CN106393571A

CN106393571A - 实心柱体的成型方法

Info

Publication number: CN106393571A
Application number: CN201611141489.XA
Authority: CN
Inventors: 赵俊山; 郝春功; 张雄军; 陈铃飞; 胡平; 赵卫生; 南无疆; 李安睿; 靳婷婷; 吴瑶
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2017-02-15

Abstract

本发明公开了一种实心柱体的成型方法。该方法包括1)表面处理步骤、2)卷绕步骤、3)真空成型步骤和4)固化步骤。该真空成型步骤包括：首先通过中间进胶管注入树脂，所述树脂经过所述螺旋管上的渗透缝或渗透孔，并经所述导流网导流至所述芯棒预制体的布层，当所述树脂达到中间进胶管两侧的进胶管的管口时再通过全部的进胶管同时进胶，两端的出胶管则出胶，直至所述芯棒预制体的布层被完全浸润，从而得到浸润体。本发明通过控制真空注胶成型过程的工艺参数，使得布层浸润更充分，内部无气泡和缺陷产生，界面结合优异。本发明可以快速生产实心柱体，工序合理，避免材料浪费。

Description

实心柱体的成型方法

技术领域

本发明涉及一种实心柱体的成型方法，尤其涉及一种大直径实心柱体的成型方法。

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。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。随着电压等级的提高，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。

CN104299731A公开了一种支柱型空心复合绝缘子制造工艺：1)制备坯体：将玻璃纤维原料缠绕在圆柱形体上，并使玻璃纤维的轴向和径向分布均匀，形成直径不小于绝缘子直径的绝缘子坯体棒，圆柱形体的直径等于圆筒形孔的直径；2)制备胶液：将环氧树脂、苯酐、增韧剂和催化剂混合后在真空中进行充分搅拌后得到环氧树脂胶液；3)真空浸胶：将绝缘子坯体棒装入模具进行抽真空处理后烘模；烘模完成后将环氧树脂胶液在真空中注入模具；4)绝缘子坯体棒固化：将模具进行保压固化，固化完成后脱模得到绝缘子玻璃纤维增强塑料毛坯；5)加工成型：将绝缘子玻璃纤维增强塑料毛坯经车床加工出芯棒和伞裙，之后将圆柱形体分离使芯棒成为空心芯棒；6)胶装法兰：在空心芯棒的上端部胶装上端头法兰，在空心芯棒的下端部胶装下端头法兰，产品加工完成。该专利文献没有阐述真空条件，也没有给出复合绝缘子的机械性能。另外，该制造工艺采用纤维缠绕，工序较长。

CN101740186A公开了一种二步成型的高电压复合绝缘子实心芯棒的制备方法，首先按用户要求及机械负荷强度，确定缠绕管外径、壁厚，用抽真空注胶法制作高强度玻璃纤维缠绕管；对高强度玻璃纤维管内壁进行处理，用高压发泡机对管内孔进行二次发泡；发泡材料选用耐170℃高温的耐高温材料，以便满足复合绝缘子伞套、硅橡胶硫化成型工艺要求。该专利文献没有详细阐述真空条件。另外，该制备方法采用纤维缠绕，工序较长；并且机械性能有待于提高。

因此，迫切需要一种实心柱体的成型方法，其可以快速生产大直径的实心柱体，并工序合理，获得的实心柱体的强度相对比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实心柱体的成型方法，其可以快速生产大直径的实心柱体。本发明进一步的目的在于提供一种实心柱体的成型方法，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实心柱体的成型方法，其获得的实心柱体的强度相对比较高。

本申请采用如下技术方案实现了上述目的。

本发明提供一种实心柱体的成型方法，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和清洁处理，从而形成表面粗糙的内芯棒，所述内芯棒的直径为70～130mm；

2)卷绕步骤：将玻璃纤维单向布直接卷绕在所述表面粗糙的内芯棒上得到直径为150～350mm的芯棒预制体，初始卷绕张力为350～500牛顿，并且逐层递减；其中，所述芯棒预制体上形成由玻璃纤维单向布卷绕而成的布层，所述的玻璃纤维单向布包括经纱和纬纱，纬纱为纺织纤维材料，经纱为玻璃纤维，玻璃纤维与内芯棒的中心轴之间的夹角为0±1°；所述玻璃纤维单向布的幅宽与所述表面粗糙的内芯棒的长度相等，所述玻璃纤维单向布的卷绕角为零，所述的卷绕角是指玻璃纤维单向布的纬纱的螺旋角；

