CN108597697A - 一种玻纤复合材料绝缘子及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种玻纤复合材料绝缘子及制备方法，所述制备方法包括如下步骤：1）烘纱2）树脂分批配制3）厚壁缠绕4）旋转固化5）脱模6）加工。所述玻纤复合材料绝缘子，由数组裙、支撑柱体、导引槽和端部连接环组成，导引槽设置在所述绝缘子的内腔壁，向外径方向凸起，贯通整个绝缘子，所述端部连接环与外延装置相互配合。本发明提供一种适用于特殊条件下（强磁场、高载荷）的高强、耐疲劳、耐化学腐蚀的复合材料绝缘子；采用分批次不同树脂配方比例，使厚壁的玻纤复合材料无需采用分层固化，减少能耗、提高生产效率；制件一体成型后加工，降低制备难度。
Description
技术领域
本发明属于复合材料工艺制造领域，具体为一种玻纤复合材料绝缘子及成型方法。
背景技术
目前应用较为广泛的绝缘子有玻璃绝缘子、复合绝缘子、瓷绝缘子、复合材料绝缘子等等，玻纤复合材料绝缘子较瓷绝缘子强度高、质量轻，国内从事复合材料绝缘子生产厂家较多，已有较为成熟的生产工艺，玻纤复合材料绝缘子结构简单，大都采用缠绕成型工艺，主要用于输电电线中，而在电网之外的特定应用，比如电磁场中的绝缘子骨架、电发射等少有介绍。特定使用条件下（强磁场，高载荷），如作为电绝缘的支撑骨架，需短时间内承受较大载荷，重复使用多次依然维持较高的力学性能。而传统的绝缘子已经不能满足这些使用条件的要求，需要强度更高、循环使用次数更多，耐疲劳性能更强同时保持一定电绝缘性能的绝缘子。
为满足大载荷、高耐疲劳要求，高强、耐疲劳、耐化学腐蚀的复合材料绝缘子是必然的选择。而采用一体化复合材料成型全玻纤缠绕绝缘子就能够最大限度的保留结构的载荷能力。为此，中空绝缘子采用先一体成型，后加工裙的方式制造对制件的性能损伤较小，是较优的制造方案。实际制造过程中，由于裙的直径远大于中间支撑柱的直径，需要成型较厚的制件才能后加工成裙，厚壁制件固化时放热量较大，制件里外固化速度不一，导致实际固化后制件的尺寸收缩、应力集中，采用一体固化无法避免这些问题，较为稳妥的办法是分层固化，将制件分成多次缠绕、多次固化，可避免固化导致的收缩、应力集中等问题，但由此导致的生产资源消耗较大，分层固化的界面可能导致在加工时存在分层现象或降低制件疲劳寿命，导致制件失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种既能一次整体固化，又能避免固化收缩，尺寸稳定的玻纤复合材料高强、耐疲劳绝缘子及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种玻纤复合材料绝缘子及制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1）烘纱：将纤维提前放置在烘箱中80℃干燥6~12h；
2）树脂分批配制：按照批次不少于3次分批配制树脂；
3）厚壁缠绕：将模具安装在缠绕机上，提前调试好缠绕程序，然后按照铺层顺序缠绕；
4）旋转固化：缠绕完成后将制件放置在烘箱中旋转固化，固化完成关闭加热，制件随炉冷却，待烘箱温度降至60℃以下时，打开烘箱，制件继续降温冷却，待制件降温至60℃以下时，将制件移出烘箱，准备脱模；
5）脱模；利用脱管机将制件脱出；
6）加工：按照制件实际尺寸车床干态加工，加工的顺序依次为，端面粗加工→外径粗加工→端面精加工→裙粗加工→外径精加工→裙精加工。
本发明的进一步改进在于：步骤4）的固化制度为100℃/2h+120℃/6h，烘箱的旋转速度为1r/min-30r/min，升温速度为0-1℃/min，
本发明的进一步改进在于：步骤6）中，端面粗加工、外径粗加工和裙粗加工之后均预留1mm余量，然后端面精加工、外径精加工以及裙精加工。
本发明的进一步改进在于：步骤6）中，所述精加工的进刀速度不大于0.2mm/min。
本发明的进一步改进在于：树脂分批配制的2）步骤中，树脂为环氧、酸酐体系，每个批次树脂促进剂用量由高至低，反应速度由快变慢。
本发明的进一步改进在于：在厚壁缠绕步骤3）中，缠绕厚度为30mm-60mm。
本发明所述一种玻纤复合材料绝缘子，由数组裙、导引槽和端部连接环组成，导引槽设置在所述绝缘子的内腔壁，向外径方向凸起，贯通整个所述绝缘子，所述端部连接环与外延装置相互配合。
本发明的进一步改进在于：裙的数量为4-9个，裙高（相对于支撑柱体）22mm～58mm，缠绕线圈数量可调。
本发明的进一步改进在于：支撑柱体为中空结构，内径为80mm～180mm，长度为300mm～1200mm。
本发明的进一步改进在于：导引槽深0.8mm～3.0mm，便于中空柱体内部的填充及安装。
本发明的有益效果是：本发明采用分批次不同树脂配方比例，使厚壁的玻纤复合材料无需采用分层固化，减少能耗、提高生产效率，最大程度保留结构性能；本发明一体成型后加工，降低制备难度；本发明提供一种适用于特殊条件下（强磁场、高载荷）的高强、耐疲劳、耐化学腐蚀的复合材料绝缘子。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1所示，本发明是一种玻纤复合材料绝缘子，所述绝缘子由数组裙1、支撑柱体2、导引槽3和端部连接环4组成，导引槽3设置在所述绝缘子的内腔壁，向外径方向凸起，贯通整个绝缘子，所述端部连接环4与外延装置相互配合。
