CN110342929A - 一种耐老化陶瓷绝缘子及其制备方法 - Google Patents

一种耐老化陶瓷绝缘子及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种耐老化陶瓷绝缘子，包括氧化锆基体，氧化锆基体从内至外依次设有2‑4mm的吸附层、1‑3mm的憎水层以及1‑2mm的反光层；所述吸附层包括以下按照重量份数算的原料，20‑30份有机硅烷，1‑3份分散剂，5‑10份牡蛎壳粉，1‑5份醋酸正丁酯，50‑100份溶剂A；所述反光层包括以下按照重量份数算的原料，5‑10份玻璃微珠，1‑5份钛白粉，50‑100份溶剂B；还公开了一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，本发明有效减少绝缘子表面的污秽累积量，提高耐污闪性能和冰闪性能，耐老化性能优异。

Description

一种耐老化陶瓷绝缘子及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘子领域，特别是一种耐老化陶瓷绝缘子及其制备方法。
背景技术
绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间的器件，能够耐受电压和机械应力作用。它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。
现有技术中的陶瓷绝缘子在户外使用时，运行的绝缘子时刻受到大气中各种污染源的影响，使其老化速率加快，而且容易出现污闪、冰闪现象。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种耐老化陶瓷绝缘子，包括氧化锆基体，氧化锆基体从内至外依次设有2-4mm的吸附层、1-3mm的憎水层以及1-2mm的反光层；
所述吸附层包括以下按照重量份数算的原料，20-30份有机硅烷，1-3份分散剂，5-10份牡蛎壳粉，1-5份醋酸正丁酯，50-100份溶剂A；
所述反光层包括以下按照重量份数算的原料，5-10份玻璃微珠，1-5份钛白粉，50-100份溶剂B。
优选地，所述憎水层包括按重量份数算的10-20份二氧化硅。
优选地，所述反光层表面设为波浪状。
优选地，所述分散剂为聚乙烯醇。
本发明还公开了一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备氧化锆基体：按重量份数将8-12份高岭土、3-7份石英矿、2-9份水云母、40-50份勃姆石、10-15份锆英石、5-10份甲长石、3-5份废弃物加入球磨机进行研磨2-4h，过筛，得氧化锆基体粉料；
S2：配制粘结溶液：将1-3份粘结剂加入90份溶剂C中，然后使用高压喷雾法加入氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，得到氧化锆基体泥料；
S3：制坯：将氧化锆基体泥料在80-100℃温度下进行干燥，倒入模具中成型得氧化锆基体；
S4：配制吸附层浆料：将吸附层原料混合均匀，制得吸附层浆料；
S5：配制憎水层浆料：将二氧化硅采用溶胶凝胶法制得溶胶溶液，得憎水层浆料；
S7：配制反光层浆料：将反光层原料混合均匀，制得反光层浆料；
S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在300-400℃进行煅烧，得一次成型体；
S9：在一次成型体上涂覆憎水层浆料，在500-700℃进行煅烧，得二次成型体；
S10：在二次成型体上涂覆反光层浆料，在1000-1200℃进行烧成，得三次成型体；
S11：冷却成型：对三次成型体进行降温处理，得陶瓷绝缘子。
优选地，所述粘结剂采用羧甲基纤维素或者羧甲基纤维素钠。
优选地，所述废弃物为废瓷片。
优选地，S11中所述降温处理采用以90-120℃/h的降温速率降温。
优选地，S1中所述过筛的目数为100-200目。
优选地，所述溶剂A和/或所述溶剂B和/或所述溶剂C为乙醇或丙酮。
本发明的有益效果：(1)本发明设置波浪状的反光层，具有良好的反光、散射的作用，降低陶瓷绝缘子老化速率；(2)本发明设置的憎水层，在雾霾重污秽或冰冷条件下仍能保持优异的超疏水性，有效减少绝缘子表面的污秽累积量，提高耐污闪性能和冰闪性能；(3)本发明设置的吸附层，经过长年累月的污秽积累，迁移渗透力的作用力，一部分颗粒渗入，采用吸附层对其进一步进行阻挡作用，由于吸附呈煅烧过程中，C、H元素会生成CO2和H2O挥发消除，形成网络状的Si-O结构，而牡蛎壳颗粒均匀的分布在该网络结构的空隙中，由于分子间存在相互吸引的作用力，污秽颗粒与牡蛎壳颗粒相互吸引，团聚在网络结构中，进一步防止对绝缘子的高耐污闪性能，优化电力系统环境；(4)本发明在氧化锆基体的原料中加入废弃物，解决废弃物利用问题，变废为宝；(5)本发明采用依次涂覆，煅烧温度从低至高，充分燃烧，使得整个烧成制度有利于氧化锆基体中晶型的完全转化，提高其抗老化能力；(6)本发明在制备过程中较传统方法提高冷却速率，可减少在转化倾向较大的温度区间的停留时间。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图中，1-氧化锆基体，2-吸附层，3-憎水层，4-反光层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
