CN110254000A - 一种夹芯绝缘操作杆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹芯绝缘操作杆及其制备方法。所述夹芯绝缘操作杆是一种中空的夹芯结构，由内往外依次是，内层为玻纤预浸布，夹层为发泡芯材，外层为玻纤预浸布。所述夹芯绝缘操作杆能真实有效实现操作杆的减重，机械性能提升，获得高品质的操作性能的优点。
Description
技术领域
本发明涉及纤维复材成型领域，尤其涉及一种夹芯绝缘操作杆及其制备方法。
背景技术
在高压作业过程中往往需要对线路中的带电开关进行开合或者处理其他事宜，由于带电线路与操作杆之间存在较大的电压差，所以需要操作杆具有很高的绝缘性能，防止在操作过程中发生损坏，给带电设备、电网以及人员带来安全隐患。
绝缘操作杆(又称高压拉闸杆、绝缘杆、高压操作杆,俗名多用令克棒)按电压等级可分为10KV、35KV、110KV、220KV、330KV、500KV。是根据电力系统生产、运行、维护需要而研制开发的适用型产品。绝缘操作杆是用于短时间对带电设备进行操作的绝缘工具，如接通或断开高压隔离开关、跌落熔丝具等操作。要求绝缘操作杆具备操作方便、结构灵活、绝缘性能好、重量轻、机械强度高、适用范围广、携带轻便、防潮性强的优点。
目前绝缘操作杆一般采用玻璃纤维环氧树脂杆手工卷制成型杆和机械拉挤成型杆2种。
其一手工卷制杆的优点是张性大，但是纵向强度相对机制拉挤成型杆小，该类工艺强度良率不高，由于成型过程中的层间微小气泡难以彻底排除，致使玻璃纤维环氧树脂的层间结合不完全紧密，对力学强度会有损失。
其二机械拉挤成型杆的优点是强度大，连续化生产能力高，但是横向张性相对手工卷制杆要小些，由于拉挤工艺致使层间铺层的设计自由度不足造成内部纤维布方向较为单一，导致杆体的力学性能存在严重的各项异形，整体综合强度不高。
发明内容
为克服上述行业难题，本发明的目的在于提出一种轻质高强的夹芯绝缘操作杆。能真实有效实现操作杆的减重，机械性能提升，获得高品质的操作性能。
为实现上述目的，本发明提供一种夹芯绝缘操作杆，所述夹芯绝缘操作杆是一种中空的夹芯结构，由内往外依次是，内层为玻纤预浸布，夹层为发泡芯材，外层为玻纤预浸布。
进一步，所述内层：夹层：外层的体积比为(0.1～10)：(0.1～5)：(1～10)。在该体积比制得的夹芯绝缘操作杆，具有较好的强度。
进一步，所述玻纤预浸布的重量比为85-98％，发泡芯材的重量比为2-15％。发泡芯材含量太少，减重不明显，太多，强度下降明显。申请人发现当玻纤预浸布的重量比为85-98％，发泡芯材的重量比为2-15％时，既能达到明显减重的优势，又能达到强度符合要求的要求。
进一步，所述夹芯绝缘操作杆的管外径为20-50mm；密度为1.1-2.6g/cm3。
进一步，所述玻纤预浸布为无捻E级电绝缘(无碱)连续玻纤或无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤，且为玻纤预浸布是单向布或编织布，其中FAW为100-400g/m2,环氧树脂的含量RC值为32-42％。
进一步，所述发泡芯材指在一定温度范围内可以启动膨胀的可塑热固高分子组合物，其启动膨胀温度为50-200℃，膨胀前后体积倍率为1-50倍，膨胀过程产生的压力范围为1-20kgf/cm2；优选地，所述发泡芯材的启动膨胀温度为50-180℃，膨胀前后体积倍率为5-20倍，膨胀过程产生的压力范围为2-12kgf/cm2。
进一步，其制备方法如下：
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯，根据夹芯绝缘操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布，然后在其外再卷制发泡芯材，最后在其外再卷制玻纤预浸布，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行表面上漆处理，获得夹芯结构操作杆体。
进一步，所述加热步骤中，温度为120℃-200℃，合模受热的的时间为10-120min；
任选的，所述固化成型步骤中，内部最大膨胀力范围为0.1-100kgf/cm2；
任选的，所述粗胚体的获得步骤中，开模的温度为10-80℃，冷却10-120min。
本发明还提供一种所述夹芯绝缘操作杆的制备方法，其特征在于，
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯，根据夹芯绝缘操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布，然后在其外再卷制发泡芯材，最后在其外再卷制玻纤预浸布，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行表面上漆处理，获得夹芯结构操作杆体。
进一步，所述加热步骤中，温度为120℃-200℃，合模受热的的时间为10-120min；
任选的，所述固化成型步骤中，内部最大膨胀力范围为0.1-100kgf/cm2；
