玻璃化環(huán)氧樹脂（vitrimers）由于其可逆的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而具有可回收、可降解的特點(diǎn)，為解決傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂回收廢舊電力設(shè)備時(shí)，vitrimer材料和電力供應(yīng)變得困難的難題提供了解決方案。缺乏與行業(yè)合作的開發(fā)研究缺乏對回收后樹脂性能和結(jié)構(gòu)的電性能評價(jià)和分析缺乏對各種因素對Vitrimer材料電性能影響的系統(tǒng)研究在電氣設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。華北電力大學(xué)劉鶴臣、孫章林、劉云鵬及其同事于2023/15撰寫第《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》號論文，提出并系統(tǒng)研究了vitrimer樹脂在電力行業(yè)中的應(yīng)用以及閉環(huán)的思想。循環(huán)回收。 Vitrimer樹脂的電、熱、電、熱回收、酯交換反應(yīng)引起的劣化恢復(fù)等性能對于構(gòu)建環(huán)保型電氣設(shè)備材料極為重要。

研究背景常規(guī)環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的電性能、熱力學(xué)性能、耐候性而廣泛應(yīng)用于干式電抗器、干式變壓器、互感器、復(fù)合絕緣子芯棒等電氣設(shè)備領(lǐng)域。聚合物鏈內(nèi)部交聯(lián)結(jié)構(gòu)形成三維永久交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使其不溶不熔。這一特性在確立了環(huán)氧樹脂優(yōu)異的絕緣性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性的同時(shí)，也使其修復(fù)、降解、回收和再生變得極其困難，最終造成化石資源的浪費(fèi)和資源的連接。固體廢物污染。開發(fā)用于電氣應(yīng)用的新型可回收樹脂基復(fù)合材料正在成為環(huán)保電氣設(shè)備的研究熱點(diǎn)。

論文要解決的問題及意義雖然目前對Vitrimer樹脂材料的研究較多，但對其電性能及其在電氣設(shè)備中的應(yīng)用的研究卻很少，對其電性能及其在電氣設(shè)備中的應(yīng)用的研究也很少。有困難。的電力設(shè)備。目前，傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂基干式變壓器、復(fù)合絕緣子芯棒等廢品回收難度較大。因此，有必要進(jìn)一步研究vitrimer等材料的多維電學(xué)特性，構(gòu)建完整的生命周期處理方法，實(shí)現(xiàn)廢舊材料的高價(jià)值回收和再利用。本文的研究內(nèi)容可為新型環(huán)保電工材料的開發(fā)提供理論和實(shí)驗(yàn)支撐，推動(dòng)電工設(shè)備的環(huán)�；�、綠色化進(jìn)程。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)（1）酯交換體系的構(gòu)建及多維性能研究基于前人催化劑選擇的研究成果，本文以乙酰丙酮鋅為催化劑，開發(fā)了酸酐固化環(huán)氧樹脂玻璃，制備了聚合物（Vitrimer）并進(jìn)行了研究。合成的。我們將該材料與傳統(tǒng)電工環(huán)氧樹脂進(jìn)行了比較，系統(tǒng)研究了催化劑和固化劑配比對樹脂結(jié)構(gòu)、熱學(xué)、機(jī)械和電學(xué)性能的影響。

圖1 各種Vitrimer樹脂體系和傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的多維性能比較。

(2)熱回收模型的構(gòu)建及參數(shù)獲取基于構(gòu)建的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的可逆交聯(lián)特性，采用物理熱壓回收方法對樹脂進(jìn)行粉碎、熱壓和回收。熱壓回收后，樹脂進(jìn)行重組回收，圖2和圖3為機(jī)械性能、擊穿電壓、電性能保持率等基本性能對比。

圖2 物理熱壓恢復(fù)/重建交聯(lián)示意圖

圖3 熱回收前后基本性能對比

(3)化學(xué)分解模型構(gòu)建及閉環(huán)回收處理基于酯交換反應(yīng)的特點(diǎn)，Vitrimer樹脂在醇溶劑中快速發(fā)生酯交換反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)分解和回收。在醇分解系統(tǒng)優(yōu)化研究的基礎(chǔ)上，我們利用乙二醇進(jìn)行化學(xué)分解回收研究，乙二醇分解工藝及分離回收過程的變化如圖4和圖5所示。

