CN110845224B - 一种高强度耐老化的瓷绝缘子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石20～32份，石英22～30份，分子筛15～25份，三氧化二铝10～18份，氧化锆10～18份，增强纤维10～20份，纳米二氧化钛1～8份，纳米二氧化硅1～8份，纳米氮化硅1～8份，纳米氮化硼1～8份，海泡石粉2～8份，膨润土2～8份。本发明的绝缘子采用多种功能性原料复配，提高绝缘子的抗老化能力和机械强度。本发明还提供了一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝‑海泡石粉的制备；混合、球磨；过筛、除铁；压滤、陈腐；坯件成型、干燥；上釉、烧成；切割平整打磨，胶装，养护。通过本发明的方法得到的绝缘子，具有机械强度高、耐污防闪络耐老化的优点。

Description

一种高强度耐老化的瓷绝缘子及其制备方法
技术领域
本发明涉及电瓷绝缘子技术领域，尤其涉及一种高强度耐老化的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。
特高压输电线路传输容量大，采用的导线截面大，分支数多，对承载导线拉力的绝缘子提出了更高的要求，要求其承载力高，受力均匀。一般有两种方式可以解决这一问题，一是增加绝缘子串联数，二是采用机械强度高的绝缘子。增加绝缘子串联数会导致绝缘子的金具串机械结构复杂，安装运行维护工作量大，增加工程全寿命周期成本；而采用机械强度较高的绝缘子可减少绝缘子串联数，降低耐张金具串复杂度，降低运行维护成本。此外，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
本发明旨在解决上述问题，提供一种适用于特高压输电线路的高强度耐老化的瓷绝缘子。
本发明提供了一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石20～32份，石英22～30份，分子筛15～25份，三氧化二铝10～18份，氧化锆10～18份，增强纤维10～20份，纳米二氧化钛1～8份，纳米二氧化硅1～8份，纳米氮化硅1～8份，纳米氮化硼1～8份，海泡石粉2～8份，膨润土2～8份。
本发明高强度耐老化的瓷绝缘子的配方，采用多种功能性原料进行复配，赋予绝缘子在特高压直流输电系统的长期可靠应用，具有机械强度高、耐污防闪络耐老化的优点。
本发明的石英、分子筛是绝缘子中形成玻璃网络的主要成分，有利于提高网络的致密程度和硬度。传统的瓷绝缘子中使用长石作为原料之一，其属于脊性原料，不利于其在泥料中均匀分布，从而导致瓷绝缘子的机、电、热性能得不到充分发挥；配方使用伊利石代替长石，伊利石是常见的一种黏土矿物﹐常是形成其他黏土矿物的中间过渡性矿物，无膨胀性和可塑性。伊利石具有光滑、明亮、细腻、耐热等优越的化学和物理性能，可提高泥浆的悬浮性和流动性，改善瓷绝缘子质量和机械性能。三氧化二铝大部分以刚玉微晶形式存在于绝缘子中，直接提高绝缘子的硬度，小部分熔入玻璃体，增强玻璃网络，进一步提高硬度；利用氧化锆在高温状态下不易熔于玻璃体的特性，提高绝缘子中晶体含量，从而提高绝缘子的硬度。
本发明原料中添加的增强纤维，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动，添加到原料中可增强绝缘子的耐温性和机械应力。纳米二氧化硅能降低绝缘子的干燥和烧成收缩，减少弯曲变形，并能起到绝缘子的骨架作用和提高绝缘子的机械强度。增强纤维和纳米二氧化硅熔融过程中不产生气体，缩小绝缘子烧结过程中的气孔，增强绝缘子的机械弯曲强度；还可有效的减少坯体收缩率，能够降低瓷绝缘子的吸湿膨胀，防止陶瓷坯体的后期干裂，而且具有较高的机械强度和较低的介电损失，还可加快烧结过程的成熟速度，大大降低了单位绝缘子制品的热损耗。
纳米二氧化钛、纳米氮化硅和纳米氮化硼具有很高的熔融温度，不参与形成绝缘子的成分发生化学反应，只是作为弥散相分散在原有的绝缘子层中，进一步填充绝缘子中的间隙，增加绝缘子的机械强度和绝缘性能。
绝缘子烧制过程中会形成堇青石、刚玉晶体、莫来石晶体结构，海泡石粉在烧结时能够与形成的堇青石、刚玉晶体、莫来石晶体结构相互结合，进一步增强了烧结材料的强度，其分散性、造型性和耐高温性能良好，可作为填料填充绝缘子间隙，增加绝缘子的机械强度和绝缘性能。膨润土能在水中溶胀分散成胶体级粘粒，可以改善泥浆的悬浮性，提高泥浆的粘接性，使原料中多种无机物紧密粘合在一起，增加了绝缘子的致密性和紧固性，从而提高绝缘子的抗机械冲击性。
本发明的配方使得绝缘子的憎水性、抗污性、耐老化性、绝缘性能和机械性能都有显著提高。
优选地，本发明提供的一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石22～28份，石英25～28份，分子筛18～20份，三氧化二铝15～18份，氧化锆15～18份，增强纤维12～18份，纳米二氧化钛2～6份，纳米二氧化硅2～6份，纳米氮化硅2～6份，纳米氮化硼2～6份，海泡石粉3～7份，膨润土3～7份。
优选地，所述增强纤维为陶瓷纤维、碳化硅纤维、硼纤维、石棉纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