任选的，所述粗胚体的获得步骤中，开模的温度为10-80℃，冷却10-120min。
外层的玻纤材料要求绝对绝缘，能轻得起10KV以上的耐压电击，S级的长纤有更好的强度和耐冲击性及良好的绝缘性，其他材料现在还没能达到此性能，不可取代本发明涉及的夹芯绝缘操作杆，具有优良的绝缘性能和使用寿命，能够充分确保操作过程中设备和人员的安全。
相对于传统现有方案具有如下轻质高强的显著优点：
1、较传统实体绝缘操作杆，本发明采用夹芯结构具有更低的设计密度，实现在相同外观尺寸下显著减轻制品的重量；
2、较传统实体绝缘操作杆的拉挤成型工艺，内部纤维布排布方向较为单一，导致各向力学性能差异较大，本发明采用模压成型工艺，可以对纤维布的铺层结构进行自由设计，有效弥补各向力学性能差异，进而提升制品的各项综合性能。
3、卷制时，发泡芯材直接包在里面，不需要二次加热，是一次成型。具有节省成本和简化操作程序的作用。
附图说明
图1是本发明所述夹芯绝缘操作杆体制备过程中的截面图。
图2是本发明所述夹芯绝缘操作杆体的横截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
一种夹芯绝缘操作杆，所述夹芯绝缘操作杆是一种中空的夹芯结构，由内往外依次是，内层为玻纤预浸布，夹层为发泡芯材，外层为玻纤预浸布。
进一步，所述内层：夹层：外层的体积比为(0.1～10)：(0.1～5)：(1～10)。
进一步，所述玻纤预浸布的重量比为85-98％，发泡芯材的重量比为2-15％。
进一步，所述夹芯绝缘操作杆的管外径为20-50mm；密度为1.1-2.6g/cm3。
进一步，所述玻纤预浸布为无捻E级电绝缘(无碱)连续玻纤或无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤，且为玻纤预浸布是单向布或编织布，其中FAW为100-400g/m2,环氧树脂的含量RC值为32-42％。
进一步，所述发泡芯材指在一定温度范围内可以启动膨胀的可塑热固高分子组合物，其启动膨胀温度为50-200℃，膨胀前后体积倍率为1-50倍，膨胀过程产生的压力范围为1-20kgf/cm2；优选地，所述发泡芯材的启动膨胀温度为50-180℃，膨胀前后体积倍率为5-20倍，膨胀过程产生的压力范围为2-12kgf/cm2。
进一步，其制备方法如下：
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯，根据夹芯绝缘操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布，然后在其外再卷制发泡芯材，最后在其外再卷制玻纤预浸布，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行表面上漆处理，获得夹芯结构操作杆体。
进一步，所述加热步骤中，温度为120℃-200℃，合模受热的的时间为10-120min；
任选的，所述固化成型步骤中，内部最大膨胀力范围为0.1-100kgf/cm2；
任选的，所述粗胚体的获得步骤中，开模的温度为10-80℃，冷却10-120min。
以下实施例的发泡芯材采用厦门市豪尔新材料股份有限公司生产的发泡芯材,具体型号为HR-312-W，HR-313，HR-313-1,HR-316,HR-318，HR-330或者其他具备受热膨胀的芯材同样适用。
以下实施例结合附图1和图2的示意图来说明。其中1是上模具，2是玻纤预浸布，3是发泡芯材，4是铁芯，5是下模具。
实施例1夹芯绝缘操作杆的制备
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材，其中采用无捻E级电绝缘(无碱)连续玻纤FAW为200g/m2,RC为35％，发泡芯材为HR-313，FAW为200g/m2；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯(其中铁芯的直径为25mm，长度为1.5m)，根据操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布(具体为5层)，然后在其外再卷制发泡芯材一层，最后在其外再卷制玻纤预浸布(5层)，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，其环境温度为150℃，成型时间30min，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，其温度为40℃，冷却时间30min，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行处理，表面上漆，获得夹芯结构操作杆体。
本实施例的内层：夹层：外层的体积比为5：1：5；合计壁厚2.5mm。
所述玻纤预浸布的重量比为95％，发泡芯材的重量比为5％。