圖4 化學(xué)分解過程及原理

圖5 消解液后處理和回收不同階段的紅外光譜。

與傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的不溶性和不熔性不同，Vitrimer樹脂的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供了優(yōu)異的可降解回收性能，使其成為回收樹脂和內(nèi)部碳纖維、有色金屬和其他高價(jià)值材料的理想解決方案。電氣設(shè)備退役后復(fù)合材料的有效回收途徑。

結(jié)論本文提出了一種以乙酰丙酮鋅為催化劑、戊二酸酐為固化劑的酯交換基玻璃化可回收材料，其機(jī)械性能和基本電性能與傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂體系相當(dāng)，成功制備出一種獨(dú)特的環(huán)氧樹脂。 1)當(dāng)vitrimer樹脂體系中環(huán)氧基團(tuán)、固化劑戊二酸酐、催化劑乙酰丙酮鋅的摩爾比為1:1:0.05時(shí)，vitrimer樹脂體系表現(xiàn)出更好的性能，具有更好的綜合電學(xué)和機(jī)械性能。 2)降低vitrimer樹脂體系中固化劑戊二酸酐的含量，降低了樹脂體系的交聯(lián)密度，降低了Tg，同時(shí)減少了內(nèi)部交聯(lián)中游離羥基的數(shù)量。鍵網(wǎng)絡(luò)增大，酯交換反應(yīng)進(jìn)行得更加完全，樹脂的可塑性增加，但機(jī)械強(qiáng)度顯著下降。 3）催化劑中乙酰丙酮鋅的含量對vitrimer樹脂體系的動(dòng)態(tài)和電性能有顯著影響。較高的催化劑含量在一定程度上改善了樹脂的動(dòng)態(tài)性能，但電性能也略有下降。在某種程度上。 4)物理熱壓法和乙二醇溶劑分解法均能成功回收vitrimer樹脂及內(nèi)部高價(jià)值材料，物理熱壓回收樹脂機(jī)械拉伸強(qiáng)度保留率接近76%，電氣拉伸強(qiáng)度保持率達(dá)到近76%。強(qiáng)度保留率接近76%90%，乙二醇分解回收率與乙酰丙酮鋅的添加量有一定的正相關(guān)關(guān)系。 5）本次構(gòu)建的vitrimer樹脂體系在高溫環(huán)境下適用性較低，且回收條件嚴(yán)格，因此我們研究了溫和條件下電力設(shè)備中環(huán)氧樹脂的高效綠色回收方法，并確定了該樹脂的用途擴(kuò)大回收范圍的回收后問題是未來值得關(guān)注和探索的研究方向。

團(tuán)隊(duì)介紹

本文由華北電力大學(xué)輸變電設(shè)備安全防御研究團(tuán)隊(duì)利用國內(nèi)領(lǐng)先的科研成果，識別電力設(shè)備和智能電網(wǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵科技需求，完成。這已經(jīng)很多年了。將項(xiàng)目作為解決基礎(chǔ)科學(xué)問題和基礎(chǔ)技術(shù)的事業(yè)來推動(dòng)，重點(diǎn)研究電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)、輸變電設(shè)備絕緣技術(shù)、特高壓輸變電技術(shù)作為瓶頸對策。關(guān)鍵技術(shù)及綠色高效電工材料開發(fā)與評價(jià)。

劉云鵬，通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任華北電力大學(xué)副校長、國家電氣工程實(shí)驗(yàn)教育示范中心副主任，主要研究方向?yàn)榄h(huán)保電工復(fù)合材料、電氣絕緣狀態(tài)評價(jià)。裝備、新型復(fù)合材料橫擔(dān)/絕緣子芯棒研發(fā)、電網(wǎng)電磁環(huán)境與電磁兼容、電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)、放電等離子體數(shù)值模擬與模擬等。

IEEE PES高壓絕緣技術(shù)委員會(huì)（中國）及其分技術(shù)委員會(huì)副教授、執(zhí)行主任劉鶴臣博士入選華北電力大學(xué)青年骨干支持計(jì)劃。環(huán)保型環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料、玄武巖纖維復(fù)合材料等的開發(fā)、研制和應(yīng)用。

孫章林老師，碩士生，主要研究方向?yàn)榄h(huán)保型環(huán)氧樹脂及復(fù)合材料的開發(fā)，主要是Vitrimer的動(dòng)態(tài)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)電學(xué)表征、聚合物電樹開發(fā)，包括生長和局部放電特性。該研究成果發(fā)表在2023年第15期，《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，標(biāo)題為“基于酯交換反應(yīng)的可回收玻璃化環(huán)氧樹脂的制備及性能研究”。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金委和中央高�；�本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。