CN101746963B

CN101746963B - 耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂

Info

Publication number: CN101746963B
Application number: CN2009101556589A
Authority: CN
Inventors: 张毓强; 米娜; 张燕; 费其锋
Original assignee: Jushi Group Co Ltd
Current assignee: Jushi Group Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN101746963A

Abstract

本发明公开了一种耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，所述浸润剂由偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的5～10％，余量为水；所述成膜剂A采用环氧树脂乳液A，所述环氧树脂乳液A中的环氧树脂的环氧当量在180～300；所述成膜剂B采用环氧树脂乳液B，所述环氧树脂乳液B中的环氧树脂的环氧当量在500～1500。所述浸润剂的各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的比例如下：偶联剂5～12％，润滑剂1～10％，成膜剂A 10～75％，成膜剂B 10～75％，成膜剂A+成膜剂B 80～85％，pH值调节剂1～5％。本发明所述浸润剂能与环氧树脂相容性好，并且能使制品的电性能符合标准要求，从而满足市场及应用需求。

Description

耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂

(一)技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维增强热固性树脂技术，特别是一种耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂。

(二)背景技术

绝缘子是输电网架的重要元件，是高压、超高压电力输送线路上的必用品。在绝缘材料的选择上，早期使用陶瓷，目前大多采用玻璃纤维与基体树脂复合来替代。与传统的陶瓷绝缘子相比，除有相当的电绝缘性外，复合绝缘子还具有尺寸小、重量轻、机械强度高、不易破碎、无需零值检测、耐污闪性能高、制造工艺简便、能耗小等诸多优点，因而被广泛用于电力系统的发电、输电和配电的各个系统中。随着国内电力系统的更新和发展，对绝缘材料的需求也日益扩大，采用以环氧树脂为基体，玻璃纤维增强的FRP材料已经作为目前绝缘子领域应用及研究的主题。

复合绝缘子其最主要的构件是芯棒，采用拉挤生产工艺。主要的性能是能耐超高电压(一般指330～1000KV)，另外对玻璃钢的抗弯性能也有一定要求，考虑到绝缘材料使用的特殊性、安全性，我们国家专门制定了相关标准，如固体电工绝缘材料工频击穿电压、击穿场强和耐电压试验方法GB1408-1978，绝缘子试验方法——机械试验方法，主要要求为工频击穿电压需≥50KV/cm，150℃下热态抗弯达到300MPa。因为绝缘性要求极高，客户一般采用环氧树脂体系，故在采用E玻璃成分不变的前提下，需通过研制一种新型的浸润剂：要能和环氧树脂具备优良的相容性，提高界面结合的效果，以达到复合绝缘子能耐超高电压的要求。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，采用该浸润剂生产的直接无捻粗纱，不但能满足客户拉挤生产绝缘子芯棒，而且能与环氧树脂相容性好，并且能使制品的电性能满足标准的要求。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于所述浸润剂由偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的5～10％，余量为水(包括原料自身带的水加上配制浸润剂加入的去离子水)；所述偶联剂采用硅烷偶联剂；所述润滑剂采用水溶性的PEG类润滑剂；所述成膜剂A采用环氧树脂乳液A，所述环氧树脂乳液A中的环氧树脂的环氧当量在180～300；所述成膜剂B采用环氧树脂乳液B，所述环氧树脂乳液B中的环氧树脂的环氧当量在500～1500；所述pH值调节剂采用酸；所述浸润剂的各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的比例如下：

偶联剂 5～12％；

润滑剂 1～10％；

成膜剂A 10～75％；

成膜剂B 10～75％；

成膜剂A+成膜剂B 80～85％

pH值调节剂 1～5％

进一步，本发明优选所述浸润剂中各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的比例如下：

偶联剂 8～10％；

润滑剂 3～5％；

成膜剂A 35～50％；

成膜剂B 35～50％；

成膜剂A+成膜剂B 83～85％

pH值调节剂 2～3％

本发明所述浸润剂的pH值在2～8，优选pH值在3～7。

本发明所述的偶联剂一般采用硅烷偶联剂，本发明适用的硅烷偶联剂可选用的产品牌号有A-172，A-174，A-1100、A-187等。偶联剂的作用，不但在拉丝过程保护纤维，而且在与基体树脂偶联，起玻璃纤维和基体树脂间的偶联作用，因此是影响玻璃纤维强度以及玻璃钢制品强度的关键，合适的偶联剂选择，可以使生产出来的FRP产品具有更好的电气性能和机械性能。在浸润剂中，硅烷偶联剂的使用量一般占浸润剂固体质量的3～15％，本发明选用了更为合适的5～12％范围，以保证有足够的含量，起到保护纤维和偶联作用。本发明更优选硅烷偶联剂的用量为浸润剂固体质量的8～10％。

