CN110330630A - 一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，属于复合绝缘横担内芯填充材料制备技术领域。包括以下步骤：a.称取以下重量份的原料：催化剂5～10份，白料8000～12000份，黑料2000～6000份，发泡有机微珠700～1120份，硅烷偶联剂70～112份；b.制备改性发泡有机微珠；c.制备芯体填充材料原料；d.芯体填充材料原料固化成型。它可以在很大程度上降低吸水率，从而提高其耐腐蚀、抗老化性能，以达到提高内绝缘性能目的。

Description

一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合绝缘横担内芯填充材料制备技术领域。
背景技术
目前，我国输电线路都是沿用传统的铁塔、钢管杆、混凝土杆配置钢质横担，悬挂绝缘子串的形式。但由于钢质横担的绝缘距离和爬电距离较短，为了满足相应的绝缘距离和爬电距离的需要，钢质横担必须配置很长的绝缘子串，因此，对铁塔的高度有较高要求，加大了铁塔钢材用量；同时为了避免因悬挂在较长的绝缘子串上的导线舞动而引起的风偏闪络、雷电闪络、覆冰闪络、污秽闪络等故障，对线间距离也有较高要求，需要增加横担距离，在增加铁塔钢材用量的同时，势必增加输电走廊的占地面积，在目前土地资源紧缺的情况下，给输电线路的投资建设带来了不小的麻烦。由于复合绝缘横担的绝缘距离和爬电距离较长，可以很好的解决上述问题，新建的输电线路中以逐步将复合绝缘横担取代钢质横担。
复合绝缘横担由护套，硅橡胶伞裙，内芯，芯棒组成。采用聚氨酯作为内芯填充型空心复合支柱绝缘子可获得绝缘强度好，质量轻，发泡简单等优点。聚氨酯泡沫材料的组成成分是多元醇(白料)和异氰酸酯(黑料)，均呈液态形式。先将黑白双料按不同的比例称量，再混合倒进模具发泡。制作完成后得到的聚氨酯泡沫有绝缘性强，密度低的优点。与此同时，它也存在问题，材料内部会存在分布不均匀的气孔，当有水分渗透后会对内部场强造成影响，降低其击穿电压。聚氨酯的介电性能会受气孔的不均匀度、大小以及排布方式的影响。另外，在发泡过程中，A，B料遇水发热，膨胀后产生的小泡挤压内壁，会形成自发粘合层，产生界面，冷却一段时间后，整体材料会热胀冷缩，产生的应力对界面也会造成影响。
在长期实际运行中，聚氨酯内芯不可避免受到复杂环境因素的影响，然而纯聚氨酯硬泡材料具有很强的吸水性，同时存在耐候性较差的问题。水分存在会降低聚氨酯泡沫的击穿强度，导致其泄漏电流提高，大大降低了其绝缘特性。
因此，研究如何降低降低复合绝缘横担吸水率，以提高绝缘性能，对实现输电塔小型化，节约用地面积有着重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，它可以在很大程度上降低吸水率，从而提高其耐腐蚀、抗老化性能，以达到提高内绝缘性能目的。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，包括以下步骤：
a.称取以下重量份的原料：催化剂5～10份，白料8000～12000份，黑料2000～6000份，发泡有机微珠700～1120份，硅烷偶联剂70～112份；
催化剂为下述中的任意一种：三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺，白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400，黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯，硅烷偶联剂为下述中的任意一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷；
b.制备改性发泡有机微珠，将步骤a中所称取的发泡有机微珠、白料和硅烷偶联剂混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，以得到改性发泡有机微珠；
c.制备芯体填充材料原料，将步骤a中所称取的催化剂与步骤b中所获得的改性发泡有机微珠进行搅拌混合，之后再与步骤a中所称取的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，之后在150～180℃恒温箱中保持恒温2～10min；使改性发泡有机微珠膨胀，形成膨胀有机微珠，得到芯体填充材料原料；
d.芯体填充材料原料固化成型，将步骤c中所获得的芯体填充材料原料填充于预热的复合绝缘横担模具中，在90～120℃下固化8小时以上，之后从复合绝缘横担模具中取出固化成型的产品，即制得用于复合绝缘横担的内芯填充材料。
本发明进一步改进在于：
发泡有机微珠物理参数为：密度0.06-0.26g/cm3、平均粒径1-100μm、壁厚0.14-1.24μm。
在步骤a中，称取原料及其重量份为：催化剂8份，白料10000份，黑料4000份，发泡有机微珠900份，硅烷偶联剂90份。
聚氨酯发泡材料添加膨胀有机微珠后性能改善原因要点：
1、传统聚氨酯发泡材料，通过内部异氰酸酯和多元醇反应放出气体，产生内部气泡，理想的聚氨酯泡沫材料应是完全闭孔的球体相互接触堆堵起来，实际聚氨酯泡沫SEM图如图5所示，该气泡大小约200um，且由于反应不可控，由于发泡过程中气泡的形核长大存在应力等作用使泡孔壁树脂熔体的表面张力与基体树脂产生了差异，造成泡孔间存在间隙，如图5可看到泡孔之间可以看到明显的间隙，泡孔与泡孔实际并非紧密堆堵；泡孔相互挤压，形状变化趋于不规则，并出现了并孔和通孔。在绝缘材料的长期户外运行中，难免受到水分等外界因素侵入的影响，传统发泡硬质聚氨酯泡沫材料长期来看吸水率不能够复合要求。
