CN109427451B - 一种用于绝缘操纵杆的复合管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于绝缘操纵杆的复合管材及其制备方法，该管材由树脂和纤维织物复合而成，树脂包括环氧树脂，纤维织物交叉叠加制卷。本发明通过纤维织物的卷绕组成和卷绕方式的设计来改变传统树脂与纤维织物之间的浸渍问题，保证了环氧树脂体系对于纤维织物的有效浸润，有效的提高了复合材料的浸胶量，很好的改善了树脂对于纤维织物的浸渍问题，能够在有效的降低复合材料管重量的同时保证其具有优异的机械力学性能和电气绝缘性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料管，具体涉及一种复合管材及其制备方法。
背景技术
GIS气体绝缘组合电器设备(Gas Insulated Switchgear)，是变电站中除变压器外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等。母线、断路器、CT、PT、隔离开关、避雷器组合在一起称为开关站，也叫高压配电装置。高压配电装置的形式有三种：第一种是简称AIS的空气绝缘常规配电装置，其母线裸露直接与空气接触，断路器可用瓷柱式或罐式；第二种是简称H－GIS的混合式配电装置，母线采用开敞式，其它均为六氟化硫气体绝缘开关装置；第三种是六氟化硫气体绝缘全封闭配电装置。GIS的优点在于占地面积小，可靠性高，安全性强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。
复合材料管在输变电设备领域应用非常广泛，是GIS设备的重要绝缘组成部件和传动部件，在机械和电气绝缘性能方面要求具有较高的可靠性。近年来，在GIS的交接和运行中，复合材料管在运行过程中击穿、闪络的情况时有发生，给电力传输的安全运行带来较大的挑战。
复合材料管是应用于35kV以上电压等级的高压开关中的高、低压绝缘操纵杆的绝缘件，以SF6气体作绝缘介质，其结构特点细而长，开断操作频繁，因此不仅要求复合材料管具有非常好的电气绝缘性能和机械力学性能，还要求产品重量轻、蠕变小、抗疲劳性能好。
申请号为201410517558.7、名为“一种绝缘拉杆的生产工艺”的中国专利中提出了一种真空浸渍方法生产绝缘拉杆的工艺，该法的弊端在于在模芯上缠绕的纤维织物单一，制得的产品的电气性能和机械性能不够理想。
因此，需要提供一种技术方案以满足现有技术的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型复合管材及其制备工艺，通过对纤维织物卷绕组成、纤维织物编织组成的设计，确保树脂与纤维织物之间具有良好的界面结合，环氧树脂对纤维具有充分的浸渍空间，得到具有优良电气绝缘性能和机械力学性能的复合管材。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
第一个方面，本发明提供了
一种用于绝缘操纵杆的复合管材，所述管材由树脂和纤维织物卷复合而成，所述树脂包括环氧树脂；所述纤维织物卷为两层以上的纤维织物卷绕而成的空心管状结构；所述纤维织物卷经过所述环氧树脂浸渍。
优选的，所述纤维织物包括芳纶纤维织物、玻璃纤维织物、聚酯纤维织物或聚酰亚胺纤维织物。
优选的，所述纤维织物卷至少有一层纤维织物为两种以上的纤维织物混编而成的混编织物。
优选的，所述管材的内径为20-120mm，外径为25-160mm，壁厚为5-40mm，长度为300-1200mm。
优选的，所述环氧树脂与纤维织物的质量份数比为1.5：(2.7-3.5)。
优选的，所述聚酯纤维织物的面密度为100-200g/m2；所述芳纶混编织物的面密度为140-200g/m2；所述玻璃纤维织物的面密度为220-400g/m2；所述聚酰亚胺纤维织物的面密度为160-220g/m2。
优选的，所述混编织物的面密度为160-400g/m2。
优选的，所述纤维材料包括最内层的聚酯纤维织物层、中间层的混编织物或玻璃纤维织物层、最外层的聚酯纤维织物层，所述混编织物为芳纶混编织物与聚酯纤维织物混编、芳纶混编织物与聚酰亚胺纤维织物混编、芳纶纤维织物与聚酯纤维织物混编、或者芳纶纤维织物与聚酰亚胺纤维织物混编得到。
第二个方面，本发明提供了一种用于绝缘操纵杆的复合管材的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
将两种以上的纤维织物交叉叠加制卷，于100℃和-0.08～-0.09MPa真空度下将制得的纤维织物卷绕于芯轴上除湿；
