CN110330632A - 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.制备改性空心有机微珠；b.制备芯体填充材料原料；c.芯体填充材料原料固化成型。它具有并孔和通孔率低、闭孔率高，吸水率低的特点。从而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
随着我国电网技术水平的提高，输电线路呈现长距离、规模化、大型化的发展趋势。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运行。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，在大风、雨雪等恶劣天气下经常出现因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，严重威胁着输电线路的安全运行。输电线路电压等级越高，与之相对应的绝缘子串也就越长，这样势必增加了铁塔的高度，加大了铁塔钢材用量，给输电线路的日常运行和检修工作增加了工作量。同时，为了避免因导线舞动而引起跳闸，必须增加线间距离，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。因此，寻找新型、环保的轻质材料代替传统钢材是解决上述问题的一个途径。
复合绝缘横担是一种新型材料的横担，体积小、质量轻、机械强度高、电气性能优越。它具有耐腐蚀、抗老化、降低线路维护成本、降低运输和组装成本、提高配电线路的绝缘水平等优点，很好地解决了预留走廊宽度小的问题。目前复合横担在我国目前呈快速发展趋势，未来具有广泛的应用前景。
复合绝缘横担由硅橡胶伞裙，护套，芯棒，内芯组成。聚氨酯内芯具有质量轻，绝缘强度好，发泡简单的优点，应用于绝缘横担内绝缘。聚氨酯泡沫材料目前广泛使用的是自由发泡，异氰酸酯(黑料)和多元醇(白料)是制备聚氨酯泡沫的两种组份，调整黑料白料的不同比例，混合进入模具后开始发泡。黑料与白料常温下均为液态，便于处理。对聚氨酯材料本身性能而言，成型后的聚氨酯泡沫兼具固体和空心材料的特点，密度低兼绝缘性能较好，但具有如下问题：首先是内部气孔排布不均匀，闭孔率和气孔大小会在有水分渗透后影响内部场强，造成聚氨酯击穿电压降低；其次，不同组分聚氨酯本体材料性能参数对染料渗透实验及水扩散实验存在影响。聚氨酯气孔的大小，不均匀度以及排布方式对介电性能均会产生较大的影响，发泡过程中，不同比例A，B料遇水发热温升产生小泡挤压内壁，形成自发粘合层而产生界面，在发泡一段时间后，温度下降造成整体材料收缩，由于热胀冷缩效应产生的应力亦会对及界面产生影响。
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，对复合绝缘横担的聚氨酯材料芯体进行材料改性以获得适应复合绝缘横担实际运行条件的物理/电学特性，对于实现输电线路小型化，节约铁塔钢材用量及输电走廊的占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，它具有并孔和通孔率低、闭孔率高，吸水率低的特点。从而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.制备改性空心有机微珠，称取空心有机微珠700.35～1120.56重量份，白料8000～12000重量份，偶联剂70.035～112.056重量份，将上述原料混合后在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，得到改性空心有机微珠；
白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400；偶联剂为硅烷偶联剂为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其中之一；
b.制备芯体填充材料原料，称取催化剂5～10重量份与步骤a中所获得的改性空心有机微珠混合，之后再与2000～6000重量份的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，得到芯体填充材料原料；
催化剂为三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺其中之一；黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯；
c.芯体填充材料原料固化成型，将步骤b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：
空心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。
步骤c中复合绝缘横担模具内所喷涂的脱模剂为全氟烷基丙烯酸酯。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明对复合绝缘横担的内芯填充材料中增添填料，来提高其物理/电学特性，尤其是采用改性的有机微珠作为填料时，可极大地抑制内芯的水份扩散、提高内芯填充材料的抗电压击穿能力，微珠平均粒径50～200um，与单纯聚氨酯泡沫相比击穿添加有机微珠后的聚氨酯泡沫所需要的电场强度提高到7.4kv/mm，水扩散后泄漏电流也从未添加微珠时的65mA(1kV闪络)降低至95uA(12kV未闪络)；本发明产品独特，构思新颖，利用其可大大提高绝缘横担的绝缘性能，延长了绝缘横担的使用寿命。
附图说明
图1为按照实施例2所做出的有机微珠填充聚氨酯材料扫描电镜图；
图2为现有技术中复合绝缘横担芯体填充的聚氨酯发泡材料水扩散试验后泄漏电流图；
图3为按照实施例2所做出的有机微珠填充聚氨酯材料水扩散试验后泄漏电流图；
图4为单纯聚氨酯泡沫与添加有机微珠后的聚氨酯泡沫的击穿电场强度；