本发明的润滑剂可采用水溶性的有机化合物，特别是PEG类润滑剂，如PEG400、PEG600、PEG1000、PEG3000等。一般采用的质量以固含量计为浸润剂固体质量的1～10％，润滑剂的用量以满足玻璃纤维在拉丝、后处理、使用过程的润滑效果为标准，设计的原则是够用就可，太多的润滑剂会影响原丝间的粘结效果，并且会影响最终玻璃钢制品的电气及机械性能，本发明中润滑剂采用最佳的用量范围为3～5％。

本发明的成膜剂A、成膜剂B作为浸润剂的主要成分起到保护纤维，并且对最终制品的电气性能、机械强度起着决定性的影响。通常可选用的成膜剂有环氧类乳液、聚酯类乳液等。需在以上几类成膜剂中挑选合适的种类。一般比较常用的成膜剂配合(成膜剂A/成膜剂B)：环氧/环氧，环氧/聚酯，聚酯/聚酯。为了提高与环氧树脂的相容性，达到电气性能好、强度高的要求，本发明的采用环氧/环氧的配合，即采用两种环氧树脂乳液组合使用，其中环氧树脂乳液A中的环氧树脂的环氧当量相对较小，一般可在180～300，优选环氧当量在200～300；环氧树脂乳液B中环氧树脂的环氧当量相对较大，一般可在500～1500，优选环氧当量在800～1500。本发明优选环氧树脂乳液A的用量以其固含量计为浸润剂固体质量的35～50％，优选环氧树脂乳液B的用量以其固含量计为浸润剂固体质量的35～50％，优选环氧树脂乳液A和环氧树脂乳液B的总用量以它们的固含量计为浸润剂固体质量的83～85％。本发明采用不同当量的环氧乳液搭配使用，主要是考虑到玻璃纤维纱的集束性、及纱质、浸透性：一般使用环氧当量小的乳液，对应的玻纤纱质软，集束性差些、易浸透；而使用环氧当量大的乳液，对应的玻纤纱质硬，集束性好、浸透性略差。两者搭配使用，可以起到提高玻璃纤维的耐磨性、改善浸透性，提高机械强度的作用。本发明采用这样的组合可保证玻璃纤维与环氧树脂具备良好的浸透、优越的电气性能与机械强度。本发明使用的环氧树脂乳液可使用市售商品。

本发明的pH调节剂用于偶联剂的分散和水解，通常采用酸，有机酸或无机酸均可，如可使用柠檬酸、醋酸、甲酸、乙酸、硼酸等。浸润剂中的偶联剂的分散需要在一定的pH条件下水解，具体看偶联剂的种类和分散要求。配制好的浸润剂，一般要求在一定的pH范围存储和使用，pH值的范围一般可在2～8，通常会在3～7之间的酸性环境。本发明优选硼酸作为pH调节剂。

本发明耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱浸润剂的配制方法包括以下步骤：在一个干净的容器中加入一半总量去离子水，然后再加入浸润剂成分中酸的量，充分搅拌3～5分钟后，再缓慢加入浸润剂成分中的硅烷偶联剂，持续搅拌25～30分钟；浸润剂成分中的润滑剂在3倍于其量的温去离子水(40～50℃)中充分搅拌稀释后加入容器；浸润剂成分中成膜剂A、成膜剂B分别采用成膜剂量的3倍水进稀释；若浸润剂pH值不能达到最佳范围，加入适量的酸进行调整并搅拌均匀，直至pH值达到最佳范围。

本发明玻璃纤维的L.O.I(玻璃纤维的可燃物含量，即浸润剂涂附在玻璃纤维上的量占玻璃纤维质量的比例，下同)控制在0.5～1.0％，具体的值需要根据原料本身的性能，从产品需要达到的性能指标和实验测试结果来看，L.O.I在0.5～0.9％生产的产品，电气性能、机械强度能够满足要求。

