CN106298111A - 绝缘子芯棒预制体、绝缘子芯棒及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子芯棒预制体、芯棒及制备方法。本发明的绝缘子芯棒预制体包括内芯棒和在该内芯棒外表面形成的三维编织层；所述三维编织层主要由玻璃纤维编织而成，表面编织角为1～90°，花节长度为0.1～50mm；所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex；所述的表面编织角是指玻璃纤维在三维编织层表面与三维编织层纵向之间的夹角，所述的花节长度是指一个编织循环所编织出的三维编织层的长度。本发明绝缘子芯棒预制体其可以用于生产出弯曲性能得到提高的复合支柱绝缘子。

Description

绝缘子芯棒预制体、绝缘子芯棒及制备方法

技术领域

本发明涉及一种电力行业输变电用预制体、芯棒及制备方法，尤其涉及一种大直径的绝缘子芯棒预制体、绝缘子芯棒及制备方法。

背景技术

随着特高压线路在我国逐年的增多，输变电用支柱绝缘子的用量也随之增加。现有输变电用的支柱绝缘子包括：全瓷型、瓷芯加硅橡胶伞裙型、复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型。全瓷支柱绝缘子存在重量重，容易出现断裂和脆断，电压等级提高后长度加大等缺陷。瓷芯加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子存在外伞裙硅橡胶材料与陶瓷芯粘接不牢，产生气泡的现象，影响产品的电气性能及寿命。随着输变电电压等级的提高，复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子的用量占比随之增大。

复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子的芯棒采用复合材料制成，由于直径较大，对于拉挤工艺很难一次拉挤成型。目前支柱绝缘子的芯棒采用的成型方式多为各种规格的小拉挤棒捆绑在一起进行整体灌注，但是此种工艺由于较细的多只内芯棒结构存在粘接层过多，在芯棒的横截面积中占据了较大的面积比例，固化过程中内部产生较大的内应力，应力不均导致内部产生裂纹等缺陷，在实际使用过程中很难达到理想使用效果。支柱绝缘子的芯棒还可以采用如下方式成型：内部为拉挤芯棒，外层分多次进行缠绕。这种成型方式虽然可以满足实际使用要求，但是生产效率较低，外层需进行多次缠绕即需多次固化，对于缠绕过程中的工序要求较多，且耗能较大，大大提高了产品的制造成本。此外，纤维在缠绕过程中有一定的磨损会大大降低芯棒的力学性能。

CN101740185A公开了大直径复合绝缘子内芯棒的制备方法：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；将处理的内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，使得玻璃纤维与内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。

此外，传统的复合支柱绝缘子芯棒通常包括多个纤维层，各个纤维层之间通过环氧树脂固化结合在一起，但是各个纤维层之间存在界面，导致各个纤维层之间容易发生滑移，从而影响绝缘子芯棒的弯曲性能。

因此，迫切需要一种预制体、绝缘子芯棒及制备方法，其可以用于生产出弯曲性能得到提高的复合支柱绝缘子。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种绝缘子芯棒预制体，其可以用于生产出弯曲性能高的复合支柱绝缘子。

本发明的另一个目的在于提供一种绝缘子芯棒预制体的制备方法，其工序合理，生产效率高。

本发明的再一个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绝缘子芯棒，能够避免材料浪费。

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预制体，所述的绝缘子芯棒预制体包括内芯棒和在该内芯棒外表面形成的三维编织层；所述三维编织层主要由玻璃纤维编织而成，表面编织角α为1～90°，花节长度h为0.1～50mm；所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex；所述的表面编织角α是指玻璃纤维在三维编织层表面与三维编织层纵向之间的夹角，所述的花节长度h是指一个编织循环所编织出的三维编织层的长度。

在本发明中，α为表面编织角，h为花节长度。表面编织角是指纱线(例如玻璃纤维)在编织物表面与编织物纵向或编织物的成型方向之间的夹角；花节长度是指一个编织循环所编织出的编织物的长度(参见图1和2)。表面编织角和花节长度是两个重要的参数，它们可以控制三维编织物的内部编织角，从而控制纱线的走向，控制编织物和复合材料的纤维体积含量和复合材料不同方向的性能。