于60～70℃和400～500rpm/min转速下混合环氧树脂、固化剂和促进剂，在-0.08～-0.09MPa下真空脱泡4～5h，得混料；
于0.2～0.5Mpa压力下将所述混料送入模具，并于60～80℃和真空度-0.08～-0.09MPa浸渍所述纤维织物卷0.5～1h后于0.4～0.6Mpa压力下保持4～5h；
于80℃下固化4～6h后再于120℃下固化10～12h，脱模得复合管材。
优选的，进一步包括：
对所述复合管材的两端进行机加工后安装金具得到复合管。
优选的，所述纤维织物卷由内及外分别为聚酯纤维织物层、由两种纤维织物组成的混编织物层和聚酯纤维织物层。
优选的，所述纤维织物卷的每层厚度为1～3mm；所述混编织物层为芳纶混编织物与玻璃纤维织物二次混编得到；所述纤维织物卷中的聚酯纤维织物、芳纶混编纤维织物与玻璃纤维织物质量份数比为1:6:4～1:7:3。
优选的，所述固化剂为甲基四氢苯酐；所述促进剂为改性咪唑。
优选的，所述环氧树脂、固化剂和促进剂的质量份数比为100：100：2。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1)本发明提供的纤维织物的卷绕组成以及卷绕方式的设计，调整了纤维织物的内外层组成以及中间层的组成，充分的保证了环氧树脂体系对于纤维织物的有效浸润，有效的提高了复合材料的浸胶量，改善了树脂对于纤维织物的浸渍，产品重量轻、蠕变小、抗疲劳性能好。
2)本发明制备得到的复合材料空心圆管，通过纤维织物的交叉叠加以及编织组成，能够在有效的降低复合材料管重量的同时保证其具有优异的机械力学性能和电气绝缘性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步详细说明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
复合材料空心圆管配方如下表：
复合材料空心圆管制备方法：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、芳纶混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+芳纶混编纤维织物和玻璃纤维织物二次混编后得到的混编织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
其中，芳纶混编织物可以指以芳纶为主、与其它纤维织物混编得到的混编织物，本发明中以芳纶和聚酯纤维混编为例进行的说明。
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管毛坯件经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
实施例2
复合材料空心圆管配方如下表：
复合材料空心圆管制备方法：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、芳纶混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+芳纶混编纤维织物/玻璃纤维织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管毛坯件经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
实施例3
复合材料空心圆管配方如下表：
所述复合材料空心圆管制备工艺：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+混编纤维织物/玻璃纤维织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管毛坯件经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
实施例4
复合材料空心圆管配方如下表：
所述复合材料空心圆管制备工艺：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+芳纶混编纤维织物和玻璃纤维织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管毛坯件经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
本发明实施例的芳纶混编织物(或称芳纶混编纤维织物)以芳纶与聚酰亚胺混编为例进行的说明。
实施例5
复合材料空心圆管配方如下表：