优选地，所述膨润土为有机改性膨润土，具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性，耐水性及化学稳定性，制得的绝缘子表面质量好，耐老化和机械性能高。
优选地，所述纳米二氧化硅的粒径为20～100nm；
优选地，所述纳米二氧化钛、纳米氮化硅和纳米氮化硼的粒径均为50～800nm；
纳米级别的粒子，流动性和填充性能更加优异。
优选地，所述增强纤维的长度为0.1～50mm，利于球磨和烧结过程的进行。
本发明还提供了一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；然后配制一定浓度的纳米二氧化硅乳液，加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向步骤S1得到的混合液2中加入碳数6以上的脂肪酸，在40～80℃条件下水浴恒温搅拌一段时间后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到硅烷偶联剂和有机溶剂的混合溶液中，搅拌至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：0.8～1.5：0.8～1.5球磨12～20h，得到泥浆；
S5、过筛、除铁：步骤S4制得的泥浆过150～300目筛，筛余0.5wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：步骤S5制得的泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为20～25％，再将泥饼放在密封室内静置陈腐15～20h，得到坯料；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在150℃以下进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆以使其覆盖一层釉层，然后对其进行烧成，冷却；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到所述高强度耐老化的瓷绝缘子。
优选地，步骤S4中所述泥浆水分含量为58～65％。
优选地，步骤S8中所述釉层的厚度为0.28～0.32mm。
优选地，步骤S8中所述烧成为：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以10～20℃/h的速率升温至350～500℃，然后以50～100℃/h的速率升温至1010～1050℃保温5～10h，然后在还原气氛下以20～50℃/h的速率升温至1350～1420℃保温1～3h。
优选地，步骤S8中所述冷却为：采用以80～150℃/h的降温速率降温至150℃以下。
本发明可取得如下有益效果：
1、本发明的瓷绝缘子配方采用多种功能性原料进行复配，采用石英、分子筛作为绝缘子中形成玻璃网络的主要成分，有利于提高网络的致密程度和硬度。使用伊利石，调整膨胀系数，三氧化二铝直接提高绝缘子的硬度。
2、本发明的瓷绝缘子配方中添加增强纤维，增强绝缘子的耐温性和机械应力；纳米二氧化硅能降低绝缘子的干燥和烧成收缩，减少弯曲变形，并能起到绝缘子的骨架作用和提高绝缘子的机械强度。增强纤维和纳米二氧化硅配合，还可加快烧结过程的成熟速度，大大降低了单位绝缘子制品的热损耗。
3、本发明的瓷绝缘子配方采用高的熔融温度的无机粒子，不参与形成釉的成分发生化学反应，只是作为弥散相分散在原有的绝缘子层中，进一步填充绝缘子中的间隙，增加绝缘子的机械强度和绝缘性能。
4、本发明将纳米二氧化硅用于三氧化二铝和海泡石粉的改性，填充海泡石粉的微孔结构，改性处理后三氧化二铝和海泡石粉的表面结构和性质发生改变，使得泥浆具有蚀变性，稳定且均匀。在混合球磨过程中，纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉残留的脂肪酸、硅烷偶联剂可以与材料中的无机物表面的分子作用形成共价键，起着材料中有机物质和无机物质相互连接的桥梁作用，提高泥浆中原料间的相互作用力，防止陶瓷坯体的后期干裂。本发明的方法所得绝缘子的耐老化性能和机械性能均得到大幅提升。
5、本发明的煅烧温度从低至高，充分燃烧，使得整个烧成制度有利于绝缘子内部堇青石、刚玉晶体、莫来石晶体结构的形成和相互作用，可显著提高绝缘子产品的机械强度和电气性能；还有利于氧化锆基体中晶型的完全转化，提高绝缘子的抗老化能力。
6、本发明在制备过程中采用较传统方法更高的冷却速率，缩短了生产时间提高了效率，同时可减少在转化倾向较大的温度区间的停留时间，保持绝缘子的优良性能。
具体实施方式
下面对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所用原料均为市售产品。
实施例1：
一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石22份，石英30份，分子筛25份，三氧化二铝10份，氧化锆18份，长度为0.1～50mm的陶瓷纤维20份，粒径为50～800nm的纳米二氧化钛8份，粒径为20～100nm的纳米二氧化硅7份，粒径为50～800nm的纳米氮化硅3份，粒径为50～800nm的纳米氮化硼2份，海泡石粉8份，膨润土2份。