以下提到的废瓷片采用江西省萍乡市泸溪县誉鹏电气公司生产废弃的JYZ-33陶瓷绝缘子；
实施例1
如图1所示，一种耐老化陶瓷绝缘子，包括氧化锆基体1，氧化锆基体1从内至外依次设有2mm的吸附层2、1mm的憎水层3以及1mm的反光层4，反光层为波浪状，具体实施时，采用带波浪状的模具定模，或者其他现有技术的方式涂覆呈波浪状；
一种如上所述的耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备氧化锆基体1：按重量份数将8份高岭土、3份石英矿、2份水云母、40份勃姆石、10份锆英石、5份甲长石、3份废瓷片加入球磨机进行研磨2h，过100目筛，得氧化锆基体粉料；
S2：配制粘结溶液：将1份羧甲基纤维素加入90份丙酮中，然后使用高压喷雾法加入到氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，搅拌速率为800r/min，得到氧化锆基体泥料；
S3：制坯：将氧化锆基体泥料在80℃温度下进行干燥1h，倒入模具中成型得氧化锆基体1；
S4：配制吸附层浆料：将按照重量份数算20份有机硅烷、1份聚乙烯醇、5份牡蛎壳粉、1份醋酸正丁酯、50份乙醇混合均匀，制得吸附层浆料；
S5：配制憎水层浆料：将10份二氧化硅采用溶胶凝胶法制得溶胶溶液，得憎水层浆料；
S7：配制反光层浆料：将按照重量份数算的5份玻璃微珠、1份钛白粉、70份乙醇混合均匀，制得反光层浆料；
S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在空气气氛中300℃温度下进行煅烧1h，得一次成型体；
S9：在一次成型体上涂覆憎水层浆料，在空气气氛中500℃温度下进行煅烧2h，得二次成型体；
S10：在二次成型体上涂覆反光层浆料，在空气气氛中1000℃温度下进行烧成3h，得三次成型体；
S11：冷却成型：对三次成型体进行降温处理，降温速率为80℃/h，冷却到常温得陶瓷绝缘子。
实施例2
如图1所示，一种耐老化陶瓷绝缘子，包括氧化锆基体1，氧化锆基体1从内至外依次设有3mm的吸附层2、2mm的憎水层3以及1mm的反光层4，反光层为波浪状；
一种如上所述的耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备氧化锆基体1：按重量份数将10份高岭土、5份石英矿、6份水云母、45份勃姆石、12份锆英石、8份甲长石、4份废瓷片加入球磨机进行研磨3h，过150目筛，得氧化锆基体粉料；
S2：配制粘结溶液：将2份羧甲基纤维素加入90份丙酮中，然后使用高压喷雾法加入到氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，搅拌速率为1000r/min，得到氧化锆基体泥料；
S3：制坯：将氧化锆基体泥料在90℃温度下进行干燥1h，倒入模具中成型得氧化锆基体1；
S4：配制吸附层浆料：将按照重量份数算25份有机硅烷、2份聚乙烯醇、5份牡蛎壳粉、3份醋酸正丁酯、70份乙醇混合均匀，制得吸附层浆料；
S5：配制憎水层浆料：将15份二氧化硅采用溶胶凝胶法制得溶胶溶液，得憎水层浆料；
S7：配制反光层浆料：将按照重量份数算的7份玻璃微珠、3份钛白粉、80份乙醇混合均匀，制得反光层浆料；
S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在空气气氛中400℃温度下进行煅烧1h，得一次成型体；
S9：在一次成型体上涂覆憎水层浆料，在空气气氛中600℃温度下进行煅烧2h，得二次成型体；
S10：在二次成型体上涂覆反光层浆料，在空气气氛中1100℃温度下进行烧成3h，得三次成型体；
S11：冷却成型：对三次成型体进行降温处理，降温速率为80℃/h，冷却到常温得陶瓷绝缘子。
实施例3
如图1所示，一种耐老化陶瓷绝缘子，包括氧化锆基体1，氧化锆基体1从内至外依次设有4mm的吸附层2、3mm的憎水层3以及2mm的反光层4，反光层为波浪状；
一种如上所述的耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备氧化锆基体1：按重量份数将12份高岭土、7份石英矿、9份水云母、50份勃姆石、15份锆英石、10份甲长石、5份废瓷片加入球磨机进行研磨4h，过200目筛，得氧化锆基体粉料；
S2：配制粘结溶液：将2份羧甲基纤维素加入90份丙酮中，然后使用高压喷雾法加入到氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，搅拌速率为1200r/min，得到氧化锆基体泥料；
S3：制坯：将氧化锆基体泥料在90℃温度下进行干燥1h，倒入模具中成型得氧化锆基体1；
S4：配制吸附层浆料：将按照重量份数算30份有机硅烷、3份聚乙烯醇、10份牡蛎壳粉、5份醋酸正丁酯、100份乙醇混合均匀，制得吸附层浆料；
S5：配制憎水层浆料：将20份二氧化硅采用溶胶凝胶法制得溶胶溶液，得憎水层浆料；
S7：配制反光层浆料：将按照重量份数算的10份玻璃微珠、5份钛白粉、100份乙醇混合均匀，制得反光层浆料；
S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在空气气氛中400℃温度下进行煅烧1h，得一次成型体；
