开发提高纤维增强环氧复合材料整体性能的有效策略至关重要。表面改性技术，如硅烷处理、微纳米填料沉积、等离子体处理和纤维混合，在改善这些材料的机械、疲劳和电气绝缘性能方面显示出潜力[[19], [20], [21], [22]]。其中，硅烷偶联剂处理因其工艺简单、成本低和偶联剂选择多样而得到广泛应用。特别是含氟硅烷偶联剂，常被用来提高基于环氧树脂的复合材料的电气绝缘性能[[23], [24], [25]]。这些偶联剂含有强电负性的氟基团，能够更好地捕获和控制自由电荷，从而显著提高材料的绝缘性能。
本研究采用表面活化工程处理芳纶纤维，旨在提高材料的初始绝缘性能并了解芳纶纤维增强环氧复合材料在机械疲劳过程中的行为演变。首先用路易斯酸对纤维进行预处理，通过“桥接”效应将三乙氧基（1H,1H,2H,2H-九氟己基）硅烷（SI–9F）与纤维表面结合。同时，施加拉-拉循环机械载荷来模拟疲劳环境，并研究复合材料的绝缘性能退化过程。疲劳循环次数设置为100、300、500和1000次，并探讨了溶液中SI–9F浓度和纤维铺设方式对绝缘性能演变的影响。本研究旨在揭示材料在机械疲劳下的绝缘退化抗性。