复合材料空心圆管制备方法：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、芳纶混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+混编纤维织物/玻璃纤维织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
实施例6
复合材料空心圆管配方如下表：
复合材料空心圆管制备方法：
1)纤维织物的卷绕：将聚酯纤维织物、混编纤维织物与玻璃纤维织物卷绕在涂覆脱模剂的芯轴上，卷绕过程类似于管状的三明治结构(聚酯纤维织物+混编纤维织物/玻璃纤维织物+聚酯纤维织物)，纤维织物卷绕完成后将其与芯轴共同装入涂覆脱模剂的模腔中，然后固定模具的两端；
2)真空系统预处理：将静态混料设备、空压机、真空泵与模具、树脂收集器之间采用硬质尼龙塑料管进行连接，确保在整个浸渍过程中的高真空度。模具加热温度为100℃，环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2。在100℃对纤维织物进行真空除湿，真空度为-0.08MPa，真空除湿的时间为24h；树脂体系加热温度为60℃，搅拌、真空脱泡时间为4h，搅拌转速为400rpm/min；
3)树脂体系真空浸渍：静态混料设备通过静态混料节精确计量(环氧树脂、甲基四氢苯酐和改性咪唑的比例为100:100:2)后，送入输送管道，将树脂在0.4Mpa压力下放入模具下端口，真空度为-0.08MPa，真空浸渍时间为0.5h，待树脂被送入模具上端口输送管道时，关闭模具下端口的控制阀，同时关闭真空泵，从模具上端口施加0.4Mpa的保压压力，保压时间为2h；
4)固化：步骤3)所得制品于80℃固化6h，于120℃固化12h；
5)脱模：脱模得到复合材料空心圆管毛坯件；
6)金具装配：将复合材料空心圆管毛坯件经机加工后安装金具得到复合材料成型制品。
上述实施例所得产品性能如下表所示：
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于绝缘操纵杆的复合管材，所述管材由树脂和纤维织物卷复合而成，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂；所述纤维织物卷为两层以上的纤维织物卷绕而成的空心管状结构；所述纤维织物卷经过所述环氧树脂浸渍；
所述纤维织物包括芳纶纤维织物、玻璃纤维织物、聚酯纤维织物或聚酰亚胺纤维织物；
所述纤维织物卷至少有一层纤维织物为两种以上的纤维织物混编而成的混编织物；
所述管材的内径为20-120mm，外径为25-160mm，壁厚为5-40mm，长度为300-1200mm；
所述用于绝缘操纵杆的复合管材的制备方法，包括如下步骤：
将两种以上的纤维织物交叉叠加制卷，于100℃和-0.08～-0.09MPa真空度下将制得的纤维织物卷绕于芯轴上除湿；
于60～70℃和400～500rpm/min转速下混合环氧树脂、固化剂和促进剂，在-0.08～-0.09MPa下真空脱泡4～5h，得混料；
于0.2～0.5Mpa压力下将所述混料送入模具，并于60～80℃和真空度-0.08～-0.09MPa浸渍所述纤维织物卷0.5～1h后于0.4～0.6Mpa压力下保持4～5h；
于80℃下固化4～6h后再于120℃下固化10～12h，脱模得复合管材；
所述纤维织物卷由内及外分别为聚酯纤维织物层、由两种纤维织物组成的混编织物层和聚酯纤维织物层；
所述纤维织物卷的每层厚度为1～3mm；所述混编织物层为芳纶混编织物与玻璃纤维织物二次混编得到；所述纤维织物卷中的聚酯纤维织物、芳纶混编纤维织物与玻璃纤维织物质量份数比为1:6:4～1:7:3；
所述环氧树脂、固化剂和促进剂的质量份数比为100：100：2；
所述聚酯纤维织物的面密度为100-200g/m2；所述芳纶混编织物的面密度为140-200g/m2；所述玻璃纤维织物的面密度为220-400g/m2；所述聚酰亚胺纤维织物的面密度为160-220g/m2。
2.根据权利要求1所述的一种用于绝缘操纵杆的复合管材，其特征在于，所述环氧树脂与纤维织物的质量份数比为1.5：(2.7-3.5)。
3.根据权利要求1所述的一种用于绝缘操纵杆的复合管材，其特征在于，所述混编织物的面密度为160-400g/m2。
4.根据权利要求1所述的一种用于绝缘操纵杆的复合管材，其特征在于，进一步包括：
对所述复合管材的两端进行机加工后安装金具得到复合管。
5.根据权利要求1所述的一种用于绝缘操纵杆的复合管材，其特征在于，所述固化剂为甲基四氢苯酐；所述促进剂为改性咪唑。
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