在本发明中，表面编织角α为1～90°，花节长度α为0.1～50mm；优选地，所述的表面编织角α为15～60°，花节长度h为1～5mm；更优选地，所述的表面编织角α为20～45°，花节长度h为2～5mm。将表面编织角和花节长度限制在上述范围内，可以有效地提高绝缘子芯棒的弯曲性能。

本发明的三维编织层主要由玻璃纤维编织而成，还可以含有其他高强度纤维，例如芳纶纤维、碳纤维、超高强聚乙烯纤维、碳化硅纤维等。根据本发明的一个具体实施方式，所述三维编织层仅由玻璃纤维编织而成。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，所述的玻璃纤维的纤度可以为500～9600tex；优选地，所述的玻璃纤维的纤度为1000～2000tex；更优选地，所述的玻璃纤维的纤度为1100～1800tex。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，优选地，所述三维编织层包括玻璃纤维经纱，所述玻璃纤维经纱与所述内芯棒的中心轴之间的夹角为0～3°。本发明的经纱具有通常的含义，但不包括接结纱线或固接纱线。在本发明中，所述玻璃纤维经纱与所述内芯棒的中心轴之间的夹角优选为0～1°。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，优选地，以所述预制体的重量为基准，所述三维编织层占65wt％～80wt％，更优选为70wt％～75wt％。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，优选地，所述的内芯棒为拉挤内芯棒。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，优选地，所述的内芯棒的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.3mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为1mm～6mm。更优选地，所述螺纹的深度为0.35mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为3mm～6mm。根据本发明的一个实施方式，所述螺纹的深度为0.5mm～0.55mm，所述螺纹的螺距为3.5mm～5.5mm。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体，优选地，所述的内芯棒的直径为50～200mm，所述的三维编织层的厚度为80～120mm；更优选地，所述的内芯棒的直径为80～130mm，所述的三维编织层的厚度为85～110mm。根据本发明的一个实施方式，所述的内芯棒的直径为100～105mm，所述的三维编织层的厚度为90～100mm。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体的直径为270～350mm；优选为280～300mm。

本发明还提供上述绝缘子芯棒预制体的制备方法，包括如下步骤：

1)表面处理步骤：将内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内芯棒；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)三维编织步骤：采用三维编织法在表面处理后的内芯棒上形成三维编织层，从而得到预制体；其中，所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex。

根据本发明的绝缘子芯棒预制体的制备方法，优选地，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。

本发明也提供一种绝缘子芯棒的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用前述绝缘子芯棒预制体的制备方法获得绝缘子芯棒预制体；

(2)真空注射成型步骤：将所述绝缘子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绝缘子芯棒预制体，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；

(3)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，所述的固化过程可以分为三个阶段，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。

在本发明的绝缘子芯棒预制体、绝缘子芯棒的制备方法中，内芯棒、三维编织层的结构和参数如前所述(即与预制体产品描述的内容相同)，这里不再赘述。

在本发明的表面处理步骤中，将内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内芯棒的外表面，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，将内芯棒的外表面进行喷砂处理，去除表面的富树脂层并使内芯棒的外表面粗糙化，然后用酒精将内芯棒的外表面擦洗干净并晾干。这样有利于内芯棒与后期成型的材料粘接牢固。在本发明中，所述易挥发的有机溶剂可以选自丙酮、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，所述内芯棒的直径为100～105mm；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。

在本发明的三维编织步骤中，采用三维编织法在表面处理后的内芯棒上形成三维编织层，从而得到绝缘子芯棒预制体；其中，所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex。本发明的三维编织法可以为两步法或四步法，可以形成三维四向或三维五向等编织结构。三维编织层的原料以及结构如前所述，这里不再赘述。

在本发明的真空注射成型步骤中，将所述绝缘子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。在本发明中，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)。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)。

在本发明的固化步骤中，所述的固化过程可以分为三个阶段，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，可以对固化后的内芯棒进行脱模、表面加工等后处理，从而形成复合支柱绝缘子产品。