一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制质量浓度为15％的三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；
然后取纳米二氧化硅、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，在1200r/min的转速下搅拌分散90min，配制质量浓度为1.5％的纳米二氧化硅乳液；将纳米二氧化硅乳液加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向混合液2中加入棕榈油酸，在40℃条件下水浴恒温200r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到氨丙基三乙氧基硅烷和正庚烷(体积比1：5)的混合溶液中，室温下搅拌30min正庚烷完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：0.8：1.5球磨12h，得到水分含量为58％的泥浆；
S5、过筛、除铁：制得的泥浆过150目筛，筛余0.5wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为25％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐15h；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在150℃的烘房进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆覆盖一层0.32mm的釉层，然后对其进行烧成：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以10℃/h的速率升温至350℃，然后以50℃/h的速率升温至1010℃保温5h，然后在还原气氛下以20℃/h的速率升温至1350℃保温1h；最后以150℃/h的降温速率降温至150℃左右；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到高强度耐老化的瓷绝缘子。
实施例2：
一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石30份，石英22份，分子筛15份，三氧化二铝18份，氧化锆12份，长度为1～50mm的硼纤维5份，长度为1～50mm的玄武岩纤维6份，粒径为100～500nm的纳米二氧化钛2份，粒径为50～100nm的纳米二氧化硅2份，粒径为100～500nm的纳米氮化硅6份，粒径为100～500nm的纳米氮化硼6份，海泡石粉2份，有机改性膨润土8份。
一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制质量浓度为15％的三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；
然后取纳米二氧化硅、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，在1500r/min的转速下搅拌分散90min，配制质量浓度为2％的纳米二氧化硅乳液；将纳米二氧化硅乳液加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向混合液2中加入油酸，在70℃条件下水浴恒温1200r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷和正庚烷(体积比1：1：5)的混合溶液中，室温下搅拌30min正庚烷完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：1：1.2球磨18h，得到水分含量为60％的泥浆；
S5、过筛、除铁：制得的泥浆过250目筛，筛余0.5wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为25％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐20h；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在120℃的烘房进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆覆盖一层0.30mm的釉层，然后对其进行烧成：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以20℃/h的速率升温至450℃，然后以60℃/h的速率升温至1020℃保温6h，然后在还原气氛下以50℃/h的速率升温至1420℃保温2h；最后以95℃/h的降温速率降温至60℃左右；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到高强度耐老化的瓷绝缘子。
实施例3：
一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石28份，石英25份，分子筛18份，三氧化二铝16份，氧化锆18份，长度为5～50mm的碳化硅纤维8份，长度为5～50mm的硼纤维10份，粒径为50～600nm的纳米二氧化钛3份，粒径为20～80nm的纳米二氧化硅4份，粒径为50～600nm的纳米氮化硅4份，粒径为50～600nm的纳米氮化硼4份，海泡石粉5份，有机改性膨润土5份。