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.制备改性空心有机微珠，称取空心有机微珠700.35重量份，白料8000重量份，偶联剂70.035重量份，将上述原料混合后在转速为1000r/min下搅拌4min，得到改性空心有机微珠；
白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400；偶联剂为硅烷偶联剂为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其中之一；
b.制备芯体填充材料原料，称取催化剂5重量份与步骤a中所获得的改性空心有机微珠混合，之后再与2000重量份的黑料混合在一起，并在转速为1000r/min下搅拌1min，得到芯体填充材料原料；
催化剂为三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺其中之一；黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯；
c.芯体填充材料原料固化成型，将步骤b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℃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。
空心有机微珠物理参数为：密度0.06g/cm3、平均粒径1μm、壁厚0.14μm。
步骤c中复合绝缘横担模具内所喷涂的脱模剂为全氟烷基丙烯酸酯。
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.制备改性空心有机微珠，称取空心有机微珠800重量份，白料8000～12000重量份，偶联剂90重量份，将上述原料混合后在转速为1500r/min下搅拌6min，得到改性空心有机微珠；
白料为聚丙二醇400；偶联剂为硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
b.制备芯体填充材料原料，称取催化剂8重量份与步骤a中所获得的改性空心有机微珠混合，之后再与4000重量份的黑料混合在一起，并在转速为1300r/min下搅拌1～2min，得到芯体填充材料原料；
催化剂为二甲氨基乙基醚；黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯；
c.芯体填充材料原料固化成型，将步骤b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。
空心有机微珠物理参数为：密度0.18g/cm3、平均粒径50μm、壁厚0.18μm。
步骤c中复合绝缘横担模具内所喷涂的脱模剂为全氟烷基丙烯酸酯。
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.制备改性空心有机微珠，称取空心有机微珠1120.56重量份，白料12000重量份，偶联剂112.056重量份，将上述原料混合后在转速为1800r/min下搅拌8min，得到改性空心有机微珠；
白料为聚丙二醇400；偶联剂为硅烷偶联剂为3-脲基丙基三乙氧基硅烷；
b.制备芯体填充材料原料，称取催化剂10重量份与步骤a中所获得的改性空心有机微珠混合，之后再与6000重量份的黑料混合在一起，并在转速为1800r/min下搅拌2min，得到芯体填充材料原料；
催化剂为五甲基二乙烯三胺；黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯；
c.芯体填充材料原料固化成型，将步骤b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。
空心有机微珠物理参数为：密度0.26g/cm3、平均粒径100μm、壁厚1.24μm。
步骤c中复合绝缘横担模具内所喷涂的脱模剂为全氟烷基丙烯酸酯。
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。
如图1所示，与传统发泡材料相比较，微球直接添加进入理论上可达到100％的闭孔率，且微球具有弹性，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，微球形状完整且一致性良好，没有对比例中出现的间隙、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。

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.制备改性空心有机微珠，称取空心有机微珠700.35～1120.56重量份，白料8000～12000重量份，偶联剂70.035～112.056重量份，将上述原料混合后在转速为1000～1800r/min下搅拌4～8min，得到改性空心有机微珠；
所述白料为聚乙二醇200或聚丙二醇400；所述偶联剂为硅烷偶联剂为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其中之一；
b.制备芯体填充材料原料，称取催化剂5～10重量份与步骤a中所获得的改性空心有机微珠混合，之后再与2000～6000重量份的黑料混合在一起，并在转速为1000～1800r/min下搅拌1～2min，得到芯体填充材料原料；
所述催化剂为三乙烯二胺、二甲氨基乙基醚、辛酸亚锡、五甲基二乙烯三胺其中之一；所述黑料为二苯基甲烷二异氰酸酯；
c.芯体填充材料原料固化成型，将步骤b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：所述空心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：所述步骤c中复合绝缘横担模具内所喷涂的脱模剂为全氟烷基丙烯酸酯。
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