CN110676001A - 一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物及其制造方法，组合物包括芯棒、套装在芯棒上的瓷质伞裙套件和固定装配在芯棒两端的金具，瓷质伞裙套件由伞裙和裙套一体式组成；在芯棒上设有轴向的凸条，与其相对应，在裙套上开有与凸条数量及形状相同的凹槽，凸条嵌入式插装在凹槽中，芯棒和瓷质伞裙套件则被紧密固定在一起。本发明具有多伞裙、大尺寸，机械强度高、抗老化、牢固耐用、安全可靠、超薄化高性能、重量轻、硬度大、韧性好、清水性好、防污性好、防雷击和高强绝缘性等性能，具有优良的过电压耐受能力和抗无线电干扰等多项技术性能，它杜绝了在建设工地绝缘子加工串长，降低特高压电网建设成本及人工安装和检修时间。
Description
技术领域
本发明涉及特高压电网空架线路绝缘子技术领域，涉及一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物及其制造方法。
背景技术
近年来，基于原有研发复合材料的陶瓷绝缘子技术，通常采用氧化铝、来增加瓷绝缘子强度，虽然其技术指标有较大幅度的提升，可以满足常规高压线路的技术需求，但仍不能满足特高压和超特高压电网的技术要求，而且其对同一规格产品就已超过了国标重量的10％-15％的比重要求，对线路铁塔承载也带来了较大的安全压力和稳范，并且也大大的增加了电网建设成本。
随着国内对电力需求的快速增长，对特高压和超特高压电网的技术需求也在不断急剧增大。特高压和超特高压的交直流输电线路的电压为1000-1100-1500kV，甚至更高，因此其输送容量很大，但是其电网系统比常规高压500-800kV要复杂得多，对特高压和超特高压输电系统对绝缘子提出了比现有电压等级下的绝缘子更多更高的技术要求：如远距离、高强度、防污闪、高韧性、优异的电绝缘性、高耐候性、使用寿命等，同时更要求绝缘子大规格、多伞型、重量轻以及具有优良的过电压耐受能力和抗无线电干扰等多项技术性能。
现有的绝缘子由于伞裙与芯棒之间采用粘接方法连接，时间用久易产生缝隙，降低了绝缘子的强度，并对电绝缘性产生不利的影响。
发明内容
为解决上述难题，本发明是针对国内外特高压和超特高压电网的技术需求和经济发展背景下的创新和研发，提供一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物及其制造方法。
本发明的技术方案为：
一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物，包括芯棒、套装在芯棒上的瓷质伞裙套件和固定装配在芯棒两端的金具，
瓷质伞裙套件由伞裙和裙套一体式组成；在芯棒上设有轴向的凸条，与其相对应，在裙套上开有与凸条数量及形状相同的凹槽，凸条嵌入式插装在凹槽中，芯棒和瓷质伞裙套件则被紧密固定在一起。
伞裙数量达45-65，芯棒和瓷质伞裙套件总长达1-10m。
芯棒的表面涂覆一层高附着力的瓷硅胶涂层。
在芯棒和瓷质伞裙套件之间粘接有一层高强真空粘接剂。
凸条在芯棒上平均分布3-4条。
凸条为4条。
高强真空粘接剂采用速干无收缩高强真空粘接剂，为树脂粘结剂、橡胶粘结剂、油漆粘结剂中的任一种。
复合材料超多伞裙绝缘子组合物的制造方法包括制造瓷质伞裙套件、制造芯棒和组装复合材料超多伞裙绝缘子组合物。
本发明的有益效果是：
本发明根据电压所需，伞裙套可由单伞裙套递增到45-65以上伞裙套，棒长度可达1m-10m高压线路所需的超多伞裙绝缘子，独绝了在建设工地绝缘子加工串长，同时更减轻绝缘子的串长重量50％以上，提高了营运效果，降低特高压电网建设成本及人工安装和检修时间。本发明一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物及其制造方法，是由四种不同材质超簿型(壁厚10mm、直径200mm)瓷质伞裙套件与高强度、直径80mm复合纤维棒件组合、采用高强无收缩真空粘接剂定位的复合材料超多伞裙绝缘子组合物。