2、按照膨胀有机微球改性方法制备复合聚氨酯泡沫材料，
与传统发泡材料相比较，有机微珠直接添加进入并进行膨胀发泡，由于膨胀过程中可使得有机微珠紧贴树脂基体，使得基体内微观界面及缝隙性能良好，且有机微珠具有弹性，其在机械搅拌等工艺上不容易破碎，从微观形貌图上可看出，有机微珠形状完整且一致性良好，没有对比图5中出现的间隙、破损等微观缺陷，泡孔间也没有明显形成间隙，泡孔与泡孔紧密堆堵；泡孔形状变化趋于规则，并没有出现并孔和通孔。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
膨胀有机微珠具有质轻、低导热、强度高和良好的化学稳定性等优点，经过高温膨胀处理，其体积可膨胀至原来的50倍，同时通过本方法处理使其具有亲油、憎水性能，非常容易分散于聚氨酯等有机材料中。其有足够的抗压、耐热、抗腐蚀以及优良的电绝缘性，具有良好的热稳定性能和电气性能。其次，膨胀有机微珠的各向同性无择优取向，又与热塑性，热固性高聚物有着良好的相溶性，可采用多种工艺压模成型，是一种理想的材料。故较好的选择是添加膨胀有机微珠后的聚氨酯填充物材料。
本发明复合绝缘横担的内芯填充材料中微球形状完整且一致性良好，泡孔间的间隙、破损率、并孔及通孔现象明显降低，可极大地抑制内芯的水份扩散，从而降低吸水率，提高内芯填充材料的绝缘强度，微珠粒径约为180um；添加膨胀有机微珠的聚氨酯相对于未添加前的平均击穿电场强度得到了有效提高，约为1.5kv/mm；另外，膨胀有机微珠的添加还会大幅地降低聚氨酯的泄漏电流，未作添加的聚氨酯在加压1kv电压20秒时泄漏电流快接近80000uA，绝缘能力较差，而添加膨胀有机微珠后的聚氨酯在加压12kv后15分钟内并未闪络，泄露电流得到了有效降低。
本发明抑制内芯的水份扩散性能还可提高其耐腐蚀、抗老化性能，延长了绝缘横担的使用寿命。
它可以在很大程度上降低吸水率，从而提高其耐腐蚀、抗老化性能，以达到提高内绝缘性能目的。
附图说明
图1为按照实施例2所做出的添加膨胀有机微珠的聚氨酯和未作添加膨胀有机微珠的平均击穿电场强度图；
图2为按照实施例2所做出的添加膨胀有机微珠的聚氨酯材料扫描电镜图；
图3为目前所采用的复合绝缘横担内芯填充的聚氨酯发泡材料水扩散试验后泄漏电流图；
图4为照实施例2所做出的添加膨胀有机微珠后聚氨酯材料水扩散试验后泄漏电流图；
图5为目前所采用的复合绝缘横担内芯填充的聚氨酯发泡材料电子显微镜下照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施案例1
一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，包括以下步骤：
a.称取以下重量份的原料：催化剂5份，白料8000份，黑料2000份，发泡有机微珠700份，硅烷偶联剂70份；
催化剂为下述中的任意一种：三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺，白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400，黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯，硅烷偶联剂为下述中的任意一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷；
b.制备改性发泡有机微珠，将步骤a中所称取的发泡有机微珠、白料和硅烷偶联剂混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，以得到改性发泡有机微珠；
c.制备芯体填充材料原料，将步骤a中所称取的催化剂与步骤b中所获得的改性发泡有机微珠进行搅拌混合，之后再与步骤a中所称取的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，之后在150～180℃恒温箱中保持恒温2～10min；使改性发泡有机微珠膨胀，形成膨胀有机微珠，得到芯体填充材料原料；
d.芯体填充材料原料固化成型，将步骤c中所获得的芯体填充材料原料填充于预热的复合绝缘横担模具中，在90～120℃下固化8小时以上，之后从复合绝缘横担模具中取出固化成型的产品，即制得用于复合绝缘横担的内芯填充材料。
发泡有机微珠物理参数为：密度0.06-0.26g/cm3、平均粒径1-100μm、壁厚0.14-1.24μm。
实施例2
一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，包括以下步骤：
a.称取以下重量份的原料：催化剂8份，白料10000份，黑料4000份，发泡有机微珠900份，硅烷偶联剂90份；
催化剂为三乙烯二胺，白料为聚乙二醇200，黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷；
b.制备改性发泡有机微珠，将步骤a中所称取的发泡有机微珠、白料和硅烷偶联剂混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌6min，以得到改性发泡有机微珠；
