CN101942922B - 一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺 - Google Patents
一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，包括芯棒的制备和增爬伞群的制备，其特征在于所述横担芯棒为高强环氧树脂复合材料芯棒；所述增爬伞群为芯棒端头部位的耐电痕脂肪族环氧树脂增爬伞群。该制备工艺具有操作简单、快速等特点，所制备出的绝缘横担除具有优异的耐电痕能力外、可连续稳定生产且物理化学稳定外，还具有良好的疏水性、机械性能，耐化学腐蚀，抗疲劳和防污闪能力等；从而进一步拓宽了复合材料在绝缘领域的应用范围。
Description
[技术领域]
本发明涉及高性能树脂基复合材料在输电线路复合材料杆塔中的应用，具体地讲涉及一种抗电痕腐蚀并具有超疏水能力的热固性树脂基输电复合材料横担制备技术。
[背景技术]
复合材料杆塔由于其优良的综合性能，如强度高、重量轻、耐腐蚀、绝缘性好等特点，在欧美一些电力线路中得到成功应用。复合材料杆塔的应用，充分利用了复合材料机械强度高、绝缘性能优异的特点，有助于紧凑型线路的设计和实施，有效的节约了电力线路的走廊宽度，进一步节约了土地资源，具有重要的社会意义和经济价值。
随着复合材料杆塔在更高电压等级线路中的应用(110kV以上)，工程设计上对复合材料横担的电绝缘、耐电痕、耐电弧、耐候、阻燃及物理机械性能要求相应提高。高电压等级线路中耐电痕化是考察绝缘材料是否适用的的重要的指标。电痕破坏是限制现代电力系统绝缘工作场强的基本因素，由于表面放电将会导致整个绝缘材料表面破坏。面对局部恶劣的自然环境，如海岸等盐害地区，高温潮湿环境，沙尘暴，化学气体，放射线辐射环境中，绝缘材料的表面总是在不断被污染，其抗电痕能力会进一步下降，这些外界因素为复合材料横担的应用长期安全使用提出了严峻的考验。
现有的单一树脂材料的抗电痕能力较低(通常小于2.5kV)，远远不能满足高电压等级线路实际使用要求。目前，国内在该领域的研究尚属空白。
[发明内容]
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，该制备工艺具有操作简单、快速等特点，所制备出的绝缘横担除具有优异的耐电痕能力外、可连续稳定生产且物理化学稳定外，还具有良好的疏水性、机械性能，耐化学腐蚀，抗疲劳和防污闪能力等；从而进一步拓宽了复合材料在绝缘领域的应用范围。
本发明提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，包括芯棒的制备和增爬伞群的制备，其特征在于所述芯棒为环氧树脂复合材料芯棒；所述增爬伞群为芯棒端头部位的耐电痕脂肪族环氧树脂增爬伞群。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述环氧树脂复合材料芯棒采用拉挤工艺或缠绕工艺制备；所述芯棒端头部位的耐电痕脂肪族环氧树脂增爬伞群采用真空浇铸法制备。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述拉挤工艺包括以下步骤：
a、将树脂混合搅拌均匀后，加入到经预热后的胶槽；
b、采用温度为300℃～500℃高温热处理或浓度分别为10％～30％硝酸、硫酸或盐酸对增强纤维表面进行活化处理；
c、将步骤b得到的处理后的增强纤维，在牵引装置的拉力作用下，通过导向装置使其进入浸渍胶槽，形成充分润湿的预浸料；
d、将步骤c得到的预浸料通过前段固化模具，预浸料在模具内快速吸热升温后，固化成型，在内脱模剂的作用下，由牵引装置拉出模具，形成预成型模，以排出多余的树脂和气泡；
e、将步骤d得到的预成型模，进行高温固化处理，进一步提高材料的机械性能。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述真空浇铸法包括以下步骤：
将根据权利要求3制备得到的芯棒固定在浇铸模具中，模具内真空度为10Pa-50Pa，在成型温度为60℃-90℃时先保温1-3小时，然后在130℃-160℃保温1-6小时，冷却后脱模成型。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述增强纤维采用高强度玻璃纤维、玄武岩纤维；所述牵引装置采用牵引机。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述增爬伞群树脂采用高抗电痕树脂，高抗电痕腐蚀树脂包括按质量百分比计的下列组分：