以附图1结构为示例，假定制件内径为110mm，最大裙外径为195mm，裙的数量为5个，裙均等分布，内壁凹槽深2mm，制件总长度450mm，铺层设计为（45/90）ns，纤维采用E/S玻纤内牵丝，树脂体系为环氧和酸酐树脂体系，促进剂为BDMA，树脂分为3个批次配制，配置比例依次为X:Y:3、X:Y:1.5、X:Y:1，模具提前处理准备好，制件内腔由模具赋型决定。以下将详述制备过程，包括如下步骤：
1）烘纱：将纤维提前放置在烘箱中80℃干燥6~12h；
2）树脂分批配制：按照批次不少于3次分批配制树脂；树脂为环氧、酸酐体系，每个批次树脂促进剂用量由高至低，反应速度由快变慢；
3）厚壁缠绕：将模具安装在缠绕机上，提前调试好缠绕程序，然后按照铺层顺序缠绕；将缠绕过程分为3个阶段，内层缠绕、中间层缠绕、外层缠绕。内层缠绕，先配制第一个批次的树脂4Kg，配置比例依次为X:Y:3，待内层缠绕完成后，再配制第二个批次4Kg，配置比例依次为X:Y:1.5，进行中间层缠绕，最后配制第三个批次4Kg，配置比例依次为X:Y:1.0，进行外层缠绕，缠绕厚度为30mm-60mm；
4）旋转固化：缠绕完成后将制件放置在烘箱中旋转固化，固化制度为100℃/2h+120℃/6h，即先在100℃下固化2小时，再在120℃下固化6小时，烘箱的旋转速度为1r/min-30r/min，升温速度为0-1℃/min，固化完成关闭加热，制件随炉冷却，待烘箱温度降至60℃以下时，打开烘箱，制件继续降温冷却，待制件降温至60℃以下时，将制件移出烘箱，准备脱模；
5）脱模；利用脱管机将制件脱出，注意脱模过程中不要损伤制件；
6）加工：按照制件实际尺寸车床干态加工，加工的顺序依次为，端面粗加工→外径粗加工→端面精加工→裙粗加工→外径精加工→裙精加工，端面粗加工、外径粗加工和裙粗加工之后均预留1mm余量，然后端面精加工、外径精加工以及裙精加工，所述精加工的进刀速度不大于0.2mm/min。
Claims (10)
1.一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
1）烘纱：将纤维提前放置在烘箱中80℃干燥6~12h；
2）树脂分批配制：按照批次不少于3次分批配制树脂；
3）厚壁缠绕：将模具安装在缠绕机上，提前调试好缠绕程序，然后按照铺层顺序缠绕；
4）旋转固化：缠绕完成后将制件放置在烘箱中旋转固化，固化完成关闭加热，制件随炉冷却，待烘箱温度降至60℃以下时，打开烘箱，制件继续降温冷却，待制件降温至60℃以下时，将制件移出烘箱，准备脱模；
5）脱模；利用脱管机将制件脱出；
6）加工：按照制件实际尺寸车床干态加工，加工的顺序依次为，端面粗加工→外径粗加工→端面精加工→裙粗加工→外径精加工→裙精加工。
2.根据权利要求1所述一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：所述步骤4）的固化制度为100℃/2h+120℃/6h，烘箱的旋转速度为1r/min-30r/min，升温速度为0-1℃/min。
3.根据权利要求1所述一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中，端面粗加工、外径粗加工和裙粗加工之后均预留1mm余量，然后端面精加工、外径精加工以及裙精加工。
4.根据权利要求1或3所述一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：所述步骤6）中，精加工的进刀速度不大于0.2mm/min。
5.根据权利要求1所述一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：树脂分批配制的2）步骤中，树脂为环氧、酸酐体系，每个批次树脂促进剂用量由高至低，反应速度由快变慢。
6.根据权利要求1所述一种玻纤复合材料绝缘子的制备方法，其特征在于：在厚壁缠绕步骤3）中，缠绕厚度为20mm-60mm。
7.根据权利要求1的制备方法制作的一种玻纤复合材料绝缘子，其特征在于：所述绝缘子由数组裙（1）、支撑柱体（2）、导引槽（3）和端部连接环（4）组成，导引槽（3）设置在所述绝缘子的内腔壁，向外径方向凸起，贯通整个绝缘子，所述端部连接环（4）与外延装置相互配合。
8.根据权利要求7所述一种玻纤复合材料绝缘子，其特征在于：所述裙（1）的数量为4～9个，裙高（相对于支撑柱体）22mm～58mm，缠绕线圈数量可调。
9.根据权利要求7所述一种玻纤复合材料绝缘子，其特征在于：所述支撑柱体为中空结构，内径为80mm～180mm，长度为300mm～1200mm。
10.根据权利7所述一种玻纤复合材料绝缘子，其特征在于：所述导引槽（3）深0.8mm～3.0mm，便于中空柱体内部的填充及安装。
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