CN110922203A - 一种高压输电线路用瓷绝缘子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成；基料包括左云土、石英、伊利石、分子筛、氧化锆、硼酸和膨润土；填充料包括磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛‑硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维和单质硅粉；制孔剂包括碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉和碱石灰。本发明采用多种功能性原料复配，提高绝缘子的电气性能和机械强度。本发明还提供了一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：改性纳米二氧化钛‑硅微粉添加剂的制备；混合球磨；压滤陈腐；坯件成型、干燥；烧成、降温；浸泡绝缘浆料。通过本发明的方法得到的绝缘子，机械强度高、抗击穿能力强。

Description

一种高压输电线路用瓷绝缘子及其制造方法
技术领域
本发明涉及电瓷绝缘子技术领域，尤其涉及一种高压输电线路用瓷绝缘子及其制造方法。
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。绝缘子是一种特殊的绝缘控件，在架空输电线路中起到两个基本作用：用来支持和固定母线与带电导体、并使带电导体间或导体与大地之间有足够的距离和绝缘。绝缘子是为了增加爬电距离的，常用的有瓷绝缘子和玻璃钢绝缘子。
对高压输电线路所使用的高压绝缘子具有以下要求：分为电气负荷和电气性能要求、机械负荷和机械性能要求、热负荷和热性能要求、环境作用因素和各种负荷的联合作用以及对绝缘子的要求；绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种环境适应性强、安全性能高的瓷绝缘子，提高绝缘子在高压输电线路中使用的安全性能。
为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案如下：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，所述绝缘层由所述绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到；
所述基料包括以下重量份的原料：左云土15～25份，石英12～22份，伊利石10～20份，分子筛8～15份，氧化锆8～15份，硼酸5～10份，膨润土3～6份；
所述填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维8～15份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂6～15份，改性海泡石粉2～8份，增强纤维3～6份，单质硅粉2～5份；
所述制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉5～10份，葡萄糖或淀粉1～3份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉3～6份和碱石灰2～3份；
所述绝缘浆料为水泥浆、塑料粉末、玻璃纤维形成的混合物，或融化的丁腈橡胶。
本发明的左云土、石英、伊利石和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。
其中混入碳化硅、葡萄糖或淀粉、蓝晶石粉、膨润土和碱石灰作为制孔剂，既可确保烧成后的陶瓷中含有一些开放型气孔，而且也不会影响其强度。
葡萄糖或淀粉在烧成过程中分解产生气体，由此可在绝缘子坯体上形成一定数量的微小气孔，而且在混合球磨过程中能够增强原料之间的粘性，防止烧成时表面出现裂纹导致产品损坏。碳化硅在高温氧化气氛中容易发生氧化反应：SiC+2O2→CO2+SiO2，该反应开始温度较高，1000℃开始明显氧化，颗粒越细，则氧化速度越快，反应产物CO2的逸出容易造成陶瓷坯体表面形成开放型气孔，而反应产物SiO2具有较高活性，与氧化铝反应生成莫来石，从而在陶瓷内形成莫来石增强体；蓝晶石细粉在高温下分解，既可确保生成较多的莫来石相，保证制品的力学强度，蓝晶石从1100℃左右开始分解、生成莫来石和SiO2，1300℃以后显著分解转化，由于该莫来石化反应伴随有16～18％的体积膨胀，因此还可填充由于碳化硅氧化产生的孔隙，使单个孔隙变小，整体孔隙率降低，并且会改变陶瓷内孔隙的形状和分布。
碱石灰中的氢氧化钠和氢氧化钾在高温下并不会参与任何反应，而且由于其熔点高，所以高温下弥散在整个体系内，当这些颗粒进入到气孔内及气孔边缘时，会增加陶瓷表面及气孔的面积，从而在其与其它物质结合时，提供更强的结合力。
氧化锆的折射率大、熔点高、耐蚀性强，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。
硼酸可以改善绝缘子的耐热性能，提高机械强度，缩短熔融时间；同时作为助熔剂，促进半山泥、长丰泥、伊利石和分子筛等熔融形成玻璃网络，降低了单位绝缘子制品的热损耗。硼酸分解产生的氧化硼在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。
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。
磷酸钙纤维在坯料中可形成网状包裹结构，不仅可以增加绝缘子的硬度，降低坯料的熔融温度，还可以利用其的光催化性能，使得绝缘子表面具有极好的自洁效果。
利用氢氧化钡和纳米氢氧化铝混合作为催化剂让纳米级二氧化钛粒子的表面和硅微粉能够受到羟基的作用，从而含有一定数量的含氧官能团，增加了纳米二氧化钛和硅微粉有关表面相容性，在纳米二氧化钛和硅微粉作为填充料与其余原料充分混合时，因为二氧化钛和硅微粉的颗粒很小，且比表面积大，细微化的结构使得其余物料与其的接触面积增大，使二氧化钛和硅微粉可以在物料中均匀分散，从而便于二氧化钛和硅微粉与其余物质在高温下发生化学键合或者物理结合。改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂，经过改性之后还增强了疏水效果，有利于提高绝缘子的防水耐污性能。此外，二氧化钛还具有光催化性能，使得绝缘子表面具有极好的自洁效果。
海泡石粉的分散性、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；同时其抗盐度非常好，使绝缘子的憎水性能得到显著提高。
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，同时利用其高温下不熔于整个体系的特性，可作为填料填充孔隙。
填充料中的单质硅粉，一部分在烧结过程中氧化形成二氧化硅参与烧结反应，另一部分高温下熔融提供液态的游离体系，降低烧结温度，而且便于各组织成分的迁移、结合。
优选地，所述改性海泡石粉为使用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硫酸钙晶须改性的海泡石粉。海泡石粉与硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须混合处理后，不仅使得海泡石绒粉的表面性质发生变化，使其在烧结时能够与形成的堇青石、莫来石结构等相互结合，进一步增强了烧结材料的强度，而且，在浸泡过程中，硫酸钙晶须能够与海泡石粉的微孔结构相结合，从而防止其微孔结构在烧结过程中遭到破坏。