所述轻质复合纤维棒是采用高强度绝缘纤维轻质材料制造，与陶瓷纤维超薄型伞裙套定位组合，形成国标技术要求的复合材料超多伞裙棒式及支柱式绝缘子。本发明在绝缘子行业中具有多伞裙、大尺寸，机械强度高、抗老化、牢固耐用、安全可靠、超薄化高性能、重量轻、硬度大、韧性好、清水性好、防污性好、防雷击和高强绝缘性等性能，具有优良的过电压耐受能力和抗无线电干扰等多项技术性能，抗冲击强度是瓷棒的10倍左右，确保了电网线路输电安全的可靠性和稳定性，该发明成果转化后产品可达国际领先水平。本发明根据电压所需，可由单伞裙递增，成为高压线路所需的超多伞裙绝缘子。它杜绝了在建设工地绝缘子加工串长，同时更减轻绝缘子的串长重量50％以上，提高了营运效果，降低特高压电网建设成本及人工安装和检修时间。
附图说明
图1是本发明一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物整体结构示意图，
图2是瓷质伞裙套件示意图，
图3是图1中的A-A剖面示意图，
图4是图3中的A部放大图，
图5是图4中的B部放大图。
图中标记：1、芯棒，1.2、凸条，2、瓷质伞裙套件，2.1、伞裙，2.2、裙套，2.3、凹槽，3、金具，4、瓷硅胶涂层，5、高强真空粘接剂。
具体实施方式
本发明实施例的结构示意图见附图所示。下面参照附图对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物，包括芯棒1、套装在芯棒1上的瓷质伞裙套件2和固定装配在芯棒1两端的金具3。
参见图2，瓷质伞裙套件2由伞裙2.1和裙套2.2一体式组成。伞裙2.1为超薄型(8-10mm)。
参见图3和图4，在芯棒1上设有轴向的凸条1.2，凸条1.2平均分布3-4条(图中的实施例为4条)，与其相对应，在裙套2.2上开有与凸条1.2数量及形状相同的凹槽2.3。凸条1.2嵌入式插装在凹槽2.3中，芯棒1和瓷质伞裙套件2则被紧密固定在一起。芯棒1为轻质复合纤维棒，是采用高强度绝缘纤维轻质材料制造。
参见图5，芯棒1的表面涂覆一层高附着力的瓷硅胶涂层4，从而解决内部漏电闪络击穿及耐污腐的难题，从而解决内部漏电闪络击穿及耐污腐的难题。可使芯棒的闪络电压提高35％以上。
再参见图5，在芯棒1和瓷质伞裙套件2之间粘接有一层高强真空粘接剂5，更加固了芯棒1和瓷质伞裙套件2之间的紧固连接与定位组合。
高强真空粘接剂5为速干无收缩高强真空粘接剂，可采用树脂粘结剂、橡胶粘结剂、油漆粘结剂中的任一种，是确保粘接密度、精度和粘结稳固的瓷质伞裙套定位剂。
再参见图5，芯棒1的表面涂覆一层高附着力的瓷硅胶涂层4，从而解决内部漏电闪络击穿及耐污腐的难题，从而解决内部漏电闪络击穿及耐污腐的难题。可使芯棒的闪络电压提高35％以上。本发明的伞裙2.1数量可达45-65以上，芯棒1和瓷质伞裙套件2总长最多可达10m。
为实现上述的设计方案，本发明一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物的制造方法：
一、制造瓷质伞裙套件
其制造工艺包括以下步骤：选料-配料-合成-球磨-过筛-陈腐-制泥-混磨-加三氧化二铝纤维-颗粒级配-真空-成型-干燥-微釉-焙烧-检验-电检，最后制成所述的瓷质伞裙套件。除成型和焙烧工艺外，其它工艺步骤均采用现有的制造工艺。其中，
(1)选料步骤采用的原料为：工业氧化铝粉、三氧化二铝纤维、熟料堇青石、锆英石、长石、高岭石、方石英、熟料铝矾土、Y-TZP稳定剂。配料步骤各原料的用料按以往制瓷经验配比，待后续过筛后最后再进行核准。
(2)过筛步骤后在陈腐步骤前，取原料化为泥浆，经由化学成分分析仪检测；化学成分的成分重量配比为：SiO2：30～35％，Al2O3：50～55％，Al2O3纤维：13～18％，ZrO2：0.5～1％，CaO：0.5～1％，Fe2O3：0.01～0.06％。如某一项或某几项不满足标准，适当改变相应的原料，再经过球磨化浆后混入整体中，再进行检测，直至合格。
