预电应力效应在工程中应用的探索性研究
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摘要
一般来讲，介电材料无论是在直流电场中，还是在交变电场中使用一段时间后，总会出现介电性能的降低甚至击穿等不同程度的破坏。但是已有实验研究表明，在一定的条件下，将某些介电材料在电场中进行预处理后，材料某些方面的性能得到了提高。我们将介电材料的这种电场预处理称之为预电应力处理，而将介电材料经预电应力处理后性能上发生的变化称为预电应力效应。
本文针对预电应力效应在工程中应用的可能性进行了探索性研究。研究内容主要包括预电应力对硅橡胶改性环氧树脂微观结构的影响、对覆铜箔板粘接性能的影响，以及对温水交联聚乙烯交联过程的影响等。
本文通过实验研究证实：在硅橡胶改性环氧树脂的固化过程中所施加直流预电应力导致了固化物中硅橡胶相数量增多、尺寸减小；并且，预电应力的这种效应与预电应力的极性无关，但与预电应力的水平有关。
另外，本文通过实验研究还证实：在有脱模剂存在的情况下，固化过程中直流电场的存在会弱化脱模剂的作用进而强化环氧树脂固化物与金属正电极间的粘接强度，但直流电场对环氧树脂固化物与金属负电极间的粘接强度没有明显影响。
在直流电场对覆铜箔板粘接性能影响的研究中，由于受实验手段和研究对象复杂性的限制，没有发现直流电场对覆铜箔板铜箔与基体及基体层间的粘接强度产生规律性影响，但在研究中进一步证实了直流电场会使环氧树脂在固化过程中形成的交联键沿电场方向取向。
由理论分析得知，在硅烷交联聚乙烯电缆的温水交联过程中施加预电应力，通过电场梯度力来加速水由外向里的扩散迁移进而加速交联反应速度是可能的。本文通过实验研究发现：要使预电应力发挥这种效应，需对电缆结构进行合理设计。
本文为预电应力效应进一步的工程应用研究提供了一定的实验依据。
Generally, the property of dielectrics will deteriorate and even breakdown under the action of the DC or AC electric field for some time. But recently, a lot of studies show that some properties of some dielectrics have strengthened after pre-treated in electric field before they are used. This pre-treatment of dielectric in electric field is named after the electric pre-stress treatment. After electric pre-stress treated, the change of dielectric property is named after the effect of electric pre-stress.
The possibility of applying the electric pre-stress in some fields of engineering is studied through experiments in this paper.
It is discovered that the diameters of silicon rubber decrease and the number of silicon rubber increase by the DC electric pre-stress applied during solidifying of silicon rubber-toughened epoxy resins. The effect is independent of the polarity of electric pre-stress, but it is dependent of the intensity of electric pre-stress.
In addition, it is found that DC electric field weakens the effect of release agent and strengthens the binding strength between epoxy resins and anode in the condition of the existence of release agent. But this effect of electric field is not discovered between epoxy resins and cathode.
In the study of the effect of electric field on the binding property of copper foil-covered veneer sheet, because of lack of experimental method and the complexity of the object studied, it is not found the regular effect of electric field on the binding strength between copper foil and veneer sheet or on the inter-laminar binding strength of veneer sheet. But it is further testified that DC electric field makes the free linkage generated during solidifying of epoxy resins orient along the direction of electric-power line.
Theoretically, it is possible to accelerate water move from outside of cable to inside and therefore to accelerate the cross-linking reaction of silane-g-PE by gradient force of electric field when electric pre-stress is applied in the process of warm water cross-linking of silane-g-PE cable. In the paper it is discovered that it is necessary to design the suitable cable structure for the exertion of the effect of electric pre-stress in the process of warm water cross-linking of silane-g-PE.
This paper offers some experimental foundation for the further study about the application of electric pre-stress in the engineering field.
本文针对预电应力效应在工程中应用的可能性进行了探索性研究。研究内容主要包括预电应力对硅橡胶改性环氧树脂微观结构的影响、对覆铜箔板粘接性能的影响，以及对温水交联聚乙烯交联过程的影响等。
本文通过实验研究证实：在硅橡胶改性环氧树脂的固化过程中所施加直流预电应力导致了固化物中硅橡胶相数量增多、尺寸减小；并且，预电应力的这种效应与预电应力的极性无关，但与预电应力的水平有关。
另外，本文通过实验研究还证实：在有脱模剂存在的情况下，固化过程中直流电场的存在会弱化脱模剂的作用进而强化环氧树脂固化物与金属正电极间的粘接强度，但直流电场对环氧树脂固化物与金属负电极间的粘接强度没有明显影响。
在直流电场对覆铜箔板粘接性能影响的研究中，由于受实验手段和研究对象复杂性的限制，没有发现直流电场对覆铜箔板铜箔与基体及基体层间的粘接强度产生规律性影响，但在研究中进一步证实了直流电场会使环氧树脂在固化过程中形成的交联键沿电场方向取向。
由理论分析得知，在硅烷交联聚乙烯电缆的温水交联过程中施加预电应力，通过电场梯度力来加速水由外向里的扩散迁移进而加速交联反应速度是可能的。本文通过实验研究发现：要使预电应力发挥这种效应，需对电缆结构进行合理设计。
本文为预电应力效应进一步的工程应用研究提供了一定的实验依据。
Generally, the property of dielectrics will deteriorate and even breakdown under the action of the DC or AC electric field for some time. But recently, a lot of studies show that some properties of some dielectrics have strengthened after pre-treated in electric field before they are used. This pre-treatment of dielectric in electric field is named after the electric pre-stress treatment. After electric pre-stress treated, the change of dielectric property is named after the effect of electric pre-stress.