优选地，所述增强纤维为陶瓷纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、硼纤维、石棉纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
优选地，所述碳化硅细粉的细度不超过30μm，所述蓝晶石细粉的细度不超过45μm。
优选地，所述水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维形成的混合物中，水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10：1～2：2～4，水泥浆中水泥与水的重量比为1：10～20。
本发明还提供了一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂的制备；
S2、将左云土、石英、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、硼酸、膨润土、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉和碱石灰投入球磨机中，加入水研磨6～15h，得到泥浆；
S3、将步骤S2所得泥浆过滤脱水得到泥饼，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；
S4、将步骤S3陈腐好的坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，干燥；
S5、对步骤S4干燥后的绝缘子坯件进行程序升温烧成，再以80～150℃/h的降温速率降温至150℃以下，得到绝缘子体；
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
优选地，所述步骤S1中改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂的制备包括以下步骤：
S11、配置纳米二氧化钛乳液：取纳米二氧化钛、分散剂、消泡剂与润湿剂加入去离子水中，搅拌分散60～90min；
S12、将硅微粉加入步骤S11配制的纳米二氧化钛乳液中，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；
S13、将步骤S12所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、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，干燥得到所述改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
优选地，所述步骤S2中水的加入量为原料总重量的0.8～1.5倍。
优选地，所述步骤S4中干燥的温度为80～110℃，干燥时间为30～40h。
优选地，所述步骤S5中程序升温烧成具体为：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以10～20℃/h的速率升温至350～500℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以50～100℃/h的速率升温至1010～1050℃保温5～8h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以20～50℃/h的速率升温至1300～1350℃保温1～3h。
与现有技术相比，本发明可取得如下有益效果：
1、本发明以左云土、石英、伊利石和分子筛为形成绝缘子中玻璃网络的主要成分，有利于提高网络的致密程度和硬度；混入碳化硅、葡萄糖或淀粉、蓝晶石粉、膨润土和碱石灰作为制孔剂，既可确保烧成后的陶瓷中含有一些开放型气孔，而且也不会影响其强度；葡萄糖或淀粉能够增强原料之间的粘性，防止烧成时表面出现裂纹导致产品损坏。通过加入高温下体积膨胀的蓝晶石粉，使得开放型气孔明显缩小，从而在陶瓷内部和表面形成细小的气孔，从而助于烧制后的陶瓷绝缘子与其余绝缘材料的结合。
2、本发明的瓷绝缘子配方采用改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂，得到的绝缘子具有优异的疏水效果；且二氧化钛和硅单质的熔融温度很高，作为弥散相分散在原有的绝缘子层中，填充绝缘子中的孔隙；二氧化钛和硅微粉经改性后其分散性以及与基体、界面的结合强度得到增强，其在烧结时的高温条件下，能够与烧结时形成的莫来石增强体紧密结合，大幅度提高整体性和强度，而且在高温下也可以作为类似成核剂的存在，能够更好的形成莫来石增强体结构。
3、本发明的瓷绝缘子配方采用磷酸钙纤维在坯料中形成网状包裹结构，增加绝缘子的硬度，降低坯料的熔融温度。此外，利用磷酸钙和二氧化钛的光催化性能，使得釉面具有极好的自洁效果。
4、本发明通过将烧成的多孔陶瓷绝缘子浸泡到绝缘浆料中，浸泡过程中，不仅使得陶瓷绝缘子表面紧紧粘附一层绝缘浆料保护层，从而进一步增强了绝缘子的绝缘性能；并且陶瓷绝缘子表面的开放型气孔中填充了绝缘泥浆之后，不仅封闭了气孔，还进一步增强了防电击穿性能，安全性大大提高。
5、本发明通过膨润土改善泥浆的悬浮性，提高泥浆的粘接性；添加增强纤维，增强绝缘子的耐温性和机械应力；硼酸可以改善绝缘子的耐热性能，提高机械强度，同时作为助熔剂促进玻璃网络的形成，大大降低了单位绝缘子制品的热损耗；氧化锆在高温状态下不易熔于玻璃体，提高绝缘子中晶体含量，从而提高绝缘子的硬度；改性后的海泡石粉在烧成时能够与形成的堇青石、莫来石结构等相互结合，进一步增强了绝缘子的强度，同时其抗盐度非常好，使绝缘子的憎水性能得到显著提高。
6、本发明通过将增强纤维添加到原料中可增强绝缘子的耐温性和机械应力，同时利用其高温下不熔于整个体系的特性，可作为填料填充孔隙；填充料中的单质硅粉，一部分在烧结过程中氧化形成二氧化硅参与烧成反应，另一部分高温下熔融提供液态的游离体系，降低烧成温度，而且便于各组织成分的迁移、结合。
7、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微小气孔与开放型气孔的相继生成，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。采用较传统方法更高的冷却速率，可减少在氧化锆转化倾向较大的温度区间的停留时间。
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。
实施例1：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，绝缘层由绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到。
