CN106158170A

CN106158170A - 绝缘子芯棒的制备方法

Info

Publication number: CN106158170A
Application number: CN201610443452.6A
Authority: CN
Inventors: 张雄军; 陈铃飞; 胡平; 潘宝鹏; 赵卫生; 南无疆; 李安睿; 郝春功
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: Beibao Power Composite Co., Ltd.
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2036-06-20
Also published as: CN106158170B

Abstract

本发明公开了一种绝缘子芯棒的制备方法，包括如下步骤：1)表面处理步骤、2)卷绕步骤、3)真空注射成型步骤和4)固化步骤。本发明将单向玻璃纤维布的玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角控制在0～10°，保证单向玻璃纤维布的幅宽与实心芯棒的长度接近，并且单向玻璃纤维布的卷绕角基本上为零，这样可以获得强度相对比较高的绝缘子芯棒。此外，本发明的方法可以快速生产大直径的绝缘子芯棒。本发明的方法工序合理，并能够避免材料浪费现象，从而能够降低生产成本。

Description

绝缘子芯棒的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电力行业输变电用的绝缘子芯棒，尤其涉及一种大直径绝缘子实心芯棒的制备方法。

背景技术

现有输变电用的支柱绝缘子主要有瓷类支柱绝缘子和复合支柱绝缘子。与瓷质支柱绝缘子相比，复合支柱绝缘子具有质量轻、强度高、耐污闪等特点，其在高压输变电中的应用越来越广泛。随着我国输电技术向高电压、远距离、高容量的方向不断发展，对复合支柱绝缘子的需求越来越多，性能要求也越来越高。随着电压等级的不断提高，这就要求复合支柱绝缘子的强度和刚度要足够高，进而要求复合支柱绝缘子芯棒的直径要足够大。

现有的复合绝缘子用实心芯棒一般有拉挤成型工艺和缠绕成型工艺。目前，采用拉挤成型工艺能实现快速生产的芯棒的最大直径只能达到130mm，但是该直径芯棒的强度和刚度不能满足高压领域用的支柱绝缘子的使用要求。采用玻璃纤维缠绕成型工艺可以提高芯棒直径，但是需要经过多次缠绕、多次固化及多次加工。这就造成了生产效率低、材料浪费大和成本高的问题。例如，CN1731539A公开了一种玻璃纤维浸渍树脂基缠绕式复合绝缘子芯棒的制备方法：将玻璃纤维通过熔化后树脂基溶液中，在转速150转/分搅拌均匀；玻璃纤维和环氧树脂基溶液在高温下连续缠绕后固化成型。上述方法需要多次缠绕，生产效率低、材料浪费大。

又如，CN101740185A公开了大直径复合绝缘子实心芯棒的制备方法：选取实心拉挤绝缘芯棒直径≤130mm；芯棒外表面加工粗糙，外表面用丙酮擦洗干净，放入烘箱中恒温；棒外表面再涂覆2％的无水酒精溶液，再放入烘箱中恒温1小时；树脂胶的配置按比例称重并倒入真空搅拌器内真空搅拌20分钟，静置50分钟；将处理的实心芯棒安装到数控缠绕机上开始缠绕，待缠绕机缠绕到设计尺寸；然后抽真空注入树脂胶；注胶完毕关闭两端阀门放入固化炉中加温阶梯固化。上述方法仍然采用缠绕方式进行制备芯棒，使得玻璃纤维与实心芯棒轴向存在较大夹角，最终产品的强度和刚度不高。此外，上述方法的表面处理工序冗长、固化工序不合理，仍然有进一步改进的空间。

因此，迫切需要一种绝缘子芯棒的制备方法，其可以快速生产大直径的绝缘子芯棒，并工序合理，获得的绝缘子芯棒的强度相对比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘子芯棒的制备方法，其可以快速生产大直径的绝缘子芯棒。本发明进一步的目的在于提供一种绝缘子芯棒的制备方法，其工序合理，并能够避免材料浪费现象，从而能够降低生产成本。本发明更进一步的目的在于提供一种绝缘子芯棒的制备方法，其获得的绝缘子芯棒的强度相对比较高。本申请采用如下技术方案实现了上述目的.