S9：在一次成型体上涂覆憎水层浆料，在空气气氛中700℃温度下进行煅烧2h，得二次成型体；
S10：在二次成型体上涂覆反光层浆料，在空气气氛中1200℃温度下进行烧成3h，得三次成型体；
S11：冷却成型：对三次成型体进行降温处理，降温速率为80℃/h，冷却到常温得陶瓷绝缘子。
实施例4
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步改变，具体是S11中，降温速率为90℃/h，其他同实施例2。
实施例5
本实施例是在实施例2的基础上作出的进一步改变，具体是S11中，降温速率为100℃/h，其他同实施例2。
实施例6
本实施例是在实施例4的基础上作出的进一步改变，具体是S4：配制吸附层浆料：将按照重量份数算25份有机硅烷、2份聚乙烯醇、5份牡蛎壳粉、1份醋酸正丁酯、70份乙醇混合均匀，制得吸附层浆料；其他同实施例4。
对比例1(无吸附层、无憎水层、无反光层)
采用传统市购的氧化锆陶瓷绝缘子作为对比例。
对比例2(低速搅拌)
本实施例是在实施例5的基础上作出的对比，具体是S2：配制粘结溶液：将2份羧甲基纤维素加入90份丙酮中，然后使用高压喷雾法加入到氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，搅拌速率为300r/min，得到氧化锆基体泥料；
对比例3(无添加牡蛎壳粉)
本实施例是在实施例5的基础上作出的对比，具体是S4：配制吸附层浆料：将按照重量份数算25份有机硅烷、2份聚乙烯醇、1份醋酸正丁酯、70份乙醇混合均匀，制得吸附层浆料；
对比例4(无废瓷片)
本实施例是在实施例5的基础上作出的对比，具体是S1：制备氧化锆基体1：按重量份数将10份高岭土、5份石英矿、6份水云母、45份勃姆石、12份锆英石、8份甲长石加入球磨机进行研磨3h，过150目筛，得氧化锆基体粉料；
对比例5(低降温速率)
本实施例是在实施例5的基础上作出的对比，具体是S11：冷却成型：对二次成型体进行降温处理，降温速率为50℃/h，其他同实施例5。
对比例6(一次煅烧)
本实施例是在实施例5的基础上作出的对比，具体是S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在空气气氛中400℃温度下进行煅烧1h，得一次成型体；
S9：在一次成型体上依次涂覆憎水层浆料、反光层，在空气气氛中1200℃温度下进行煅烧5h，得二次成型体；
S11：冷却成型：对二次成型体进行降温处理，降温速率为100℃/h，冷却到常温得陶瓷绝缘子。
将实施例1-6以及对比例1-6的陶瓷绝缘子进行以下性能测试，测试结果见表1。
试验1：将试样在-50℃-40℃的条件下反复冻融30次，观察试样是否有裂纹；
试验2：防雷电全波冲击闪络试验：采用冲击电压发生器模拟雷击，测试试样的防雷电全波冲击闪络电压值，即击穿电压。
试验3：人工模拟积污：国家电网特高压交流试验基地人工积污试验系统进行实验，具体采用50μm的氯化钠和硅藻土模拟污物，淋雨率：1.0mm/min,淋雨10min；人工喷雾15min，干燥60min，在该环境下运行5d，观察试样表面的积污情况；
试验4：将试样进行100h的电晕老化试验后采用接触角测试仪对其测量憎水性接触角，电晕老化实验条件：在3.5kv下对试样进行100h的电晕老化试验。
表1实施例1-6及对比例1-6的陶瓷绝缘子的性能测试值；
从上表可以看出，实施例1-6的防污闪效果显著，且100次老化试验后憎水性能保持较优，其中实施例2效果最优，而且经过冻融循环测试实施例1-6试样表面较光滑，无裂纹，说明本发明的耐老化性较对比例1-6的试样好，根据实施例和对比例的分析，其中对比例1和实施例2比较，其试验1-4的效果较好，可知本发明通过增加吸附层、憎水层和反光层，能够提高电气性能，主要是由于设置的憎水层，在雾霾重污秽或冰冷条件下仍能保持优异的超疏水性(接触角达到140°)，有效减少绝缘子表面的污秽累积量，提高耐污闪性能和冰闪性能；设置的吸附层，由于迁移渗透力的作用力，一部分颗粒渗入，采用吸附层对其进一步进行阻挡作用，由于吸附呈煅烧过程中，C、H元素会生成CO2和H2O挥发消除，形成网络状的Si-O结构，另一方面，增加波浪状的反光层结构，具有良好的反光、散射的作用，降低陶瓷绝缘子老化速率；通过对比例4与实施例5的对比分析，可知添加了废瓷片仍能达到未添加瓷片的绝缘子的性能，在不影响试样的电气性能的前提下，使废瓷片得到二次利用，变废为宝；而从对比例3和实施例5的对比分析可知，实施例5的电气性能优于对比例3，主要是由于牡蛎壳颗粒均匀的分布在Si-O网络结构的空隙中，由于分子间存在相互吸引的作用力，污秽颗粒与牡蛎壳颗粒相互吸引，团聚在网络结构中，进一步防止对绝缘子的高耐污闪性能；从对比例2、5、6和实施例5的对比分析可知，可知搅拌速率、降温速率以及煅烧方式均为关键影响因素，其中本发明采用较高的搅拌速率(800-1200r/min)使得粉体颗粒分布更均匀，粉料的混合效果更好；采用依次涂覆工艺，煅烧温度从低至高，使得绝缘子充分燃烧，使得整个烧成制度有利于氧化锆基体中晶型的完全转化，提高其抗老化能力；同时在制备过程中较传统方法提高冷却速率至90-120℃/h，可减少在转化倾向较大的温度区间的停留时间。
上述实施例仅描述现有设备最优使用方式，而运用类似的常用代替本实施例中的元素，均落入保护范围。