其中，基料包括以下重量份的原料：左云土15份，石英22份，伊利石12份，分子筛15份，氧化锆8份，硼酸5份，膨润土6份；填充料包括以下重量份的原料：陶瓷纤维3份，氮化硅纤维5份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂15份，改性海泡石粉3份，增强纤维6份，单质硅粉2份；制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉5份，工业葡萄糖3份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉3份和碱石灰2份；绝缘浆料为融化的丁腈橡胶。其中，改性海泡石粉为将海泡石粉与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须按照重量比100：15：8：20混合搅拌20min后过滤得到。
上述高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、取纳米二氧化钛、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，搅拌分散60min，配置质量浓度为1.5％的纳米二氧化钛乳液；将硅微粉加入纳米二氧化钛乳液中，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；将所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、十二烷基硅烷偶联剂和正庚烷(质量比3：1：30：150)的混合溶液中，搅拌30min至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
S2、按照重量比将左云土、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉、膨润土和碱石灰投入球磨机中，加入为原料总重量的0.8倍的水研磨8h，得到泥浆。
S3、将所得泥浆过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为20％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐15h，得到坯料。
S4、将所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，送入烘房在80℃下干燥40h。
S5、对干燥后的坯件进行程序升温烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以10℃/h的速率升温至350℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以50℃/h的速率升温至1010℃保温5h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以50℃/h的速率升温至1300℃保温3h。烧成结束后以90℃/h的降温速率降温至150℃，得到绝缘子体。
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中保持融化状态浸泡20min后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
实施例2：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，绝缘层由绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到。
其中，基料包括以下重量份的原料：左云土25份，石英15份，伊利石12份，分子筛15份，氧化锆12份，硼酸10份，膨润土3份；填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维15份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂12份，改性海泡石粉5份，氮化硼纤维3份，单质硅粉5份；制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉10份，工业葡萄糖1份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉6份和碱石灰2份；绝缘浆料为融化的丁腈橡胶。其中，改性海泡石粉为将海泡石粉与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须按照重量比100：12：8：25混合搅拌30min后过滤得到。
上述高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、取纳米二氧化钛、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，搅拌分散90min，配置质量浓度为1.8％的纳米二氧化钛乳液；将硅微粉加入纳米二氧化钛乳液中，加入油酸，在60℃条件下水浴恒温1200r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；将所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、十二烷基硅烷偶联剂和正庚烷(质量比3：1：30：100)的混合溶液中，搅拌30min至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
S2、按照重量比将左云土、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉、膨润土和碱石灰投入球磨机中，加入为原料总重量相等的水研磨6～15h，得到泥浆。
S3、将所得泥浆过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为20％，再将泥饼放在密封室内静置陈腐20h，得到坯料。
S4、将所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，送入烘房在110℃下干燥30h。
S5、对干燥后的坯件进行程序升温烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以20℃/h的速率升温至500℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以100℃/h的速率升温至1020℃保温6h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以20℃/h的速率升温至1350℃保温1h。烧成结束后以100℃/h的降温速率降温至80℃，得到绝缘子体。
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中保持融化状态浸泡30min后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
实施例3：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，绝缘层由绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到。