一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制质量浓度为20％的三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；
然后取纳米二氧化硅、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，在1500r/min的转速下搅拌分散90min，配制质量浓度为1.8％的纳米二氧化硅乳液；将纳米二氧化硅乳液加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向混合液2中加入油酸，在60℃条件下水浴恒温1000r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷和正庚烷(体积比1：1：5)的混合溶液中，室温下搅拌30min正庚烷完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：1：1球磨16h，得到水分含量为62％的泥浆；
S5、过筛、除铁：制得的泥浆过200目筛，筛余0.5wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为22％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐20h；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在100℃的烘房进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆覆盖一层0.29mm的釉层，然后对其进行烧成：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以20℃/h的速率升温至500℃，然后以90℃/h的速率升温至1050℃保温8h，然后在还原气氛下以40℃/h的速率升温至1400℃保温2h；最后以120℃/h的降温速率降温至80℃左右；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到所述高强度耐老化的瓷绝缘子。
实施例4：
一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石25份，石英28份，分子筛20份，三氧化二铝15份，氧化锆15份，长度为5～35mm的碳化硅纤维5份，长度为5～35mm的玄武岩纤维10份，粒径为200～800nm的纳米二氧化钛5份，粒径为20～100nm的纳米二氧化硅5份，粒径为200～800nm的纳米氮化硅5份，粒径为200～800nm的纳米氮化硼5份，海泡石粉6份，有机改性膨润土6份。
一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制质量浓度为15％的三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；
然后取纳米二氧化硅、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，在1500r/min的转速下搅拌分散90min，配制质量浓度为1.8％的纳米二氧化硅乳液；将纳米二氧化硅乳液加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向混合液2中加入油酸，在55℃条件下水浴恒温1000r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷和正庚烷(体积比1：1：5)的混合溶液中，室温下搅拌30min正庚烷完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：1.2：1球磨16h，得到水分含量为63％的泥浆；
S5、过筛、除铁：制得的泥浆过300目筛，筛余0.3wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为22％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐18h；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在100℃的烘房进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆覆盖一层0.31mm的釉层，然后对其进行烧成：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以15℃/h的速率升温至400℃，然后以80℃/h的速率升温至1030℃保温8h，然后在还原气氛下以35℃/h的速率升温至1380℃保温2h；最后以110℃/h的降温速率降温至120℃左右；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到所述高强度耐老化的瓷绝缘子。
