CN110002754A - 一种耐污绝缘子材料的制备方法 - Google Patents

一种耐污绝缘子材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐污绝缘子材料的制备方法，属于电子技术领域。本发明将木屑和秸秆进行酸液浸泡和高温高压处理，从木屑和秸秆中提取出木质素、有机纤维等有机成分，并经过微生物发酵进一步提取出木质素、有机纤维，使绝缘子材料表面结构的致密程度增强，污染物难以渗透，对抗污作用以及力学性能得到一定程度的增强；本发明将铝离子加入木屑、秸秆中提取出的有机成分中，有机成分中具有的有机纤维、木质素等物质经过高锰酸钾氧化，在表面形成大量的羧基基团，从而利用络合作用吸附于纤维结构以及木质素结构中，有机成分中具有的铝离子成分在随后的高温条件下形成金属氧化物，具有良好的耐热性能能够提高绝缘子材料的耐热性能。

Description

一种耐污绝缘子材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种耐污绝缘子材料的制备方法，属于电子技术领域。
背景技术
绝缘子是安装在不同电位的导体或导体与接地构件之间的能够耐受电压和机械应力作用的器件。绝缘子的主要功能是实现电气绝缘和机械固定，为此规定有各种电气和机械性能的要求。如在规定的运行电压、雷电过电压及内部过电压作用下，不发生击穿或沿表面闪络；在规定的长期和短时的机械负荷作用下，不产生破坏和损坏；在规定的机、电负荷和各种环境条件下长期运行以后，不产生明显的劣化；绝缘子的金具，在运行电压下不产生明显的电晕放电现象，以免干扰无线电或电视的接收。因为绝缘子是大量使用的器件，对其连接金具还要求具有互换性。此外，绝缘子的技术标准还根据型号和使用条件的不同，要求对绝缘子进行各种电气的、机械的、物理的以及环境条件变化的试验，以检验其性能和质量。绝缘子种类繁多，形状各异。不同类型绝缘子的结构和外形虽有较大差别，但都是由绝缘件和连接金具两大部分组成的。
绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体，它是为了增加爬电距离的，通常由玻璃或陶瓷制成，就叫绝缘子。绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。
绝缘子按安装方式不同，可分为悬式绝缘子和支柱绝缘子；按照使用的绝缘材料的不同，可分为瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子（也称合成绝缘子）；按照使用电压等级不同，可分为低压绝缘子和高压绝缘子；按照使用的环境条件的不同，派生出污秽地区使用的耐污绝缘子；按照使用电压种类不同，派生出直流绝缘子；尚有各种特殊用途的绝缘子，如绝缘横担、半导体釉绝缘子和配电用的拉紧绝缘子、线轴绝缘子和布线绝缘子等。此外，按照绝缘件击穿可能性不同，又可分为A型即不可击穿型绝缘子和B型即可击穿型绝缘子两类。
在自然环境中，各种大气中的飘尘颗粒在经过绝缘子的时候受电场力的吸引或重力的作用而沉积在瓷绝缘子表面，而瓷绝缘子的表面属于亲水性釉面，表面光滑度不够，造成表面及其容易积污，同时瓷绝缘子的外形结构也容易在风吹时影响气流，通常导致各种飞尘聚积。污秽的具体成分随绝缘子所处地区不同而不同。不过从影响上来分可以分为可溶于水的导电物质和不溶于水的惰性物质这两类。在自然环境中，瓷绝缘子表面反复进行着污秽层的积聚和大风雨自然清洁这一过程，通常会存留一定的污秽层与绝缘子表面。因西部地区的地理位置以及气候的特殊性，每年春天都会出现大风沙尘雪雾天气，盐碱含量很高的沙土在绝缘子表面形成了一层厚厚的导电介质，造成绝缘子大面积闪络跳闸。
因此，发明一种耐污性好的绝缘子材料对电子技术领域是很有必要的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前绝缘子的表面光滑度不够，造成表面及其容易积污，自洁能力不佳导致出现闪污现象，力学强度差，耐热性能差的缺陷，提供了一种耐污绝缘子材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种耐污绝缘子材料的制备方法为：
（1）将有机改性剂、羧甲基纤维素、长石、碳酸钙、石英、滑石、三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；
（2）将绝缘子胚料投入预制釉料中浸泡2～3天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至110～120min，恒温预热50～60min，预热后将炉内温度升高至350～380℃，高温烧结100～120min，出料即得耐污绝缘子材料；
有机改性剂的制备：
（1）将烧杯置于水浴温度为12～15℃的水浴锅中，向烧杯中添加高锰酸钾粉末，用搅拌装置以600～800r/min的转速搅拌100～120min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为4～8%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；
（2）将氧化分散液、葡萄糖、沼气液、柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为36～40℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95～100℃，恒温加热50～60min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；
待反应液的制备：
（1）将秸秆与木屑投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为500～550r/min的条件下研磨50～60min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗3～5次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为6～10%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以600～800r/min的转速混合搅拌100～120min制得反应浆液；