其中，基料包括以下重量份的原料：左云土18份，石英15份，伊利石16份，分子筛10份，氧化锆10份，硼酸8份，膨润土4份；填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维10份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂8份，改性海泡石粉7份，硼纤维2份，石棉纤维2份，单质硅粉4份；制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉8份，淀粉2份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉5份和碱石灰3份；绝缘浆料为水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10：1：2形成的混合物，其中水泥浆中水泥与水的照重量比为1：10。其中，改性海泡石粉为将海泡石粉与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须按照重量比100：15：8：20混合搅拌20min后过滤得到。
上述高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、取纳米二氧化钛、分散剂EFKA SL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，搅拌分散60min，配置质量浓度为2％的纳米二氧化钛乳液；将硅微粉加入纳米二氧化钛乳液中，加入棕榈油酸，在80℃条件下水浴恒温500r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；将所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、十二烷基硅烷偶联剂和正庚烷(质量比4：1：30：120)的混合溶液中，搅拌30min至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
S2、按照重量比将左云土、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉、膨润土和碱石灰投入球磨机中，加入为原料总重量1.2倍的水研磨15h，得到泥浆。
S3、将所得泥浆过滤脱水得到泥饼，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，得到坯料。
S4、将所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，送入烘房在100℃下干燥30h。
S5、对干燥后的坯件进行程序升温烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以15℃/h的速率升温至400℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以70℃/h的速率升温至1030℃保温7h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以30℃/h的速率升温至1320℃保温2h。烧成结束后以120℃/h的降温速率降温至120℃，得到绝缘子体。
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中保持融化状态浸泡120min后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
实施例4：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，绝缘层由绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到。
其中，基料包括以下重量份的原料：左云土20份，石英20份，伊利石16份，分子筛10份，氧化锆9份，硼酸8份，膨润土4份；填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维13份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂13份，改性海泡石粉5份，陶瓷纤维2份，玄武岩纤维3份，单质硅粉3份；制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉8份，工业葡萄糖2份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉5份和碱石灰3份；绝缘浆料为水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10：2：3形成的混合物，其中水泥浆中水泥与水的照重量比为1：20。其中，改性海泡石粉为将海泡石粉与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须按照重量比100：15：8：20混合搅拌20min后过滤得到。
上述高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、取纳米二氧化钛、分散剂EFKASL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，搅拌分散75min，配置质量浓度为1.5％的纳米二氧化钛乳液；将硅微粉加入纳米二氧化钛乳液中，加入油酸，在70℃条件下水浴恒温1500r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；将所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、十二烷基硅烷偶联剂和正庚烷(质量比3：2：30：150)的混合溶液中，搅拌30min至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
S2、按照重量比将左云土、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉、膨润土和碱石灰投入球磨机中，加入为原料总重量的1.5倍的水研磨10h，得到泥浆。
S3、将所得泥浆过滤脱水得到泥饼，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，得到坯料。
S4、将所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，送入烘房在95℃下干燥35h。
S5、对干燥后的坯件进行程序升温烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以20℃/h的速率升温至450℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以80℃/h的速率升温至1030℃保温5～8h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以40℃/h的速率升温至1330℃保温1h。烧成结束后以100℃/h的降温速率降温至100℃，得到绝缘子体。
