玻璃纤维增强树脂作为电气绝缘材料广泛应用于外绝缘、高压电气设备等领域,但绝缘材料的长期运行会引发绝缘劣化,影响电力系统的安全、稳定、可靠运行,树枝状老化在其中所起的作用有待研究。该文采用针-板放电模型搭建树枝状老化实验平台,制备纯环氧树脂及环氧复合材料试样,对纯环氧树脂及添加玻璃片和玻璃纤维的复合材料在各种因素影响下水树枝和电树枝的老化特性,以及水树枝向电树枝的转化过程进行研究。树枝状老化的实验结果表明,复合材料中的树枝倾向于沿界面发展,添加玻璃屏障的尺寸较大时,将使树枝的形貌发生极大变化。纯环氧树脂试样工频水树枝通道呈发散的丝状,水树枝分布于针尖前端及针尖侧壁区域;添加玻璃片后,水树枝分布区域明显集中于水针针尖与玻璃片之间,且界面处通道尺寸大大增加;添加玻璃纤维对水树枝的影响相对较小,但在玻璃纤维附近容易发生通道的合并。同样,玻璃片界面对复合材料电树枝的影响较大,若其在电场方向上形成全面遮挡,则发展至玻璃片的电树枝终止,主通道转向,沿玻璃片界面发展;玻璃纤维由于尺寸较小,对电树枝的影响相对较小,电树枝通道与玻璃纤维接触后可能沿玻璃纤维发展,终止于玻璃纤维处或者绕过玻璃纤维继续发展。环氧树脂的吸水过程符合Fick模型,使用有限元仿真软件ABAQUS对吸水过程进行仿真,发现每个时间段水分在材料中的分布并不均匀,水分由外到内逐层递减,可能在材料内部形成“屏障”效应,使得吸水初期电树枝发展趋势与添加玻璃片屏障的试样相似,其横向长度的数值可达纵向长度的2倍。吸水量较大时,电树枝的形态由枝状变为丛状,其原因可能为水分引起的气体放电特性的改变或树枝通道中聚合物分解产物导电性的改变。将经过水树枝老化的环氧树脂试样烘干后进行电树枝实验,可以发现电树枝比未经水树枝老化试样的通道尺寸增加,复合材料试样进行水树枝老化后其电树枝在界面处放电剧烈,且发展方向发生变化。