实施例5：
一种高强度耐老化的瓷绝缘子，包括以下重量份的原料：伊利石26份，石英26份，分子筛22份，三氧化二铝13份，氧化锆16份，长度为2～30mm的碳化硅纤维10份，长度为2～30mm的石棉纤维6份，粒径为50～800nm的纳米二氧化钛4份，粒径为50～80nm的纳米二氧化硅3.5份，粒径为50～800nm的纳米氮化硅5.5份，粒径为50～800nm的纳米氮化硼5.5份，海泡石粉7份，有机改性膨润土7份。
一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，包括以下步骤：
S1、配制质量浓度为20％的三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝、海泡石粉加入其中，混合均匀得到混合液1；
然后取纳米二氧化硅、分散剂Dow Corning 51、消泡剂Dow Corning 65与润湿剂GSK-588加入去离子水中，在1600r/min的转速下搅拌分散60min，配制质量浓度为1.8％的纳米二氧化硅乳液；将纳米二氧化硅乳液加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向混合液2中加入亚麻酸，在50℃条件下水浴恒温2000r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷和正庚烷(体积比1：1：5)的混合溶液中，室温下搅拌30min正庚烷完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石、石英、分子筛、氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼、膨润土混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：1：0.8球磨16h，得到水分含量为65％的泥浆；
S5、过筛、除铁：制得的泥浆过200目筛，筛余0.5wt％以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为22％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐20h；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在90℃的烘房进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆覆盖一层0.29mm的釉层，然后对其进行烧成：将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以15℃/h的速率升温至380℃，然后以70℃/h的速率升温至1040℃保温7h，然后在还原气氛下以40℃/h的速率升温至1360℃保温3h；最后以130℃/h的降温速率降温至130℃左右；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到所述高强度耐老化的瓷绝缘子。
对比例1：
将绝缘子配方中的伊利石替换为长石，其余与实施例4相同。
对比例2：
去除绝缘子配方中的氧化锆，其他原料按比例增加，其余与实施例4相同。
对比例3：
去除绝缘子配方中的增强纤维，其他原料按比例增加，其余与实施例4相同。
对比例4：
将三氧化二铝直接球磨，不作前处理，其余与实施例4相同。
对比例5：
将三氧化二铝、纳米二氧化硅、海泡石粉直接球磨，不作前处理，其余与实施例4相同。
对比例6：
去除绝缘子配方中的纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼，其他原料按比例增加，其余与实施例4相同。
对比例7：
步骤S8中，降温速率为50℃/h，其余与实施例4相同。
对比例8：
一次烧成，在还原气氛下以35℃/h的速率升温至1380℃的温度保温8h，其余与实施例4相同。
对实施例1～5与对比例1～8制得的瓷绝缘子进行检测，结果如下：釉面光洁、无外观质量缺陷，经孔隙性试验后无渗透现象，按照GB/T 772和GB/T1001.1的相关标准进行绝缘子外观、尺寸、机械性能和电气性能等各项性能进行检测，均符合相关标准的要求。
实验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；
实验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。
实验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；
实验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；
实验5：将试样进行抗拉强度测试。
测试结果如表1所示。
表1
Figure GDA0003470810900000141
Figure GDA0003470810900000151
Figure GDA0003470810900000161