本发明提供一种绝缘子芯棒的制备方法，包括如下步骤：

1)表面处理步骤：将实心芯棒的外表面进行喷砂处理，然后采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，从而形成表面处理后的实心芯棒；其中，所述实心芯棒为实心拉挤绝缘芯棒，所述实心芯棒的直径为80～130mm；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.4～1MPa，所述喷砂处理的时间为20～60min；

2)卷绕步骤：将单向玻璃纤维布直接卷绕在表面处理后的实心芯棒上，得到芯棒预制体，所述芯棒预制体上形成由单向玻璃纤维布卷绕而成的布层，所述芯棒预制体的直径为250～380mm；其中，所述的单向玻璃纤维布包括经纱和纬纱，纬纱为纺织纤维材料，经纱为玻璃纤维，玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角为0～10°；所述单向玻璃纤维布的幅宽与所述表面处理后的实心芯棒的长度接近，所述单向玻璃纤维布的卷绕角基本上为零，所述的卷绕角是指单向玻璃纤维布的纬纱的螺旋角；

3)真空注射成型步骤：将所述芯棒预制体置于成型模具中，利用真空注射成型工艺将环氧树脂注入所述的成型模具中以逐渐浸渍所述芯棒预制体，从而得到浸渍体；所述成型模具的相对真空度保持在-0.08～-0.1MPa，环氧树脂的注入速度为250～650g/min，环氧树脂的注入与回流时间为1.5～8h；

4)固化步骤：将含所述浸渍体的成型模具封闭，并置于固化装置进行固化过程。

在本发明的表面处理步骤1)中，将实心芯棒的外表面进行喷砂处理。所谓的喷砂处理就是采用压缩空气将砂子喷在实心芯棒的外表面，可以使该外表面粗糙化，并可以除去外表面的富树脂层。然后，采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，可以除去外表面的杂质。根据本发明的一个具体实施方式，将实心芯棒的外表面进行喷砂处理，去除表面的富树脂层并使实心芯棒的外表面粗糙化，然后用酒精将实心芯棒的外表面擦洗干净并晾干。这样有利于实心芯棒与后期成型的材料粘接牢固。

在本发明中，所述实心芯棒的直径为80～130mm，优选为100～120mm；所述易挥发的有机溶剂选自丙酮、酒精、甲醇、乙醚、氯仿的一种或多种；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.4～1MPa，优选为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为20～60min，优选为20～40min。根据本发明的一个优选实施方式，在表面处理步骤1)中，所述实心芯棒的直径为110～115mm；所述易挥发的有机溶剂选自丙酮或酒精；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为25～35min。

在本发明的卷绕步骤2)中，将单向玻璃纤维布直接卷绕在表面处理后的实心芯棒上，得到芯棒预制体。作为优选，所述芯棒预制体的直径为280～300mm。本发明的单向玻璃纤维布包括经纱和纬纱。根据本发明的一个具体实施方式，在卷绕步骤2)中，本发明的纬纱为纺织纤维材料，其可以选自棉纤维、涤纶纤维、尼龙纤维的一种或多种，优选为棉纤维。本发明的经纱为玻璃纤维，玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角为0～10°。根据本发明的一个具体实施方式，在卷绕步骤2)中，玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角为0～5°，优选为0～3°。

在本发明的卷绕步骤2)中，所述单向玻璃纤维布的幅宽与所述表面处理后的实心芯棒的长度接近。作为优选，所述单向玻璃纤维布的幅宽与所述表面处理后的实心芯棒的长度相同。这样可以保证单向玻璃纤维布裹在实心芯棒上。本发明的单向玻璃纤维布的卷绕角基本上为零。所谓“基本上为零”表示各层单向玻璃纤维布重叠排列，以保证单向玻璃纤维布中的玻璃纤维能够基本上均平行于实心芯棒的中心轴。本发明的卷绕角是指单向玻璃纤维布的纬纱的螺旋角。

在本发明的真空注射成型步骤3)中，将所述芯棒预制体置于成型模具中，然后将成型模具合模。随后利用真空注射成型工艺将环氧树脂注入所述的成型模具中。环氧树脂从成型模具的进胶口注入，逐渐浸渍所述芯棒预制体，从而得到浸渍体；多余的环氧树脂则从成型模具的出胶口流出。根据本发明的一个具体实施方式，所述成型模具的相对真空度保持在-0.08～-0.1MPa，环氧树脂的注入速度为250～650g/min，环氧树脂的注入与回流时间为1.5～8h；作为优选，所述成型模具的相对真空度保持在-0.085～-0.095MPa，环氧树脂的注入速度为350～450g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h。