The possibility of applying the electric pre-stress in some fields of engineering is studied through experiments in this paper.
It is discovered that the diameters of silicon rubber decrease and the number of silicon rubber increase by the DC electric pre-stress applied during solidifying of silicon rubber-toughened epoxy resins. The effect is independent of the polarity of electric pre-stress, but it is dependent of the intensity of electric pre-stress.
In addition, it is found that DC electric field weakens the effect of release agent and strengthens the binding strength between epoxy resins and anode in the condition of the existence of release agent. But this effect of electric field is not discovered between epoxy resins and cathode.
In the study of the effect of electric field on the binding property of copper foil-covered veneer sheet, because of lack of experimental method and the complexity of the object studied, it is not found the regular effect of electric field on the binding strength between copper foil and veneer sheet or on the inter-laminar binding strength of veneer sheet. But it is further testified that DC electric field makes the free linkage generated during solidifying of epoxy resins orient along the direction of electric-power line.
Theoretically, it is possible to accelerate water move from outside of cable to inside and therefore to accelerate the cross-linking reaction of silane-g-PE by gradient force of electric field when electric pre-stress is applied in the process of warm water cross-linking of silane-g-PE cable. In the paper it is discovered that it is necessary to design the suitable cable structure for the exertion of the effect of electric pre-stress in the process of warm water cross-linking of silane-g-PE.
This paper offers some experimental foundation for the further study about the application of electric pre-stress in the engineering field.
引文
1 路新瀛, 梁开明等. 材料在电场中的行为. 机械工程材料, 1995, 19(3): 1～3
2 李忠华，尹毅，朱军，屠德民. 电压稳定剂在预电应力下的集中效应及其应用. 材料研究学报，1999，13(1)：47～50
3 李忠华. 聚合物电热老化的陷阱理论与电压稳定剂作用机理的研究. 西安交通大学博士论文，1997：85～94
4 加子泰彦, 渡边茂隆. 硫磺系添加剂によるエポキシ樹脂の耐部分放電性の向上. 電氣学会論文言志. A-1993，113(10): 223～228
5 Q. Ding，Zh. H. Li，Sh. G. Sheng，et．Effect of the Electric Pre-stress to Dielectric Property of Epoxy Polymer．Proceedings of ISEIM 2001，Himeji Japan，2001：191～193
6 丁强，陈维君，赵林杰，李忠华等．预电应力对环氧树脂固化物开裂的影响．哈尔滨理工大学学报，2002，7(2)：15～18
7 丁强. 环氧树脂浇注绝缘的预电应力效应. 哈尔滨理工大学硕士论文，2002
8 赵世琦．环氧树脂/酸酐浇注料的开裂及解决办法．绝缘材料通讯，1998，(6)：3～5
9 陈卫星，刘志斌等. 环氧树脂的增韧改性. 西安工业学院学报，2000，20(2)：149～154
10 焦剑，蓝立文等．环氧树脂的增韧．化工新型材料，2000，28(5)：7～10
11 刘志中，王新灵等．环氧树脂增韧改性研究进展．中国塑料，1998，12(6)：12～18
12 赵云峰. 橡胶增韧环氧树脂研究进展. 宇航材料工艺，1990，(3)：37～46
13 赵峰，李方. 聚硅氧烷改性环氧树脂. 热固性树脂，1999，14(1)：27
14 赵世琦，甘常林. 海岛结构型增韧剂在环氧树脂/酸酐浇注产品中的应用. 第六届绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集，1996：66～69
15 赵世琦，甘常林. “海岛结构”－克服环氧树脂浇注制品开裂的特效手段. 绝缘材料通讯，1994，(4)：1～3
16 孙以实，赵世琦等．橡胶增韧环氧树脂机理的研究. 高分子学报，1988，(2)：101～103
17 孙以实，付增力. 颗粒第二相改性热固性树脂增韧机理. 热固性树脂，1992，7(2)：5～8
18 吴培熙，张留城．聚合物共混改性．中国轻工业出版社，2001：325～326
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25 S. Kristyan，R. B. Timmons. In Situ Catalytic Activation and Regeneration Using Electrostatic Field Gradients as Demonstrated during Hydrogenolysis of Ethane and Ethylene on a Nickel Wire Catalyst. J. Catal， 1986，(101): 331～341
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27 黄家康，岳红军，董永祺等. 复合材料成型技术. 化学工业出版社，1999：208～213
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31 M. A. Morsy，K. Ikeuchi，M. Takahashi，M. Ushio. Microstructure of Glass/Metal interface of Anodically-Bonded joint. Trends in Welding Research，Georgia USA，1998: 251～256
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33 陈铮，董师润. 玻璃与Kovar合金电场辅助阳极连接时紧密接触面积扩大过程的动力学. 金属学报，2001，37(2)：139～143
34 韩中洗. 电缆工艺原理. 机械工业出版社，1990：273～313
35 王秀丽. 聚乙烯的硅烷交联技术及应用. 塑料科技，2001，144(4)：30～33
36 黄德骏. 硅烷交联聚乙烯电缆料的新进展. 现代塑料加工应用，1995，7(5)：45
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38 《电线电缆手册》编委会. 电线电缆手册·第2册. 机械工业出版社，2002：301
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