CN106251996B - 复合绝缘子芯及其制备方法及复合绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合绝缘子芯的制备方法,其包括如下步骤:配制环氧树脂胶液;将环氧树脂胶液与纤维成型,形成胚体;以及将胚体固化;其中,控制RH≤75%;当RH>45%时,t的数值满足t≤‑28RH+24.8;RH指在环氧树脂胶液配制完成之后到胚体固化之前的环境湿度;t指从环氧树脂胶液配制完成之后到胚体固化之前时间的小时数。上述复合绝缘子芯的制备方法,通过控制RH以及t,使得到的复合绝缘子芯,其弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)维持在较高的水平,使工艺更加稳定。重要的是,经过下步注射工序加热、加压后不会缩短,提高复合绝缘子的良品率。本发明还提供了一种上述复合绝缘子芯以及复合绝缘子。
Description
技术领域
本发明涉及复合绝缘子技术领域,特别是涉及一种复合绝缘子芯及其制备方法及复合绝缘子。
背景技术
高压或超高压电力输送线路上使用的绝缘子最早为瓷绝缘子。随着复合绝缘子在上个世纪的问世,相比瓷绝缘子,复合绝缘子具有以下优点:重量轻(比同电压等级瓷质的轻1/3~4/5)、防爆性能好以及优良的电气性能,特别是可达到很高的污秽等级。复合绝缘子的内部支撑构件——复合绝缘子芯也越来越受到行业内的重视。复合绝缘子芯分为实心和空心两种,实心主要用于高压架空线路中,成为线路用复合绝缘子。空心主要用于站内绝缘子,如互感器、高压开关及断路器等。
复合绝缘子芯一般由环氧树脂和纤维构成,环氧树脂的固化体系可分为酸性固化体系(以酸酐类为主)和碱性固化体系(以胺类为主),酸酐体系固化剂的特点是对皮肤刺激性小,使用期长,其环氧树脂固化物性能优良,特别是介电性能比胺类固化物优异。因此,酸酐类固化剂主要应用于电气绝缘领域,特别是复合绝缘子芯的制备。
在实际生产过程中,酸酐固化的复合绝缘子芯会出现弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)的波动,且经过后续二次加热、加压(如注射工艺)时后会缩短。
发明内容
基于此,有必要针对酸酐固化的复合绝缘子芯后续二次加热、加压时会缩短的问题,提供一种不会的复合绝缘子芯棒。
一种复合绝缘子芯的制备方法,其包括如下步骤:
配制环氧树脂胶液;所述环氧树脂胶液包括环氧树脂以及酸酐固化剂;
将所述环氧树脂胶液与纤维成型,形成胚体;
以及将所述胚体固化;
其中,
控制RH≤75%;
当RH>45%时,t的数值满足t≤-28RH+24.8;RH指在环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前的环境湿度;t指从环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前时间的小时数。
上述复合绝缘子芯的制备方法,通过控制RH以及t,从而有效抑制水对环氧树脂固化的影响,进而使得到的复合绝缘子芯,其弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)维持在较高的水平,使工艺更加稳定。重要的是,经过下步注射工序加热、加压后不会缩短,提高复合绝缘子的良品率。
在其中一个实施例中,所述胚体为空心管。
在其中一个实施例中,所述胚体采用湿法缠绕成型。
在其中一个实施例中,70%<RH≤75%,t≤3。
在其中一个实施例中,60%<RH≤70%,4≤t≤6。
在其中一个实施例中,45%<RH≤60%,6<t≤9。
在其中一个实施例中,RH≤45%。
在其中一个实施例中,所述环氧树脂胶液还包括增韧剂、以及偶联剂。
本发明还提供了一种复合绝缘子芯。
一种复合绝缘子芯,所述复合绝缘子芯通过本发明所提供的制备方法得到。
上述复合绝缘子芯,由于采用本发明所提供的制备方法得到,故弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)高,且经过在后续注射工序中不会缩短。
本发明还提供了一种复合绝缘子。
一种复合绝缘子,该复合绝缘子包括本发明所提供的复合绝缘子芯。
上述复合绝缘子,由于包含本发明所提供的复合绝缘子芯,性能稳定。
附图说明
图1为实施例1的固化温度-时间图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种复合绝缘子芯的制备方法,其包括如下步骤:
S1、配制环氧树脂胶液。
本发明的环氧树脂胶液包括环氧树脂以及酸酐固化剂。
其中,环氧树脂优选选自脂环族环氧树脂、酚醛环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、或多官能团缩水甘油醚环氧树脂中的一种或几种。
其中,固化剂选自酸酐系固化剂,具体选自甲基四氢苯酐、苯酐、四氢苯酐、六氢苯酐、甲基六氢苯酐、或甲基纳狄克酸酐中的一种或几种。
为了提高固化效果,环氧树脂胶液中还包括固化促进剂。
其中,固化促进剂优选选自苄基二甲胺、三-(二甲氨基甲基)苯酚、液体咪唑化合物中的一种或几种。
优选地,在环氧树脂胶液中,环氧树脂、固化剂以及固化促进剂的质量比为100:50~120:0.1~5。
为了进一步增强复合绝缘子芯的性能,环氧树脂胶液还包括增韧剂、以及偶联剂。
其中,增韧剂优选选自液体橡胶、热塑性聚合物、柔性聚合物、端羟基聚酯二醇等。
其中,偶联剂优选选自有机硅烷偶联剂。更优选地,偶联剂选自γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和/或γ-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷。当然偶联剂还可以是其它的有机硅烷偶联剂。
S2、将环氧树脂胶液与纤维成型,形成胚体。
其中,纤维在复合绝缘子芯中起骨架作用,主要起承力作用。纤维为本领域技术人员所公知的。例如玻璃纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维等。本发明优选玻璃纤维。
本发明纤维中的纤维直径优选为3~30μm。
其中,成型优选湿法缠绕成型。湿法缠绕成型为本领域技术人员所公知的工艺,在此不再赘述!