获得上述夹芯结构操作杆体的密度为2.0g/cm3,外径为30mm，按照GB 13398-2008《带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒》进行三点弯曲，宽距1.1m，破坏载荷达到2100±15N,挠度值为13.2±0.5mm。对比无夹芯结构，同样尺寸的纯玻纤预浸布制作的操作杆，其制作方法与夹芯操作杆相似，只是中间没有卷制夹芯材料，全部用玻纤预浸布卷制。本实施例获得的夹芯结构操作杆体的重量减轻了23％，强度略高了3.4％。
实施例2夹芯绝缘操作杆的制备
裁切：根据绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材，其中采用无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤FAW为150g/m2,RC为35％，发泡芯材为HR-312，FAW为250g/m2；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯(其中铁芯的直径为31mm，长度为2.5m)，根据操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布(具体为3层)，然后在其外再卷制发泡芯材一层，最后在其外再卷制玻纤预浸布(10层)，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，其环境温度为135℃，成型时间120min，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，其温度为20℃，冷却时间60min，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行处理，表面上漆，获得夹芯结构操作杆体。
获得上述夹芯结构操作杆体的密度为1.85g/cm3,外径为36mm，按照GB 13398-2008《带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒》进行三点弯曲，宽距1.5m，破坏载荷达到2700±24N,挠度值为22.5±0.7mm。对比无夹芯结构，同样尺寸的纯玻纤预浸布制作的操作杆，重量减轻16％，强度提升5％。
实施例3夹芯绝缘操作杆的制备
裁切：根据绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材，其中采用无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤FAW为100g/m2,RC32为％，发泡芯材为HR-318，FAW为250g/m2；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯(其中铁芯的直径为31mm，长度为2.5m)，根据操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布(具体为3层)，然后在其外再卷制发泡芯材一层，最后在其外再卷制玻纤预浸布(10层)，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，其环境温度为120℃，成型时间80min，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，其温度为20℃，冷却时间120min，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行处理，表面上漆，获得夹芯结构操作杆体。
获得上述夹芯结构操作杆体的密度为1.91g/cm3,外径为37mm，按照GB 13398-2008《带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒》进行三点弯曲，宽距1.5m，破坏载荷达到2750±18N,挠度值为22.1±0.7mm。对比无夹芯结构，同样尺寸的纯玻纤预浸布制作的操作杆，重量减轻15％，强度提升6％。
实施例4：夹芯绝缘操作杆的制备
裁切：根据绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材，其中采用无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤FAW为400g/m2,RC42为％，发泡芯材为HR-316，FAW为250g/m2；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯(其中铁芯的直径为31mm，长度为2.5m)，根据操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布(具体为1层)，然后在其外再卷制发泡芯材一层，最后在其外再卷制玻纤预浸布(10层)，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，其环境温度为200℃，成型时间10min，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，其温度为80℃，冷却时间10min，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行处理，表面上漆，获得夹芯结构操作杆体。