(3)成型步骤中，旋坯成形采用铝模旋制坯件，须有一个装于旋坯机立轴上的旋坯承座，以带动铝模旋转。旋坯承座安装在旋坯机的立轴上，以螺纹连接。铝模倾斜部分的吻下端的倾斜角较小或成直线，角度以不使铝模与承座圆锥面吻合而紧固为准。铝膜同心度均恒并与旋坯机的径向同步适当，应能自由转动而又不摆动。为了防止旋坯时，因压力过大而导致铝模不转，可在承放铝模的肩部平面上加垫橡皮圈或平面擂花，以增大摩擦力，确保瓷坯达到轻质超薄型(壁厚8-10mm)精车坯加工之目的。
(4)焙烧步骤采用氧化焰烧成工艺，其步骤为：氧化焰16小时快速烧成，由常温25℃～2小时左右升温到200℃，以初排除泥坯体内含有的机械水份；再由200℃～5小时左右升温到600℃，以排除坯体含有的结构水份及有机杂物；再由600℃～9小时左右升温到1000℃，以排尽坯体含有的余水量及二氧化碳和有机杂物；再由1000℃～13小时左右升温到1250℃，以避免坯料中的Fe2O3和TiO2之类的可变价杂质被还原为具有半导体性的FeO和TiO2-x，提高电瓷产品的机械强度；最后由1250℃～15小时左右升温到1300℃，以排除各种余剩有机和氧化物，确保各类晶相变化的稳定及伞裙套的定位定型，保温1小时后自然降温完成。
焙烧工艺可比传统的还原焰烧成工艺缩短烧成时间6～8小时，节约烧成能耗25％～30％，减少二氧化碳排放量20％～25％，避免了电瓷坯料中的Fe2O3和TiO2等可变价杂质被还原为具有半导体性的FeO和TiO2-x，从而可提高电瓷产品的机械强度10％～15％，提高电气绝缘强度8％～10％，提高烧成合格率11％～16％，降低产品的生产成本17％～20％。
二、制造芯棒
(1)生产高强度轻质复合绝缘纤维芯棒，采用玻璃纤维缠绕层缠绕在内芯的外部；缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3～8°，第二缠绕组的缠绕角度为80～89°，缠绕层的厚度为80～150mm，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9∶1～3；第一缠绕组和所述的第二缠绕组交叉排列。利用玻璃纤维编织物与树脂通过光、热、催化等常规方法合成。
(2)芯棒的表面采用界面处理技术，涂覆一层高附着力液体瓷硅胶形成瓷硅胶涂层，从而解决内部漏电闪络击穿及耐污腐的难题。可使芯棒的闪络电压提高35％以上，具有强度高、重量轻、韧性好、抗拉性大、耐腐力强，抗冲击强度是瓷棒的10倍左右。因而具有良好的防止内部漏电闪络的绝缘性能、抗老化和机械强度高的优点。
三、组装复合材料超多伞裙绝缘子组合物
(1)采用速干无收缩高强真空粘接剂涂覆在裙套凹槽内和芯棒凸条外表面，确保粘接密度、精度和粘结稳固。
(2)凸条插入凹槽卡套，粘结定位。
(3)芯棒两端装配金具。
至此，本复合材料超多伞裙绝缘子组合物制造完成。
Claims (10)
1.一种复合材料超多伞裙绝缘子组合物，包括芯棒(1)、套装在芯棒(1)上的瓷质伞裙套件(2)和固定装配在芯棒(1)两端的金具(3)，其特征在于：瓷质伞裙套件(2)由伞裙(2.1)和裙套(2.2)一体式组成，瓷质伞裙套件(2)为陶瓷纤维复合材料的超薄型结构，伞裙(2.1)壁厚8-10mm；芯棒(1)为高强度轻质复合绝缘纤维制成；在芯棒(1)和瓷质伞裙套件(2)之间粘接有一层无收缩高强真空粘接剂(5)。
2.根据权利要求1所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物，其特征在于：在芯棒(1)上设有轴向的凸条(1.2)，与其相对应，在裙套(2.2)上开有与凸条(1.2)数量及形状相同的凹槽(2.3)，凸条(1.2)嵌入式插装在凹槽(2.3)中，芯棒(1)和瓷质伞裙套件(2)则被紧密固定在一起。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物，其特征在于：伞裙(2.1)数量达45-65，芯棒(1)和瓷质伞裙套件(2)总长达1-10m。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物，其特征在于：芯棒(1)的表面涂覆一层高附着力的瓷硅胶涂层(4)。