3)真空成型步骤：在所述芯棒预制体的中部的外表面设置导流网，在所述芯棒预制体的两端则不设置导流网，在所述导流网上环向缠绕有至少三个螺旋管，所述螺旋管上设有多个渗透缝或渗透孔，所述螺旋管分别与进胶管相连通，在所述导流网外套设真空袋，并将该真空袋密封；在真空条件下，首先通过中间进胶管注入树脂，所述树脂经过所述螺旋管上的渗透缝或渗透孔，并经所述导流网导流至所述芯棒预制体的布层，当所述树脂达到所述中间进胶管两侧的进胶管的管口时再通过全部的进胶管同时进胶，位于所述芯棒预制体两端的出胶管则出胶，直至所述芯棒预制体的布层被完全浸润，从而得到浸润体；所述树脂的注入速度为250～650g/min；

4)固化步骤：将所述出胶管与所述进胶管封闭，并置于固化装置进行固化过程。

在本发明中，所述的实心柱体可以为绝缘子芯棒，例如用于高压输电线路的绝缘子芯棒。

本发明的喷砂处理是指采用压缩空气将砂子喷在内芯棒的外表面，从而使该外表面粗糙化，并可以除去该外表面的富树脂层。喷砂处理所采用的压缩空气的压力可以为0.4～1.0MPa，优选为0.6～0.8MPa；所述喷砂处理的时间为20～60min，优选为20～40min，更优选为25～35min。

根据本发明的成型方法，优选地，在表面处理步骤1)中，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。

在本发明的表面处理步骤1)中，所述内芯棒的直径为70～130mm，优选为100～120mm。更优选地，所述内芯棒的直径为110～115mm。在本发明中，所述内芯棒的长度为1500～5000mm，优选为2000～3500mm。

本发明的表面处理步骤1)还可以包括清洁处理步骤，即采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，这样可以除去外表面的杂质。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，优选为丙酮或酒精。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。

在本发明的卷绕步骤2)中，将玻璃纤维单向布直接卷绕在表面处理后的内芯棒上，得到芯棒预制体。所述玻璃纤维单向布的幅宽与所述表面粗糙的内芯棒的长度相等。这样可以保证玻璃纤维单向布裹在内芯棒上。本发明的玻璃纤维单向布的卷绕角为零。也就是说，各层玻璃纤维单向布重叠排列，以保证玻璃纤维单向布中的玻璃纤维能够基本上均平行于内芯棒的中心轴。

根据本发明的成型方法，优选地，在卷绕步骤2)中，所述初始卷绕张力为350～500牛顿，并且每层递减幅度为1～3％。根据本发明的一个实施方式，所述初始卷绕张力为400～450牛顿，并且每层递减幅度为1～1.5％。通过在成型过程中调节卷绕张力以控制芯棒预制体的纤维含量，进而改善实心柱体的强度。

根据本发明的成型方法，优选地，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。根据本发明的一个实施方式，所述纺织纤维材料为涤纶纤维。

在本发明的真空成型步骤3)中，将导流网设置在芯棒预制体的中部的外表面，从而便于树脂被引导至芯棒预制体的布层中，以浸润玻璃纤维。在本发明中，所述芯棒预制体的两端不设置导流网。根据本发明的成型方法，优选地，在真空成型步骤3)中，不设置导流网的芯棒预制体两端的长度分别为70～100mm，更优选为80～90mm。这样有利于树脂充分浸润布层。

在本发明的真空成型步骤3)中，将至少三个螺旋管环向缠绕在导流网上，该螺旋管上设有多个渗透缝或渗透孔。作为优选，螺旋管的数量为3～6个，更优选为3～5个。所述至少三个螺旋管包括至少一个位于中间的螺旋管和至少两个位于两侧的螺旋管。每个螺旋管与至少一个进胶管连通，优选地，每个螺旋管与一个进胶管连通。本发明的进胶管的数量与螺旋管的数量是一致的，也为至少三个，包括一个中间进胶管和位于所述中间进胶管两侧的进胶管。作为优选，进胶管的数量为3～6个，更优选为3～5个。螺旋管与进胶管可以通过三通管相连通。

在本发明的真空成型步骤3)中，将真空袋套设在所述导流网的外面，并将该真空袋密封。根据本发明的成型方法，优选地，在真空成型步骤3)中，所述真空袋为两层，且两层真空袋之间设置有一层玻璃纤维毡。这样可以达到更好的抽真空效果。

在本发明的真空成型步骤3)中，在真空条件下，首先通过中间进胶管注入树脂，所述树脂经过所述螺旋管上的渗透缝或渗透孔，并经导流网导流至芯棒预制体的布层，当树脂达到位于中间进胶管两侧的进胶管的管口时再通过全部的进胶管同时进胶，位于所述芯棒预制体两端的出胶管则出胶，直至所述芯棒预制体的布层被完全浸润，从而得到浸润体。这样有利于树脂均匀地浸润布层，避免气泡产生，并且可以大大降低布层未被浸润的可能性，从而有利于改善实心柱体的强度。