获得上述夹芯结构操作杆体的密度为1.75g/cm3,外径为35mm，按照GB 13398-2008《带电作业用空心绝缘管、泡沫填充绝缘管和实心绝缘棒》进行三点弯曲，宽距1.5m，破坏载荷达到2600±20N,挠度值为21.6±0.7mm。对比无夹芯结构，同样尺寸的纯玻纤预浸布制作的操作杆，重量减轻18％，强度提升6％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种夹芯绝缘操作杆，其特征在于，夹芯绝缘操作杆是一种中空的夹芯结构，由内往外依次是，内层为玻纤预浸布，夹层为发泡芯材，外层为玻纤预浸布。
2.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述内层：夹层：外层的体积比为(0.1～10)：(0.1～5)：(1～10)。
3.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述玻纤预浸布的重量比为85-98％，发泡芯材的重量比为2-15％。
4.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述夹芯绝缘操作杆的管外径为20-50mm；密度为1.1-2.6g/cm3。
5.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述玻纤预浸布为无捻E级电绝缘(无碱)连续玻纤或无捻S级高机械强度(高强)连续玻纤，且玻纤预浸布是单向布或编织布，其中FAW为100-400g/m2,环氧树脂的含量RC值为32-42％。
6.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述发泡芯材指在一定温度范围内可以启动膨胀的可塑热固高分子组合物，其启动膨胀温度为50-200℃，膨胀前后体积倍率为1-50倍，膨胀过程产生的压力范围为1-20kgf/cm2；优选地，所述发泡芯材的启动膨胀温度为50-180℃，膨胀前后体积倍率为5-20倍，膨胀过程产生的压力范围为2-12kgf/cm2。
7.根据权利要求1所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，其制备方法如下：
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯，根据夹芯绝缘操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布，然后在其外再卷制发泡芯材，最后在其外再卷制玻纤预浸布，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行表面上漆处理，获得夹芯结构操作杆体。
8.根据权利要求7所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述加热步骤中，温度为120℃-200℃，合模受热的的时间为10-120min；
任选的，所述固化成型步骤中，内部最大膨胀力范围为0.1-100kgf/cm2；
任选的，所述粗胚体的获得步骤中，开模的温度为10-80℃，冷却10-120min。
9.一种权利要求1-8任一项所述夹芯绝缘操作杆的制备方法，其特征在于，
裁切：根据夹芯绝缘操作杆体的结构尺寸，裁切玻纤预浸布和发泡芯材；
卷制：采用刷过脱模剂和铁芯胶的铁芯，根据夹芯绝缘操作杆体的力学结构设计卷制玻纤预浸布，然后在其外再卷制发泡芯材，最后在其外再卷制玻纤预浸布，获得发泡芯材和玻纤预浸布的夹芯结构预制体；
转入模具：将上述预制体转入刷过脱模剂的操作杆体模具内，并上下合紧模具；
加热：将上述模具转入热环境，在加热传导的过程中夹芯层的发泡芯材受热膨胀，导致其外围的玻纤预浸布受挤压充满模腔，同时受热过程中玻纤预浸布中的环氧树脂固化成型；
固化成型冷却：待固化成型完成，将上述模具转至冷却环境；
粗胚体的获得：冷却至可开模温度，开模取出制件，并抽出铁芯，获得粗胚体；
外观处理：对上述粗胚体的外观进行表面上漆处理，获得夹芯结构操作杆体。
10.根据权利要求9所述夹芯绝缘操作杆，其特征在于，所述加热步骤中，温度为120℃-200℃，合模受热的的时间为10-120min；
任选的，所述固化成型步骤中，内部最大膨胀力范围为0.1-100kgf/cm2；
任选的，所述粗胚体的获得步骤中，开模的温度为10-80℃，冷却10-120min。
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2019
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