（2）将反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至0.8～1.2MPa，再将反应釜内温度升高至130～150℃，恒温恒压反应60～80min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以700～800r/min的转速混合搅拌40～60min，制得待反应液。
按重量份数计，有机改性剂为12～14份、羧甲基纤维素2～3份、长石为5～7份、碳酸钙为3～5份、石英为8～10份、滑石为12～14份、三氧化二铝为1～2份。
有机改性剂的制备中向烧杯中添加的高锰酸钾粉末的质量为待反应液质量的4～6%。
有机改性剂的制备中按重量份数计，所述的氧化分散液为12～14份、葡萄糖为1.3～1.5份、沼气液为3.2～3.6份、柠檬酸钠为0.8～1.2份。
待反应液的制备中秸秆与木屑的质量比为1:6。
待反应液的制备中秸秆进一步优选为玉米秸秆、小麦秸秆以及水稻秸秆其中的一种或多种按任意比例混合，所述的木屑进一步优选为杨木、桦木以及松木其中的一种或多种按任意比例混合。
待反应液的制备中研磨物料与质量分数为6～10%的盐酸的质量比为1:10。
待反应液的制备中反应液与氯化铝粉末的质量比为15:1。
本发明的有益技术效果是：
（1）本发明首先将秸秆与木屑粉碎、研磨，研磨后与盐酸混合搅拌制得反应浆液，随后将反应浆液高温高压处理，处理后向其中加入氯化铝混合制得待反应液，再向待反应液中加入高锰酸钾反应制得氧化分散液，向氧化分散液中加入葡萄糖、沼气液进行发酵处理，发酵后过滤得到有机改性剂，然后将有机改性剂中加入碳酸钙、长石以及其它物料混合研磨，再混入水制得预制釉料，最后将绝缘子胚料投入预制釉料中浸泡，浸泡后高温烧结即得耐污绝缘子材料，本发明将木屑和秸秆进行酸液浸泡和高温高压处理，从木屑和秸秆中提取出木质素、有机纤维等有机成分，并经过微生物发酵进一步提取出木质素、有机纤维，同时微生物发酵对木质素、有机纤维等有机高分子成分进行一定程度的分解，使高分子链断裂，同时分子链中生成羧基、羟基以及芳香基基团，混入釉料中在之后的浸泡绝缘子胚料过程中能够有效形成分子间作用力吸附粘结各成分吸附于绝缘子胚料表面，经过高温煅烧有机成分炭化，内部各分子之间间距缩短，形成共价键结合，从而使绝缘子材料表面结构的致密程度增强，污染物难以渗透，对抗污作用以及力学性能得到一定程度的增强；
（2）本发明将铝离子加入木屑、秸秆中提取出的有机成分中，有机成分中具有的有机纤维、木质素等物质经过高锰酸钾氧化，在表面形成大量的羧基基团，从而利用络合作用吸附于纤维结构以及木质素结构中，有机成分中具有的铝离子成分在随后的高温条件下形成金属氧化物，在绝缘子胚料烧结过程中在胚料表面形成疏水膜层，有助于胚料表面光滑度的提高，使污染物难以吸附，经过雨水冲刷能够有效去除污染物，同时化学性质稳定，具有良好的耐热性能能够提高绝缘子材料的耐热性能，具有良好的应用前景。
具体实施方式
将秸秆与木屑按质量比为1:6投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为500～550r/min的条件下研磨50～60min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗3～5次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为6～10%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以600～800r/min的转速混合搅拌100～120min制得反应浆液；将上述反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至0.8～1.2MPa，再将反应釜内温度升高至130～150℃，恒温恒压反应60～80min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以700～800r/min的转速混合搅拌40～60min，制得待反应液；将上述烧杯置于水浴温度为12～15℃的水浴锅中，向烧杯中添加待反应液质量4～6%的高锰酸钾粉末，用搅拌装置以600～800r/min的转速搅拌100～120min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为4～8%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；按重量份数计，将12～14份上述氧化分散液、1.3～1.5份葡萄糖、3.2～3.6份沼气液、0.8～1.2份柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为36～40℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95～100℃，恒温加热50～60min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；按重量份数计，将12～14份上述有机改性剂、2～3份羧甲基纤维素、5～7份长石、3～5份碳酸钙、8～10份石英、12～14份滑石、1～2份三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；将绝缘子胚料投入上述预制釉料中浸泡2～3天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至110～120min，恒温预热50～60min，预热后将炉内温度升高至350～380℃，高温烧结100～120min，出料即得耐污绝缘子材料。
秸秆为：玉米秸秆木屑为：杨木待反应液的制备：将玉米秸秆与杨木木屑按质量比为1:6投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为500r/min的条件下研磨50min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗3次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为6%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以600r/min的转速混合搅拌100min制得反应浆液；