在本发明的真空注射成型步骤3)中，优选地，所述的环氧树脂在25℃的粘度小于700厘泊，优选为小于500厘泊；并且所述的环氧树脂选自以下树脂中的一种或多种：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂。本发明的双酚A型环氧树脂就是二酚基丙烷缩水甘油醚。本发明的双酚F型环氧树脂通常为双酚F与环氧氯丙烷在NaOH作用下反应而得的液态双酚F型环氧树脂。多酚型缩水甘油醚环氧树脂是一类多官能团环氧树脂，在其分子中有两个以上的环氧基。脂肪族缩水甘油醚环氧树脂是是由二个或二个以上环氧基与脂肪链直接相连而成的缩水甘油醚。本发明的环氧树脂优选为双酚A型环氧树脂，例如CYD-128环氧树脂(湖南省岳阳巴陵石化化工公司)。

在本发明的真空注射成型步骤3)中，所述的环氧树脂可以包括100重量份的双酚A型环氧树脂、60～100重量份的固化剂、0.5～2.5重量份的有机胺促进剂、0.1～0.5重量份的有机硅消泡剂。优选地，所述的环氧树脂可以包括100重量份的双酚A型环氧树脂、70～80重量份的固化剂、0.8～1.0重量份的有机胺促进剂、0.2～0.3重量份的有机硅消泡剂。本发明的固化剂、促进剂、消泡剂可以采用本领域已知的那些。作为优选，固化剂选自酸酐固化剂，促进剂可以选自胺基苯酚类促进剂、消泡剂选自有机硅聚合物消泡剂。本发明的一个具体实施方案，所述的环氧树脂包括100重量份的湖南省岳阳巴陵石化化工公司生产的CYD-128环氧树脂、60～100重量份的甲基四氢苯酐固化剂、0.5～2.5重量份的嘉兴联兴化工新材料有限公司生产的DMP-30促进剂、0.1～0.5重量份的BYK-A530消泡剂。根据本发明的一个优选实施方案，所述的环氧树脂包括100重量份的湖南省岳阳巴陵石化化工公司生产的CYD-128环氧树脂、70～80重量份的甲基四氢苯酐固化剂、0.8～1.0重量份的嘉兴联兴化工新材料有限公司生产的DMP-30促进剂、0.2～0.3重量份的BYK-A530消泡剂(德国毕克化学公司生产)。

注胶完毕后，封闭成型模具的出胶口与入胶口，然后放入固化炉中进行固化。为了防止树脂在固化时放出大量的热而造成产品开裂，固化方式采用低温长时固化。在本发明的固化步骤4)中，所述的固化过程可以分为三个阶段，第一阶段为在50～63℃下固化4～6h，第二阶段为在65～73℃下固化4～6h，第三阶段为在75～85℃下固化3～6h。作为优选，第一阶段为在57～60℃下固化4～5h，第二阶段为在67～70℃下固化5～6h，第三阶段为在77～80℃下固化5～6h。根据本发明的一个具体实施方式，第一阶段为在60℃下固化4～4.5h，第二阶段为在70℃下固化5～5.5h，第三阶段为在80℃下固化5～5.5h。

在上述固化步骤完毕后，可以对固化后的实心芯棒进行脱模、表面加工等后处理，从而形成复合支柱绝缘子实心芯棒产品。

本发明将单向玻璃纤维布的玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角控制在合适范围，保证单向玻璃纤维布的幅宽与实心芯棒的长度接近，并且单向玻璃纤维布的卷绕角基本上为零，这样可以获得强度相对比较高的绝缘子芯棒。此外，本发明的方法可以快速生产大直径的绝缘子芯棒。本发明的方法工序合理，并能够避免材料浪费现象和降低生产成本。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面对以下实施例和对比例中使用的原料进行详细说明：

拉挤芯棒：西安高强绝缘电气有限责任公司生产，直径为110mm，耐酸耐高温拉挤棒。

单向玻璃纤维布：泰山玻璃纤维有限公司。

环氧树脂配方：

CYD-128环氧树脂	甲基四氢苯酐	DMP-30促进剂	BYK-A530消泡剂
				100重量份	80重量份	1.0重量份	0.2重量份

环氧树脂的性能：在25℃的粘度小于500厘泊。

环氧树脂原料说明如下：

编号	名称	生产厂家
			1	CYD-128环氧树脂	湖南省岳阳巴陵石化化工公司
2	甲基四氢苯酐	北京前门化工原料有限公司
			3	DMP-30促进剂	嘉兴联兴化工新材料有限公司
4	BYK-A530消泡剂	德国毕克化学公司