20-60％脂环族环氧树脂；19-50％甲基六氢酸酐固化剂；20-50％柔性有机硅树脂；1-30％经憎水改性的氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅复合体系填料。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述憎水改性为将氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉合二氧化硅经过高速球磨或将氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅在盐酸、硫酸或硝酸中浸泡4-6小时。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述胶槽预热温度为50℃-70℃，拉挤成型模具温度为150℃-220℃，高温固化处理温度为150℃190℃。
本发明提供的优选的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所述增强纤维类型为纤维丝束或者纤维经纬布。
增强纤维除采用高强度玻璃纤维、玄武岩纤维，也可以采用与高强度玻璃纤维、玄武岩纤维有相同作用的其他无机高强纤维；牵引装置为牵引机，也可以采用与牵引机有同等作用的其他设备；高温固化处理装置采用管式炉；憎水改性：将氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅在盐酸、硫酸或硝酸中浸泡4-6小时，所用盐酸、硫酸或硝酸，也可以采用与盐酸、硫酸或硝酸有相同作用的其他无机酸。
采用本发明提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，所制备出的复合材料横担具有高疏水性，即水珠无法在材料表面自由铺展，两者之间的润湿角度不低于100°；另外还具有良好的耐电痕等级，耐电痕化等级达到TMA4.5级，垂直燃烧等级为FV-0级。
与现有技术相比，本发明提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺具有以下优点：
1、制备工艺具有操作简单、快速等特点；
2、耐电痕化指标达到TMA4.5级，垂直燃烧等级为FV-0级；
3、具有高疏水性；
4、所制备出的绝缘横担除具有优异的耐电痕能力外、可连续稳定生产且物理化学稳定；
5、还具有良好的疏水性、机械性能，耐化学腐蚀，抗疲劳和防污闪能力等；
6、从而进一步拓宽了复合材料在绝缘领域的应用范围。
[具体实施方式]
以下通过具体实施例对提供的一种高抗电痕腐蚀的复合材料绝缘横担及其制备工艺进行更进一步详细的说明。
[实施例1]
本实施例提供的耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，耐电痕复合材料横担芯棒增强材料采用12K高强E玻璃纤维，树脂采用高强环氧树脂，树脂、固化剂、脱模剂比例为1∶1.3∶0.05。
首先将称量好的树脂原材料依次添加到混料罐中，在真空度为50Pa时高速搅拌60分钟，搅拌均匀后取出加入到胶槽，胶槽预热温度为50℃，经过300℃高温处理的玻璃纤维以60mm/min的速度通过胶槽获得预浸料，预浸料经过四氟乙烯导向板汇聚进入成型模具，拉挤成型模具温度200℃，高温固化处理温度为190℃。
增爬伞群基体树脂材料采用按质量百分比计的下列组分：脂环族环氧树脂20％，甲基六氢酸酐50％，柔性有机硅树脂20％，憎水改性氧化锆10％。
增爬伞群采用真空浇铸法，于10Pa，成型温度为60℃下，先保温1小时，然后在130℃保温1小时，冷却脱模。
本实施例制备的高抗电痕腐蚀的复合材料绝缘横担可连续稳定生产且物理化学性能稳定。
[实施例2]
本实施例提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，耐电痕复合材料横担芯棒增强材料采用24K高强E玻璃纤维，树脂采用高强环氧树脂，树脂、固化剂、脱模剂比例为1∶1.6∶0.05。
首先将称量好的树脂原材料依次添加到混料罐中，在真空度为50Pa时先中速搅拌30分钟，再高速搅拌30分钟，搅拌均匀后取出后加入到胶槽，胶槽预热温度为70℃，经过500℃高温处理的玻璃纤维以30mm/min的速度通过胶槽获得预浸料，预浸料经过四氟乙烯导向板汇聚进入成型模具，拉挤成型模具温度150℃，后续材料热处理温度取150℃。
增爬伞群基体树脂材料采用按质量百分比计的下列组分：脂环族环氧树脂60％；甲基六氢酸酐19％；柔性有机硅树脂20％；憎水改性氢氧化铝和憎水改性玻璃粉1％；浇铸工艺为成型温度制度为90℃先保温1.5小时，然后在160℃保温6小时，冷却脱模。
本实施例制备的高抗电痕腐蚀的复合材料绝缘横担可连续稳定生产且物理化学性能稳定。
[实施例3]
本实施例提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，耐电痕复合材料横担芯棒增强材料采用24K高强耐电蚀(ECR)玻璃纤维，树脂采用高强环氧树脂，树脂、固化剂、脱模剂比例为1∶1.7∶0.1。