本发明在内芯棒的外表面形成三维编织层，防止了传统结构的各个纤维层之间的滑移，进而提高了绝缘子芯棒的弯曲性能。本发明将经纱与内芯棒的中心轴之间的夹角控制在合适范围，这样进一步提高了绝缘子芯棒的弯曲性能。此外，本发明的预制体的制备方法工序合理，生产效率高。本发明的绝缘子的制备方法可以快速生产大直径的绝缘子芯棒，其工序合理，并能够避免材料浪费。

附图说明

图1为编织物纱线在表面的交织示意图；

图2为编织物纱线在内部的交织示意图；

图3为本发明的实施例1的绝缘子芯棒的结构示意图。

附图标记说明如下：

1-内芯棒；2-三维编织层。

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：

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

图3为本发明的绝缘子芯棒预制体的结构示意图。本发明的绝缘子芯棒预制体包括内芯棒1和三维编织层2。内芯棒1的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.5mm，螺距为3.5mm。内芯棒1为拉挤内芯棒。绝缘子芯棒预制体的直径为305mm，内芯棒1的直径为105mm，长度为2m；三维编织层2的厚度为100mm，幅宽为2m。通过玻璃纤维的三维编织法在内芯棒外1的外表面形成三维编织层2。表面编织角α为45°，花节长度h为3mm。玻璃纤维的纤度为1000tex。三维编织层2包括玻璃纤维经纱，玻璃纤维经纱与内芯棒1的中心轴之间的夹角为0°，以所述预制体的重量为基准，三维编织层2的重量占70wt％。

下面详述绝缘子芯棒预制体和绝缘子的制备方法。

1)将拉挤内芯棒的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)采用三维编织法在步骤1)得到的表面处理后的内芯棒上形成三维编织层，从而得到绝缘子芯棒预制体。

3)将步骤2)得到绝缘子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产品。

将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

实施例2

将采用直径为100mm，长度为2m的内芯棒替换实施例1的内芯棒；采用纤度为2000tex的玻璃纤维替换实施例1的玻璃纤维，其余条件和参数与实施例1相同，得到实施例2的绝缘子芯棒预制体。将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

比较例1

1)选取直径为105mm、长2m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)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220mm，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305mm，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305mm。

将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

表1

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 (10)

1.一种绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述绝缘子芯棒预制体包括内芯棒和在该内芯棒外表面形成的三维编织层；所述三维编织层主要由玻璃纤维编织而成，表面编织角α为1～90°，花节长度h为0.1～50mm；所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex；所述的表面编织角α是指玻璃纤维在三维编织层表面与三维编织层纵向之间的夹角，所述的花节长度h是指一个编织循环所编织出的三维编织层的长度。

2.根据权利要求1所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述三维编织层仅由玻璃纤维编织而成。

3.根据权利要求1所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述的表面编织角α为15～60°，花节长度h为1～5mm。

4.根据权利要求1所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述三维编织层包括玻璃纤维经纱，所述玻璃纤维经纱与所述内芯棒的中心轴之间的夹角为0～3°。

5.根据权利要求1所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，以所述预制体的重量为基准，所述三维编织层占65wt％～80wt％。

6.根据权利要求1所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述的内芯棒的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.3mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为1mm～6mm。

7.根据权利要求1～6任一项所述的绝缘子芯棒预制体，其特征在于，所述的内芯棒的直径为50～200mm，所述的三维编织层的厚度为80～120mm。

8.根据权利要求1～7任一项所述的绝缘子芯棒预制体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)表面处理步骤：将内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内芯棒；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)三维编织步骤：采用三维编织法在表面处理后的内芯棒上形成三维编织层，从而得到绝缘子芯棒预制体；其中，所述的玻璃纤维的纤度为500～9600tex。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：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。

10.一种绝缘子芯棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采用如权利要求8所述的制备方法获得绝缘子芯棒预制体；

(2)真空注射成型步骤：将所述绝缘子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绝缘子芯棒预制体，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；

(3)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，所述的固化过程可以分为三个阶段，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。