5.根据权利要求1所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物，其特征在于：高强真空粘接剂(5)采用速干无收缩高强真空粘接剂，为树脂粘结剂、橡胶粘结剂、油漆粘结剂中的任一种。
6.根据权利要求2所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物，其特征在于：凸条(1.2)在芯棒(1)上平均分布3-4条；优选为4条。
7.权利要求2所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物的制造方法，其特征在于：包括制造瓷质伞裙套件、制造芯棒和组装复合材料超多伞裙绝缘子组合物。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述制造瓷质伞裙套件制造工艺包括以下步骤：选料-配料-合成-球磨-过筛-陈腐-制泥-混磨-加三氧化二铝纤维-颗粒级配-真空-成型-干燥-微釉-焙烧-检验-电检，最后制成所述的瓷质伞裙套件；除成型和焙烧工艺外，其它工艺步骤均采用现有的制造工艺；其中，
(1)选料步骤采用的原料为：工业氧化铝粉、三氧化二铝纤维、熟料堇青石、锆英石、长石、高岭石、方石英、熟料铝矾土、Y-TZP稳定剂。配料步骤各原料的用料按以往制瓷经验配比，待后续过筛后最后再进行核准；
(2)过筛步骤后在陈腐步骤前，取原料化为泥浆，经由化学成分分析仪检测；化学成分的成分重量配比为：SiO2：30～35％，Al2O3：50～55％，Al2O3纤维：13～18％，ZrO2：0.5～1％，CaO：0.5～1％，Fe2O3：0.01～0.06％；如某一项或某几项不满足标准，适当改变相应的原料，再经过球磨化浆后混入整体中，再进行检测，直至合格；
(3)成型步骤中，旋坯成形采用铝模旋制坯件，须有一个装于旋坯机立轴上的旋坯承座，以带动铝模旋转；铝模倾斜部分的吻下端的倾斜角较小或成直线，角度以不使铝模与承座圆锥面吻合而紧固为准，铝膜同心度均恒并与旋坯机的径向同步适当，能自由转动而又不摆动；
(4)焙烧步骤采用氧化焰烧成工艺，其步骤为：氧化焰16小时快速烧成，由常温25℃～2小时左右升温到200℃；再由200℃～5小时左右升温到600℃；再由600℃～9小时左右升温到1000℃；再由1000℃～13小时左右升温到1250℃；最后由1250℃～15小时左右升温到1300℃，保温1小时后自然降温完成。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述的制造芯棒制造工艺为：
(1)生产高强度轻质复合绝缘纤维芯棒，采用玻璃纤维缠绕层缠绕在内芯的外部；缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3～8°，第二缠绕组的缠绕角度为80～89°，缠绕层的厚度为80～150mm，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9∶1～3；第一缠绕组和所述的第二缠绕组交叉排列；利用玻璃纤维编织物与树脂通过光、热、催化等常规方法合成；
(2)芯棒的表面采用界面处理技术，涂覆一层高附着力液体瓷硅胶形成瓷硅胶涂层。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述的复合材料超多伞裙绝缘子组合物组装为：
(1)采用速干无收缩高强真空粘接剂涂覆在裙套凹槽内和芯棒凸条外表面，确保粘接密度、精度和粘结稳固；
(2)凸条插入凹槽卡套，粘结定位；
(3)芯棒两端装配金具；
至此，本复合材料超多伞裙绝缘子组合物制造完成。
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