首先将称量好的树脂原材料依次添加到混料罐中，在真空度为50Pa时先中速搅拌30分钟，再高速搅拌30分钟，搅拌均匀后取出后加入到胶槽，胶槽预热温度为60℃，经过400℃高温处理的玻璃纤维以50mm/min的速度通过胶槽获得预浸料，预浸料经过四氟乙烯导向板汇聚进入成型模具，拉挤成型模具温度180℃，后续材料热处理温度取170℃。
增爬伞群基体树脂材料采用按质量百分比计的下列组分：脂环族环氧树脂20％，甲基六氢酸酐20％，柔性有机硅树脂30％，憎水改性二氧化硅30％，真空浇铸工艺为成型温度制度为80℃先保温3小时，然后在140℃保温2小时，冷却脱模。
本实施例制备的高抗电痕腐蚀的复合材料绝缘横担可连续稳定生产且物理化学性能稳定。
[实施例4]
本实施例提供的一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，耐电痕复合材料横担芯棒增强材料采用24K高强耐电蚀(ECR)玻璃纤维，树脂采用高强环氧树脂，树脂、固化剂、脱模剂比例为1∶1.5∶0.1。
首先将称量好的树脂原材料依次添加到混料罐中，在真空度为50Pa时先中速搅拌30分钟，再高速搅拌30分钟，搅拌均匀后取出后加入到胶槽，胶槽预热温度为60℃，经过400℃高温处理的玻璃纤维以50mm/min的速度通过胶槽获得预浸料，预浸料经过四氟乙烯导向板汇聚进入成型模具，拉挤成型模具温度180℃，后续材料热处理温度取170℃。
增爬伞群基体树脂材料采用按质量百分比计的下列组分：脂环族环氧树脂30％，甲基六氢酸酐19％，柔性有机硅树脂50％，憎水改性二氧化硅1％，真空浇铸工艺为成型温度制度为80℃先保温3小时，然后在140℃保温2小时，冷却脱模。
本实施例制备的高抗电痕腐蚀的复合材料绝缘横担可连续稳定生产且物理化学性能稳定。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种耐电痕腐蚀、高疏水型输电复合材料横担的制备工艺，包括芯棒的制备和增爬伞群的制备，其特征在于所述芯棒为环氧树脂复合材料芯棒；所述增爬伞群为芯棒端头部位的耐电痕脂肪族环氧树脂增爬伞群；
所述增爬伞群树脂基体采用高抗电痕树脂，高抗电痕腐蚀树脂包括按质量百分比计的下列组分：20-60％脂环族环氧树脂；19-50％甲基六氢酸酐固化剂；20-50％柔性有机硅树脂；1-30％经憎水改性的氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅复合体系填料；
所述环氧树脂复合材料芯棒采用拉挤工艺或缠绕工艺制备；所述芯棒端头部位的耐电痕脂肪族环氧树脂增爬伞群采用真空浇铸法制备；
所述拉挤工艺包括以下步骤：
a、将树脂混合搅拌均匀后，加入到经预热后的胶槽；
b、采用温度为300℃～500℃高温热处理或浓度分别为10％～30％硝酸、硫酸或盐酸对增强纤维表面进行活化处理；
c、将步骤b得到的处理后的增强纤维，在牵引装置的拉力作用下，通过导向装置使其进入浸渍胶槽，形成充分润湿的预浸料；
d、将步骤c得到的预浸料通过前段固化模具，预浸料在模具内快速吸热升温后，固化成型，在内脱模剂的作用下，由牵引装置拉出模具，形成预成型模，以排出多余的树脂和气泡；
e、将步骤d得到的预成型模，进行高温固化处理，进一步提高材料的机械性能。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述真空浇铸法包括以下步骤：
将根据权利要求1制备得到的芯棒固定在浇铸模具中，模具内真空度为10Pa-50Pa，在成型温度为60℃-90℃时先保温1-3小时，然后在130℃-160℃保温1-6小时，冷却后脱模成型。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述增强纤维采用高强度玻璃纤维、玄武岩纤维；所述牵引装置采用牵引机。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述憎水改性为将氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅经过高速球磨或将氢氧化铝、氧化锆、玻璃粉和二氧化硅在盐酸、硫酸或硝酸中浸泡46小时。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述胶槽预热温度为50℃-70℃，拉挤成型模具温度为150℃-220℃，高温固化处理温度为150℃-190℃。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述拉挤速度和成型温度相匹配，即提 高拉挤速度的同时提高成型温度和固化温度，并延长固化时间。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于所述增强纤维类型为纤维丝束或者纤维经纬布。
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