由表1可知，利用本发明的配方和方法制成的瓷绝缘子，耐寒性能优良，防闪污效果十分显著，机械性能优异，其中实施例4的效果最优。实施例1～5的试样经过冻融循环测试表面光滑平整无裂纹，防闪络电压在149kV以上，去除氧化锆(对比例2)和去除增强纤维(对比例3)绝缘子表面出现了少量裂纹，防闪络电压也降至112kV，说明氧化锆和增强纤维对绝缘子的耐寒性和防闪络性能贡献较大。人工模拟积污实验表明，实施例1～5的耐污性能优异，表面几乎无粉尘，而将配方中的伊利石替换为长石(对比例1)，将三氧化二铝、纳米二氧化硅、海泡石粉直接球磨不作前处理(对比例5)，得到的瓷绝缘子表面粉尘较严重，说明本发明采用伊利石，以及对三氧化二铝、纳米二氧化硅、海泡石粉进行改性，可以明显改善瓷绝缘子的耐污性能。憎水性接触角实验表明，将三氧化二铝直接球磨(对比例4)，将三氧化二铝、纳米二氧化硅、海泡石粉直接球磨(对比例5)以及一次烧成(对比例8)对绝缘子的防水性影响较显著，水接触角依次降至109°、98°、80°，经过前处理得到的绝缘子可以形成憎水性能优异的表面，程序升温煅烧有助于形成憎水表面，有效较少绝缘子表面的污秽累积量，提高防闪污和冰闪性能。抗拉强度实验表明，配方中的氧化锆、增强纤维、纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼以及采用程序升温煅烧，有助于绝缘子反应过程中各晶相的形成与转化，填补晶相间隙，显著提高绝缘子的机械性能，实施例1～5的抗拉强度在229.2～238.3之间；而去除氧化锆(对比例2)，去除增强纤维(对比例3)，去除绝缘子配方中的纳米二氧化钛、纳米氮化硅、纳米氮化硼(对比例6)以及一次烧成(对比例8)的绝缘子抗拉强度依次降至170.8MPa、163.6MPa、156.7MPa、96.6MPa；另外将三氧化二铝、纳米二氧化硅、海泡石粉直接球磨不作前处理(对比例5)对抗拉强度也有较大影响，抗拉强度降至182.5MPa，可能是前处理之后原料之间的作用力更强，更利于形成机械性能优异的绝缘子。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配制三羟甲基丙烷的N，N-二甲基甲酰胺溶液，按照重量配比将三氧化二铝10~18份、海泡石粉2~8份加入其中，混合均匀得到混合液1；然后取纳米二氧化硅1～8份，配制一定浓度的纳米二氧化硅乳液，加入混合液1中，混合均匀得到混合液2；
S2、向步骤S1得到的混合液2中加入碳数6 以上的脂肪酸，在40~80 °C条件下水浴恒温搅拌一段时间后离心，过滤得到滤渣；
S3、将所述滤渣加入到硅烷偶联剂和有机溶剂的混合溶液中，搅拌至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉；
S4、混合、球磨：按照重量配比将伊利石20～32份、石英22～30份、分子筛15~25份、氧化锆10~18份、增强纤维10~20份、纳米二氧化钛1~8份、纳米氮化硅1～8份、纳米氮化硼1～8份、膨润土2~8份和步骤S3所得纳米二氧化硅复合改性三氧化二铝-海泡石粉混合，在球磨机内将总原料：磨球：水按重量比1：0.8~1.5：0.8~1.5球磨12~20 h，得到泥浆；
S5、过筛、除铁：步骤S4制得的泥浆过150~300目筛，筛余0.5 wt%以内，然后去除含铁杂质，得到清洁的泥浆；
S6、压滤、陈腐：步骤S5制得的泥浆经过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为20~25%，再将泥饼放在密封室内静置陈腐15~20 h，得到坯料；
S7、坯件成型、干燥：将陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，在150 °C以下进行干燥；
S8、上釉、烧成：对干燥后的坯件喷淋釉浆以使其覆盖一层釉层，然后对其进行烧成，将坯件放入窑炉，室温为初始温度，以10~20 °C/h的速率升温至350~500 °C，然后以50~100 °C/h的速率升温至1010~1050 °C保温5~10 h，然后在还原气氛下以20~50 °C/h的速率升温至1350~1420 °C保温1~3 h，采用以80~150 °C /h的降温速率降温至150 °C以下；
S9、切割平整打磨，胶装，养护，得到高强度耐老化的瓷绝缘子。
2.如权利要求1所述的一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述泥浆水分含量为58~65%。
3.如权利要求1所述的一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S8中所述釉层的厚度为0.28~0.32 mm。
4.如权利要求1所述的一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，所述增强纤维为碳化硅纤维、硼纤维、石棉纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，所述膨润土为有机改性膨润土。
6.如权利要求1所述的一种高强度耐老化的瓷绝缘子的制备方法，其特征在于，所述纳米二氧化硅的粒径为20~100 nm；所述纳米二氧化钛、纳米氮化硅和纳米氮化硼的粒径均为50~800 nm；所述增强纤维的长度为0.1~50 mm。
7.一种高强度耐老化的瓷绝缘子，其特征在于，根据权利要求1~6中任一项所述的制备方法制得。
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