湿法缠绕成型一般适于制造空心的复合绝缘子芯,即复合绝缘管。也就是说,湿法缠绕成型之后得到的胚体呈空心管状。
当然,可以理解的是,本发明还可以适用于拉挤成型。一般地,拉挤成型适用于实心的复合绝缘子芯,即复合绝缘子芯棒。
S3、将胚体固化。
具体地,将胚体送入固化炉中,在一定温度下,使环氧树脂胶液固化。
为了更好固化,优选采用分段温度处理的方式固化。例如在第一温度下固化第一时间,然后升温,在第二温度下固化第二时间,然后升温,在第三温度下固化第三时间。
在复合绝缘子芯的制备过程中,
控制RH≤75%;
且当RH>45%时,t的数值满足t≤-28RH+24.8;也就是说,45%<RH≤75%时,t≤-28RH+24.8。
RH指在环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前的环境湿度;t指从环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前时间的小时数。例如,t=3,即指从环氧树脂胶液配制完成之后到胚体固化之前时间为3h。
在一种情况下,70%<RH≤75%,t≤3。这样比较适于制作小尺寸的复合绝缘子,并且可以有效保证复合绝缘子芯的性能,同时可以有效降低制作成本。
在另一种情况下,60%<RH≤70%,4≤t≤6。这样可以制作中等大小尺寸的复合绝缘子,并且可以有效保证复合绝缘子芯的性能。并且不至于使制作成本过高。
在再一种情况下,45%<RH≤60%,6<t≤9。这样适于制作较大尺寸的复合绝缘子芯。
在又一种情况下,RH≤45%。这样可以进一步提高复合绝缘子芯的性能,同时可适用于大尺寸的复合绝缘子芯的制作。
当然,可以理解的是,本领域技术人员可以根据实际情况(例如复合绝缘子芯的尺寸、控制环境湿度的成本投入等因素)选择满足上述关系的RH与t的取值。
本发明的发明人发现,现有技术中复合绝缘子芯在下步注射工序后缩短的主要原因是:理论上讲环氧树脂与酸酐固化剂反应机理是环氧树脂中的羟基使酸酐开环形成单酯,同时还生产一个羧基,羧基与环氧基进行加成反应,此加成酯化反应是酸酐固化环氧树脂的主反应,同时生成一个羟基,进一步使酸酐开环。而当环氧树脂与酸酐类固化剂放在环境湿度较大的环境下,环氧树脂与固化剂中的含水量会增加。水的羟基活性较环氧树脂的羟基高,并且酸酐基团会与水发生水解反应,生成一定的游离酸(该游离酸能够催化环氧树脂固化反应),降低固化反应活化能,固化反应速度加快,使部分未反应的基团被冻结;另外,水的含量升高会大幅度的消耗酸酐,有部分环氧基团未参加固化反应;从而导致固化不完全,固化物交联密度下降,力学性能下降,分子链段变短,玻璃化转变温度降低。同时,由于固化不完全,内部的应力没有完全释放出来,复合绝缘子芯内部的残留应力较大。当在后续注射工艺时,由于高温使那些未固化的基团继续固化,进而造成复合绝缘子芯缩短。
本发明通过控制RH以及t,从而有效抑制水对环氧树脂固化的影响,进而使得到的复合绝缘子芯,其弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)维持在较高的水平,使工艺更加稳定。重要的是,经过下步注射工序后不会缩短,提高复合绝缘子的良品率。
本发明还提供了一种复合绝缘子芯。
一种复合绝缘子芯,该复合绝缘子芯通过本发明所提供的制备方法得到。
上述复合绝缘子芯,由于采用本发明所提供的制备方法得到,故弯曲强度、冲击强度和热变形温度(Tg)高,且经过在后续注射工序中不会缩短。
本发明还提供了一种复合绝缘子。
一种复合绝缘子,该复合绝缘子包括本发明所提供的复合绝缘子芯。
上述复合绝缘子,由于包含本发明所提供的复合绝缘子芯,性能稳定。
以下结合具体的实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
配制环氧树脂胶液:将100重量份环氧树脂(E-51)、85重量份固化剂甲基四氢苯酐、0.3重量份固化促进剂苄基二甲胺、5重量份增韧剂液体橡胶、1.5重量份偶联剂(KH-560)均匀混合,形成环氧树脂胶液。
将环氧树脂胶液倒入湿式纤维缠绕机的浸胶槽中,采用湿法缠绕工艺将环氧树脂和玻璃纤维成型,成型完毕后得到胚体。
将胚体送入固化炉中,按照图1的温度-时间图固化,然后自然冷却至室温。
