特高壓輸電工程是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、落實“雙碳”目標(biāo)的國家戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施，其裝備的自主化水平關(guān)乎我國能源安全與電力供應(yīng)穩(wěn)定。氣體絕緣組合電器（GIS）作為特高壓變電站的核心裝備，以其優(yōu)越的絕緣性能、緊湊結(jié)構(gòu)和良好的環(huán)境適應(yīng)性而廣泛應(yīng)用。絕緣拉桿是GIS斷路器中執(zhí)行分合閘操作的關(guān)鍵傳動部件，需在頻繁機械負荷與強電場環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，其性能直接影響斷路器的開斷能力與響應(yīng)速度。傳統(tǒng)絕緣拉桿難以滿足特高壓大容量、快速開斷的要求，而芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料絕緣拉桿因具備輕質(zhì)高強、絕緣性能突出等優(yōu)點，被視作超特高壓領(lǐng)域的理想替代方案。
氣體絕緣組合電器（GIS）實物圖以及GIS用絕緣拉桿
長期以來，芳綸纖維因表面光滑、化學(xué)惰性強，與環(huán)氧樹脂基體界面結(jié)合困難，導(dǎo)致復(fù)合材料機械強度不足、成品率低，成為制約國產(chǎn)化的“卡脖子”難題。該技術(shù)缺口使我國特高壓芳綸纖維絕緣拉桿市場受制于美國TE公司，不僅抬高建設(shè)成本，也對特高壓裝備供應(yīng)鏈安全形成潛在風(fēng)險。如何激活纖維表面活性、重構(gòu)纖維-樹脂界面結(jié)構(gòu)，成為困擾國內(nèi)電力裝備制造業(yè)十多年的核心技術(shù)瓶頸。
面向國家重大需求，華北電力大學(xué)電力工程系謝軍教授團隊經(jīng)多年攻關(guān)，創(chuàng)新提出多層功能化界面工程技術(shù)。該技術(shù)通過精準(zhǔn)調(diào)控纖維表面多層微納結(jié)構(gòu)，重構(gòu)其表面形貌并高效激活化學(xué)活性位點，在微觀層面建立纖維與樹脂間的強化學(xué)鍵合與機械互鎖機制，成功突破芳綸纖維與環(huán)氧樹脂的界面結(jié)合瓶頸，為我國特高壓裝備核心部件國產(chǎn)化奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。
此項突破不僅填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白，還形成了具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的芳綸纖維表面處理與復(fù)合材料成型工藝體系。目前，團隊依托國家自然科學(xué)基金、河北省自然科學(xué)基金等項目，已在 Composites Part B、IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation、Composites Science and Technology 等國際權(quán)威期刊發(fā)表高水平論文10余篇，系統(tǒng)構(gòu)建了特高壓芳綸纖維復(fù)合材料界面設(shè)計的理論框架，獲得國內(nèi)外同行廣泛認(rèn)可。
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