与现有技术相比，本发明所述浸润剂能与环氧树脂相容性好，并且能使制品的电性能符合标准要求，从而满足市场及应用需求。

(四)具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的说明，但本发明的内容并不受以下实施例的任何制约。

本发明实施例使用的浸润剂各组分如下：

所述偶联剂使用环氧基硅烷偶联剂，产品牌号为A-187；

所述润滑剂使用PEG600；

所述成膜剂A使用环氧树脂乳液A，牌号为Neoxil 965D(生产厂家：荷兰DSM公司)；

所述成膜剂B采用环氧树脂乳液B，牌号为Neoxil 8294(生产厂家：荷兰DSM公司)；

所述pH值调节剂采用硼酸。

本发明各实施例中，浸润剂中水的含量占浸润剂总质量的90％。

下面是一些配方的实例和测试结果，其中的数值均为各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的百分比。

组分	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5	实例6
							偶联剂	5.5	7.0	8.0	9.5	10.0	12.0
润滑剂	5.0	6.0	4.0	3.5	3.0	2.0
							成膜剂A	73.0	52.3	45.2	35.0	17.8	10.1
成膜剂B	11.5	30.7	39.8	49.5	67.2	74.9
							pH调节剂	5.0	4.0	3.0	2.5	2.0	1.0
配方固体含量比例合计	100	100	100	100	100	100
							产品的L.O.I	0.75	0.77	0.78	0.79	0.81	0.80
产品的线密度(tex)	9604	9568	9654	9586	9687	9532
							原丝集束状态	略差	好	好	好	略差	略差
纱质	软	略软	适中	适中	硬	过硬
							树脂中浸透效果	透明	透明	透明	透明	少量白丝	较多白丝
纱线强度(N/tex)	0.45	0.46	0.54	0.55	0.59	0.62
							工频击穿电压(KV/cm)	45	49	52	54	48	46
热态抗弯强度(MPa)	290	301	325	368	306	295
							FRP的玻纤含量(％)	70.5	70.3	70.1	70.2	69.8	69.5

从以上的配方测试实例，我们可以从中看出，实施例1-6均基本符合要求，其中实施例3、4较佳。

本发明实施例根据耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的技术特点，通过浸润剂原料的选择，配方的优化，采用合适的玻璃纤维生产工艺，生产出满足该领域需求的无碱玻璃纤维直接纱产品。

Claims

1.一种耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于所述浸润剂由偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、pH值调节剂和去离子水制成，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的5～10％，余量为水；所述偶联剂采用硅烷偶联剂；所述润滑剂采用水溶性的PEG类润滑剂；所述成膜剂A采用环氧树脂乳液A，所述环氧树脂乳液A中的环氧树脂的环氧当量在180～300；所述成膜剂B采用环氧树脂乳液B，所述环氧树脂乳液B中的环氧树脂的环氧当量在500～1500；所述pH值调节剂采用酸；所述浸润剂的各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的比例如下：

偶联剂 5～12％；

润滑剂 1～10％；

成膜剂A 10～75％；

成膜剂B 10～75％；

成膜剂A+成膜剂B 80～85％

pH值调节剂 1～5％。

2.根据权利要求1所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述浸润剂中各组分以其固含量计占浸润剂固体质量的比例如下：

偶联剂 8～10％；

润滑剂 3～5％；

成膜剂A 35～50％；

成膜剂B 35～50％；

成膜剂A+成膜剂B 83～85％

pH值调节剂 2～3％。

3.根据权利要求1所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述浸润剂的pH值在2～8。

4.根据权利要求3所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述浸润剂的pH值在3～7。

5.根据权利要求1～4之一所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自下列牌号之一的产品：A-172，A-174，A-1100、A-187。

6.根据权利要求1～4之一所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述的PEG类润滑剂选自下列之一：PEG400、PEG600、PEG1000、PEG3000。

7.根据权利要求1～4之一所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述的pH值调节剂选自下列之一：柠檬酸、醋酸、甲酸、乙酸、硼酸。

8.根据权利要求1～4之一所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述环氧树脂乳液A中的环氧树脂的环氧当量为200～300。

9.根据权利要求1～4之一所述的耐超高电压绝缘子用无碱玻璃纤维直接纱的浸润剂，其特征在于：所述环氧树脂乳液B中环氧树脂的环氧当量为800～1500。