将上述反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至0.8MPa，再将反应釜内温度升高至130℃，恒温恒压反应60min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以700r/min的转速混合搅拌40min，制得待反应液；
有机改性剂的制备：
将上述烧杯置于水浴温度为12℃的水浴锅中，向烧杯中添加待反应液质量4%的高锰酸钾粉末，用搅拌装置以600r/min的转速搅拌100min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为4%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；
按重量份数计，将12份上述氧化分散液、1.3份葡萄糖、3.2份沼气液、0.8份柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为36℃的温室中，恒温静置4天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95℃，恒温加热50min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；
耐污绝缘子材料的制备：
按重量份数计，将12份上述有机改性剂、2份羧甲基纤维素、5份长石、3份碳酸钙、8份石英、12份滑石、1份三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；
将绝缘子胚料投入上述预制釉料中浸泡2天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至110min，恒温预热50min，预热后将炉内温度升高至350℃，高温烧结100min，出料即得耐污绝缘子材料。
秸秆为：小麦秸秆木屑为：桦木待反应液的制备：将小麦秸秆与桦木木屑按质量比为1:6投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为520r/min的条件下研磨55min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗4次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为8%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以700r/min的转速混合搅拌110min制得反应浆液；
将上述反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至1.0MPa，再将反应釜内温度升高至140℃，恒温恒压反应7min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以750r/min的转速混合搅拌50min，制得待反应液；
有机改性剂的制备：
将上述烧杯置于水浴温度为14℃的水浴锅中，向烧杯中添加待反应液质量5%的高锰酸钾粉末，用搅拌装置以700r/min的转速搅拌110min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为6%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；
按重量份数计，将13份上述氧化分散液、1.4份葡萄糖、3.4份沼气液、1.0份柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为38℃的温室中，恒温静置5天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至97℃，恒温加热55min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；
耐污绝缘子材料的制备：
按重量份数计，将13份上述有机改性剂、2份羧甲基纤维素、6份长石、4份碳酸钙、9份石英、13份滑石、1份三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；
将绝缘子胚料投入上述预制釉料中浸泡2天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至110min，恒温预热55min，预热后将炉内温度升高至370℃，高温烧结110min，出料即得耐污绝缘子材料。
秸秆为：水稻秸秆木屑为：松木待反应液的制备：将水稻秸秆与松木木屑按质量比为1:6投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为550r/min的条件下研磨60min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗5次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为10%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以800r/min的转速混合搅拌120min制得反应浆液；
将上述反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至1.2MPa，再将反应釜内温度升高至150℃，恒温恒压反应80min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以800r/min的转速混合搅拌60min，制得待反应液；
有机改性剂的制备：
将上述烧杯置于水浴温度为15℃的水浴锅中，向烧杯中添加待反应液质量6%的高锰酸钾粉末，用搅拌装置以800r/min的转速搅拌120min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为8%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；