根据本发明的成型方法，优选地，所述真空条件的相对真空度为-0.08～-0.1MPa，更优选为-0.085～-0.095MPa。根据本发明的成型方法，树脂的注入速度可以为250～650g/min，优选为350～450g/min。

根据本发明的成型方法，优选地，在真空成型步骤3)中，所述树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂；当两端的出胶管出胶在300mm以上停止灌注。例如，当两端的出胶管出胶在350mm时停止灌注树脂。

本发明的树脂优选为环氧树脂。本发明的环氧树脂可以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，封闭出胶管与进胶管，然后放入固化装置中进行固化。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。根据本发明的成型方法，优选地，在固化步骤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。

根据本发明的成型方法，优选地，所述芯棒预制体的直径为217～330mm，例如280～320mm。

在上述固化步骤完毕后，清理真空袋、进胶管、出胶管等辅材，然后进行脱模、表面加工从而形成实心柱体。本发明的实心柱体可以为复合支柱绝缘子芯棒。

本发明通过控制真空注胶成型过程的工艺参数，使得布层浸润更充分，内部无气泡和缺陷产生，界面结合优异。本发明将玻璃纤维单向布的玻璃纤维与内芯棒的中心轴之间的夹角控制在合适范围，保证玻璃纤维单向布的幅宽与内芯棒的长度相等，并且玻璃纤维单向布的卷绕角为零，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。

玻璃纤维单向布：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)将直径为110mm、长度为2600mm的拉挤芯棒的外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层，用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质，从而形成表面粗糙的内芯棒。喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.7MPa，喷砂处理时间为30min。

2)将幅宽为2600mm的玻璃纤维单向布卷绕至步骤1)的表面粗糙的内芯棒上，卷绕角度为零，初始卷绕张力为450牛顿，卷绕张力采取逐层递减的方式，每层递减幅度为1％。当卷绕直径至315mm时形成芯棒预制体。玻璃纤维单向布包括经纱和纬纱，纬纱为涤纶，经纱为玻璃纤维，玻璃纤维与内芯棒的中心轴之间的夹角为0±1°。

3)在芯棒预制体的中部的外表面设置塑料导流网作为真空注胶树脂导流层介质，在所述芯棒预制体的两端则不设置导流网，不设置导流网的芯棒预制体两端的长度为80mm，亦即芯棒预制体的两端分别留出80mm余量。在导流网上环向缠绕三个螺旋管，将芯棒预制体分为四段，三个螺旋管分别通过三通管与进胶管相连通。在导流网外套设真空袋，并将该真空袋密封。真空袋为两层，且两层中间铺设一层温玻璃纤维毡以改善抽真空效果。对真空袋抽真空至相对真空度为-0.085MPa以下。先通过中间进胶管注入环氧树脂，该环氧树脂经过所述螺旋管上的渗透缝，再经导流网导流至芯棒预制体的布层；当环氧树脂达到中间进胶管两侧的进胶管的管口时再通过全部的进胶管同时进胶，位于芯棒预制体两端的出胶管则出胶，两端出胶管出胶在300mm以上时灌注结束，芯棒预制体的布层被完全浸润。环氧树脂的注入速度均为400g/min。

4)注胶完毕后，将出胶管与进胶管封闭，并置于固化炉进行固化过程，固化过程为60℃固化4h，70℃固化5h，然后80℃固化5h。

5)固化完毕后，清理真空袋、出胶管和进胶管等辅材，脱模、表面加工形成实心柱体。

将所得产品中取出三个试件，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

1.一种实心柱体的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在表面处理步骤1)中，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。

3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在卷绕步骤2)中，所述初始卷绕张力为400～450牛顿，并且每层递减幅度为1～3％。

4.根据权利要求1所述的成型方法，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。

5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在真空成型步骤3)中，所述真空条件的相对真空度为-0.08～-0.1MPa。

6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在真空成型步骤3)中，不设置导流网的芯棒预制体两端的长度分别为70～100mm。

7.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：在真空成型步骤3)中，所述真空袋为两层，两层真空袋之间设置有一层玻璃纤维毡。

8.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述树脂为聚氨酯树脂或环氧树脂；当两端的出胶管出胶在300mm以上停止灌注所述树脂。

9.根据权利要求1所述的成型方法，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。

10.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述芯棒预制体的直径为300～330mm。