c.制备芯体填充材料原料，将步骤a中所称取的催化剂与步骤b中所获得的改性发泡有机微珠进行搅拌混合，之后再与步骤a中所称取的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1.5min，之后在170℃恒温箱中保持恒温8min；使改性发泡有机微珠膨胀，形成膨胀有机微珠，得到芯体填充材料原料；
d.芯体填充材料原料固化成型，将步骤c中所获得的芯体填充材料原料填充于预热的复合绝缘横担模具中，在100℃下固化10小时，之后从复合绝缘横担模具中取出固化成型的产品，即制得用于复合绝缘横担的内芯填充材料。
发泡有机微珠物理参数为：密度0.06-0.26g/cm3、平均粒径1-100μm、壁厚0.14-1.24μm。
实施例3
一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，包括以下步骤：
a.称取以下重量份的原料：催化剂10份，白料12000份，黑料6000份，发泡有机微珠1120份，硅烷偶联剂112份；
催化剂为下述中的任意一种：三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺，白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400，黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯，硅烷偶联剂为下述中的任意一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷；
b.制备改性发泡有机微珠，将步骤a中所称取的发泡有机微珠、白料和硅烷偶联剂混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，以得到改性发泡有机微珠；
c.制备芯体填充材料原料，将步骤a中所称取的催化剂与步骤b中所获得的改性发泡有机微珠进行搅拌混合，之后再与步骤a中所称取的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，之后在150～180℃恒温箱中保持恒温2～10min；使改性发泡有机微珠膨胀，形成膨胀有机微珠，得到芯体填充材料原料；
d.芯体填充材料原料固化成型，将步骤c中所获得的芯体填充材料原料填充于预热的复合绝缘横担模具中，在90～120℃下固化8小时以上，之后从复合绝缘横担模具中取出固化成型的产品，即制得用于复合绝缘横担的内芯填充材料。
发泡有机微珠物理参数为：密度0.06-0.26g/cm3、平均粒径1-100μm、壁厚0.14-1.24μm。

Claims (3)

1.一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.称取以下重量份的原料：催化剂5～10份，白料8000～12000份，黑料2000～6000份，发泡有机微珠700～1120份，硅烷偶联剂70～112份；
所述催化剂为下述中的任意一种：三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺，所述白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400，黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯，硅烷偶联剂为下述中的任意一种：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-脲基丙基三乙氧基硅烷；
b.制备改性发泡有机微珠，将步骤a中所称取的发泡有机微珠、白料和硅烷偶联剂混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，以得到改性发泡有机微珠；
c.制备芯体填充材料原料，将步骤a中所称取的催化剂与步骤b中所获得的改性发泡有机微珠进行搅拌混合，之后再与步骤a中所称取的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，之后在150～180℃恒温箱中保持恒温2～10min；使改性发泡有机微珠膨胀，形成膨胀有机微珠，得到芯体填充材料原料；
d.芯体填充材料原料固化成型，将步骤c中所获得的芯体填充材料原料填充于预热的复合绝缘横担模具中，在90～120℃下固化8小时以上，之后从复合绝缘横担模具中取出固化成型的产品，即制得用于复合绝缘横担的内芯填充材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，其特征在于：所述发泡有机微珠物理参数为：密度0.06-0.26g/cm3、平均粒径1-100μm、壁厚0.14-1.24μm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于复合绝缘横担的芯体填充材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，称取原料及其重量份为：催化剂8份，白料10000份，黑料4000份，发泡有机微珠900份，硅烷偶联剂90份。
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