按重量份数计，将14份上述氧化分散液、1.5份葡萄糖、3.6份沼气液、1.2份柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为40℃的温室中，恒温静置6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至100℃，恒温加热60min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；
耐污绝缘子材料的制备：
按重量份数计，将14份上述有机改性剂、3份羧甲基纤维素、7份长石、5份碳酸钙、10份石英、14份滑石、2份三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；
将绝缘子胚料投入上述预制釉料中浸泡3天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至120min，恒温预热60min，预热后将炉内温度升高至380℃，高温烧结120min，出料即得耐污绝缘子材料。
对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少待反应液。
对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少有机改性剂。
对比例3：山东某公司生产的耐污绝缘子材料。
接触角测试采用接触角测试仪进行检测。
现将此类绝缘子试运行在西部盐碱含量高的盐湖风区电气化铁路上，在近两年的时间内检测表面污秽总量、表面无污秽面积、抗拉强度。
耐热性测试：将实施例和对比例中的绝缘子材料放置于高温环境下，观察表面是否发生损坏。
表1：绝缘子材料性能测定结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例1 对比例2 对比例3
接触角（°） 132 134 135 110 115 116
表面污秽总量（g） 98 97 95 160 140 138
表面无污秽面积（%） 32 34 35 10 16 17
抗拉强度（kN） 5.1 5.3 5.4 3.0 4.1 4.2
耐热性 表面未损坏 表面未损坏 表面未损坏 表面轻微损坏 表面明显损坏 表面轻微损坏
综合上述，从表1可以看出本发明的耐污绝缘子材料接触角高，自清洁性好，表面污秽总量低，表面无污秽面积大，表面五一积污，抗拉强度高，力学性能好，耐热性煎熬，表面未损坏，具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将有机改性剂、羧甲基纤维素、长石、碳酸钙、石英、滑石、三氧化二铝投入研磨机中研磨混合，过50目筛得到共混物料，将共混物料与水按质量比为1:10混合搅拌制得预制釉料；
（2）将绝缘子胚料投入预制釉料中浸泡2～3天，浸泡后取出绝缘子胚料，将绝缘子胚料投入高温炉中，将炉内温度升高至110～120min，恒温预热50～60min，预热后将炉内温度升高至350～380℃，高温烧结100～120min，出料即得耐污绝缘子材料；
所述的有机改性剂的具体制备步骤为：
（1）将烧杯置于水浴温度为12～15℃的水浴锅中，向烧杯中添加高锰酸钾粉末，用搅拌装置以600～800r/min的转速搅拌100～120min，搅拌后向烧杯中滴加质量分数为4～8%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，制得氧化分散液；
（2）将氧化分散液、葡萄糖、沼气液、柠檬酸钠投入发酵罐中，将发酵罐置于室内温度为36～40℃的温室中，恒温静置4～6天，静置后将罐内物料投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，将加热套温度升高至95～100℃，恒温加热50～60min，加热后过滤得到滤渣，即得有机改性剂；
所述的待反应液的具体制备步骤为：
（1）将秸秆与木屑投入粉碎机中粉碎，粉碎后投入行星球磨机中，在球料比为10:1和转速为500～550r/min的条件下研磨50～60min，研磨后依次用丙酮和无水乙醇清洗3～5次制得研磨物料，将研磨物料与质量分数为6～10%的盐酸按质量比为1:10投入烧杯中，用搅拌器以600～800r/min的转速混合搅拌100～120min制得反应浆液；
（2）将反应浆液投入反应釜中，向反应釜中充入氮气，升高反应釜内气压至0.8～1.2MPa，再将反应釜内温度升高至130～150℃，恒温恒压反应60～80min制得反应液，将反应液与氯化铝粉末按质量比为15:1投入烧杯中，用搅拌器以700～800r/min的转速混合搅拌40～60min，制得待反应液。
2.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的有机改性剂为12～14份、羧甲基纤维素2～3份、长石为5～7份、碳酸钙为3～5份、石英为8～10份、滑石为12～14份、三氧化二铝为1～2份。
3.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：有机改性剂的具体制备步骤（1）中所述的向烧杯中添加的高锰酸钾粉末的质量为待反应液质量的4～6%。
4.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：有机改性剂的具体制备步骤（2）中优选的按重量份数计，所述的氧化分散液为12～14份、葡萄糖为1.3～1.5份、沼气液为3.2～3.6份、柠檬酸钠为0.8～1.2份。
5.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：待反应液的具体制备步骤（1）中所述的秸秆与木屑的质量比为1:6。
6.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：待反应液的具体制备步骤（1）中所述的秸秆进一步优选为玉米秸秆、小麦秸秆以及水稻秸秆其中的一种或多种按任意比例混合，所述的木屑进一步优选为杨木、桦木以及松木其中的一种或多种按任意比例混合。
7.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：待反应液的具体制备步骤（1）中所述的研磨物料与质量分数为6～10%的盐酸的质量比为1:10。
8.根据权利要求1所述的一种耐污绝缘子材料的制备方法，其特征在于：待反应液的具体制备步骤（2）中所述的反应液与氯化铝粉末的质量比为15:1。
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