控制RH=75%,t=3(即时间为3h)。其中,RH为在环氧树脂胶液配制完成之后到胚体固化之前的环境湿度;t为从环氧树脂胶液配制完成之后到胚体固化之前的时间。
得到的复合绝缘子芯,记作A1。
实施例2
与实施例1唯一不同的是,RH=70%,t=3。得到的复合绝缘子芯,记作A2。
实施例3
与实施例1唯一不同的是,RH=65%,t=6;得到的复合绝缘子芯,记作A3。
实施例4
与实施例1唯一不同的是,RH=60%,t=7;得到的复合绝缘子芯,记作A4。
实施例5
与实施例1唯一不同的是,RH=55%,t=9;得到的复合绝缘子芯,记作A4。
实施例6
与实施例1唯一不同的是,RH=45%,t=10;得到的复合绝缘子芯,记作A6。
对比例1
与实施例1唯一不同的是,RH=75%,t=4;得到的复合绝缘子芯,记作D1。
对比例2
与实施例1唯一不同的是,RH=65%,t=8;得到的复合绝缘子芯,记作D2。
对比例3
与实施例1唯一不同的是,RH=55%,t=10;得到的复合绝缘子芯,记作D3。
性能测试:
弯曲强度测试:按照GBT 1449-2005进行测试。
冲击强度测试:按照GBT 22567-2008进行测试。
Tg测试:按照GBT 1451-2005进行测试。
注射工艺后的缩短率测试:
测量注射前的复合绝缘子芯的长度L注射前,测量注射后的复合绝缘子芯的长度L注射前,通过如下公式计算得到缩短率。
缩短率=(L注射前-L注射后)/L注射前。
注射工艺为:在注射设备上装有模具,后将复合绝缘子芯提前放置于模具内定位,将硅橡胶储料至注射筒内,通过注射机器的压力,注入模具内,在150℃温度、120Mpa压力的状态下,使硅橡胶高温硫化成型。
表1
从表1可以看出:实施例1-6的复合绝缘子芯与对比例1-3的复合绝缘子芯相比,其缩短率明显降低,这说明本发明的制备方法,可以有效防止复合绝缘子芯在后续的注射工艺中变短所导致的不良问题。另外,实施例1-6的复合绝缘子芯与对比例1-3的复合绝缘子芯相比,无论弯曲强度、冲击强度,还是Tg,都有了大幅的提高,这说明本发明的制备方法,可以有效提高复合绝缘子芯的性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种复合绝缘子芯的制备方法,其包括如下步骤:
配制环氧树脂胶液;所述环氧树脂胶液包括环氧树脂以及酸酐固化剂;
将所述环氧树脂胶液与纤维成型,形成胚体;
以及将所述胚体固化;
其中,控制RH≤75%;
当RH>45%时,t的数值满足t≤-28RH+24.8;RH指在环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前的环境湿度;t指从环氧树脂胶液配制完成之后到所述胚体固化之前时间的小时数。
2.根据权利要求1所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,所述胚体为空心管。
3.根据权利要求2所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,所述胚体采用湿法缠绕成型。
4.根据权利要求3所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,70%<RH≤75%,t≤3。
5.根据权利要求3所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,60%<RH≤70%,4≤t≤6。
6.根据权利要求3所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,45%<RH≤60%,6<t≤9。
7.根据权利要求3所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,RH≤45%。
8.根据权利要求1所述的复合绝缘子芯的制备方法,其特征在于,所述环氧树脂胶液还包括增韧剂、以及偶联剂。
9.一种复合绝缘子芯,其特征在于,所述复合绝缘子芯通过权利要求1-8任一项所述的制备方法得到。
10.一种复合绝缘子,其特征在于,所述复合绝缘子包括权利要求9所述的复合绝缘子芯。
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