实施例1

1)选取直径为110mm、长2.5m实心拉挤绝缘芯棒；将其外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层；并用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质。

2)选取幅宽为2.5m的玻璃纤维单向布，将其卷绕至步骤1)处理后的实心芯棒上，卷绕角度为0，卷绕直径至280mm，形成芯棒预制体，其中，玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角约为0±3°。

3)将步骤2)得到芯棒预制体置于真空注射成型模具中，合模后采用真空注射工艺进行注胶成型，真空注射成型模具的相对真空度保持在-0.085MPa，环氧树脂的注入速度为400g/min，环氧树脂的注入与回流时间为5h。

4)注胶完毕后，将真空注射成型模具的出胶口与入胶口封闭，放入固化炉中进行固化；固化制度为60℃固化4h，70℃固化5h，然后80℃固化5h。

5)固化完毕后，进行脱模、表面加工形成绝缘子实心芯棒产品。

将所得产品中取出五个试件，分别进行性能测试，结果参见表1。

比较例1

2)第一次缠绕：缠绕前，用毛滚蘸缠绕用环氧树脂在实心拉挤绝缘芯棒表面涂刷环氧树脂。开始缠绕玻璃纤维，缠绕角度分为两种：5°、85°，两种角度的缠绕厚度占比为7:1。第一次缠绕至芯棒直径为200mm，停止缠绕。

3)第一次固化处理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。

4)第二次缠绕：将第一次固化处理后的芯棒外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层；并用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质。开始第二次缠绕，缠绕角度分为两种：5°、85°，两种角度的缠绕厚度占比为7:1。第二次缠绕至芯棒直径为285mm，停止缠绕。

5)第二次固化处理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。

6)将第二次固化处理后的芯棒进行车加工，将芯棒直径车加工为280mm。

表1

由表1可知，采用本发明的方法比对比例1的强度高出35％以上。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种绝缘子芯棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)表面处理步骤：将实心芯棒的外表面进行喷砂处理，然后采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，从而形成表面处理后的实心芯棒；其中，所述实心芯棒为实心拉挤绝缘芯棒，所述实心芯棒的直径为80～130mm；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.4～1.0MPa，所述喷砂处理的时间为20～60min；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在卷绕步骤2)中，玻璃纤维与实心芯棒的中心轴之间的夹角为0～5°。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在卷绕步骤2)中，所述纺织纤维材料选自棉纤维、涤纶纤维、尼龙纤维的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在固化步骤4)中，所述的固化过程分为三个阶段，第一阶段为在50～63℃下固化4～6h，第二阶段为在65～73℃下固化4～6h，第三阶段为在75～85℃下固化3～6h。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：第一阶段为在57～60℃下固化4～5h，第二阶段为在67～70℃下固化5～6h，第三阶段为在77～80℃下固化5～6h。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在表面处理步骤1)中，所述实心芯棒的直径为100～120mm；所述易挥发的有机溶剂选自丙酮、酒精、甲醇、乙醚、氯仿的一种或多种；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为25～35min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在真空注射成型步骤3)中，所述成型模具的相对真空度保持在-0.085～-0.095MPa，环氧树脂的注入速度为350～450g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在真空注射成型步骤3)中，所述的环氧树脂在25℃的粘度小于700厘泊；并且所述的环氧树脂选自以下树脂中的一种或多种：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在真空注射成型步骤3)中，所述的环氧树脂包括100重量份的双酚A型环氧树脂、60～100重量份的固化剂、0.5～2.5重量份的有机胺促进剂、0.1～0.5重量份的有机硅消泡剂。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在真空注射成型步骤3)中，所述的环氧树脂包括100重量份的湖南省岳阳巴陵石化化工公司生产的CYD-128环氧树脂、60～100重量份的甲基四氢苯酐固化剂、0.5～2.5重量份的嘉兴联兴化工新材料有限公司生产的DMP-30促进剂、0.1～0.5重量份的BYK-A530消泡剂。