Claims (10)

1.一种耐老化陶瓷绝缘子，其特征在于：包括氧化锆基体(1)，氧化锆基体(1)从内至外依次设有2-4mm的吸附层(2)、1-3mm的憎水层(3)以及1-2mm的反光层(4)；
所述吸附层(2)包括以下重量份数的原料，20-30份有机硅烷，1-3份分散剂，5-10份牡蛎壳粉，1-5份醋酸正丁酯，50-100份溶剂A；
所述反光层(4)包括以下重量份数的原料，5-10份玻璃微珠，1-5份钛白粉，50-100份溶剂B。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化陶瓷绝缘子，其特征在于：所述憎水层(3)包括10-20重量份数的二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的一种耐老化陶瓷绝缘子，其特征在于：所述反光层(4)表面设为波浪状。
4.根据权利要求1所述的一种耐老化陶瓷绝缘子，其特征在于：所述分散剂为聚乙烯醇。
5.一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：制备氧化锆基体：按重量份数将8-12份高岭土、3-7份石英矿、2-9份水云母、40-50份勃姆石、10-15份锆英石、5-10份甲长石、3-5份废弃物加入球磨机进行研磨2-4h，过筛，得氧化锆基体粉料；
S2：配制粘结溶液：将1-3份粘结剂加入90份溶剂C中，然后使用高压喷雾法加入至氧化锆基体粉料中，同时进行搅拌，得到氧化锆基体泥料；
S3：制坯：将氧化锆基体泥料在80-100℃温度下进行干燥1-2h，倒入模具中成型得氧化锆基体；
S4：配制吸附层浆料：将吸附层原料混合均匀，制得吸附层浆料；
S5：配制憎水层浆料：将二氧化硅采用溶胶凝胶法制得溶胶溶液，得憎水层浆料；
S7：配制反光层浆料：将反光层原料混合均匀，制得反光层浆料；
S8：在氧化锆基体上涂覆吸附层浆料；在300-400℃进行煅烧，得一次成型体；
S9：在一次成型体上涂覆憎水层浆料，在500-700℃进行煅烧，得二次成型体；
S10：在二次成型体上涂覆反光层浆料，在1000-1200℃进行烧成，得三次成型体；
S11：冷却成型：对三次成型体进行降温处理，得陶瓷绝缘子。
6.根据权利要求5所述的一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：所述粘结剂采用羧甲基纤维素或者羧甲基纤维素钠。
7.根据权利要求5所述的一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：所述废弃物为废瓷片。
8.根据权利要求5所述的一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：S11中所述降温处理采用以90-120℃/h的降温速率降温。
9.根据权利要求5所述的一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：S1中所述过筛的目数为100-200目。
10.根据权利要求1或5所述的一种耐老化陶瓷绝缘子的制备方法，其特征在于：所述溶剂A和/或所述溶剂B和/或所述溶剂C为乙醇或丙酮。
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Denomination of invention: A kind of anti-aging ceramic insulator and preparation method thereof

Effective date of registration: 20220905

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Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd. Luxi branch

Pledgor: Jiangxi Yupeng Electric Group Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980014476

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