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中保持融化状态浸泡60min后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
实施例5：
一种高压输电线路用瓷绝缘子，包括绝缘子体和绝缘层。其中，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，绝缘层由绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到。
其中，基料包括以下重量份的原料：左云土22份，石英15份，伊利石18份，分子筛13份，氧化锆13份，硼酸9份，膨润土4份；填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维12份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂14份，改性海泡石粉3.5份，氮化硼纤维3份，氮化硅纤维3份，单质硅粉3.5份；制孔剂包括以下重量份的原料：细度不超过30μm的碳化硅细粉7份，淀粉1.5份，细度不超过45μm的蓝晶石细粉5份和碱石灰3份；绝缘浆料为融化的丁腈橡胶，或水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10：2：3形成的混合物，其中水泥浆中水泥与水的照重量比为1：15。其中，改性海泡石粉为将海泡石粉与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硫酸钙晶须按照重量比100：15：8：20混合搅拌20min后过滤得到。
上述高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，包括以下步骤：
S1、取纳米二氧化钛、分散剂EFKASL 3034、消泡剂Deform 6800与润湿剂GSK-582加入去离子水中，搅拌分散60min，配置质量浓度为1.6％的纳米二氧化钛乳液；将硅微粉加入纳米二氧化钛乳液中，加入油酸，在50℃条件下水浴恒温1500r/min的转速搅拌24h后离心，过滤得到滤渣；将所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、十二烷基硅烷偶联剂和正庚烷(质量比4：2：30：150)的混合溶液中，搅拌30min至有机溶剂完全挥发，过滤，干燥得到改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
S2、按照重量比将左云土、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉、膨润土和碱石灰投入球磨机中，加入为原料总重量的1.1倍的水研磨12h，得到泥浆。
S3、将所得泥浆过滤脱水得到泥饼，泥饼的水分含量为23％左右，再将泥饼放在密封室内静置陈腐18h，得到坯料。
S4、将所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，送入烘房在85℃下干燥40h。
S5、对干燥后的坯件进行程序升温烧成：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以15℃/h的速率升温至400℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以90℃/h的速率升温至1040℃保温6h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以35℃/h的速率升温至1310℃保温2h。烧成结束后以130℃/h的降温速率降温至130℃，得到绝缘子体。
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中保持融化状态浸泡90min后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
对比例1：
将伊利石替换为长石，其余与实施例5相同。
对比例2：
去除改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂，其他原料按比例增加，其余与实施例5相同。
对比例3：
一次烧成，保持炉内氧气含量不低于45％，以40℃/h的速率升温至1310℃的温度保温8h，其余与实施例5相同。
对比例4：
步骤S5中降温速率为50℃/h，其余与实施例5相同。
对比例5：
去除磷酸钙纤维，其他原料按比例增加，其余与实施例5相同。
对比例6：
去除膨润土、淀粉，其他原料按比例增加，其余与实施例5相同。
对实施例1～5与对比例1～3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：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2：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3：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4：将试样进行抗拉强度测试。
实验5：将试样进行机电破坏负荷测试。
测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002319901380000161
Figure BDA0002319901380000171
测试结果表明，利用本发明的配方和方法制成的瓷绝缘子，防闪污效果十分显著，机械性能和抗击穿能力优异，其中实施例5的效果最优。通过对比例1～4的测试数据可知，本发明的绝缘子配方中的多种原料相辅相成，得到具有优异电气性能和机械性能的绝缘子；伊利石(对比例1)、烧成过程(对比例3)对绝缘子的抗冲击电压影响较大；改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂(对比例2)、磷酸钙纤维(对比例5)对绝缘子的防污憎水性影响较大；、降温速率(对比例4)对比例1～6得到的绝缘子抗拉强度和机电破坏负荷均小于实施例5，尤其是烧成过程(对比例3)影响最大。说明改变绝缘子配方和生产工艺，对绝缘子的电气性能和机械性能会造成较大影响。
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 (10)

1.一种高压输电线路用瓷绝缘子，其特征在于，包括绝缘子体和绝缘层，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，所述绝缘层由所述绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干得到；
所述基料包括以下重量份的原料：左云土15～25份，石英12～22份，伊利石10～20份，分子筛8～15份，氧化锆8～15份，硼酸5～10份，膨润土3～6份；
所述填充料包括以下重量份的原料：磷酸钙纤维8～15份，改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂6～15份，改性海泡石粉2～8份，增强纤维3～6份，单质硅粉2～5份；
所述制孔剂包括以下重量份的原料：碳化硅细粉5～10份，葡萄糖或淀粉1～3份，蓝晶石细粉3～6份和碱石灰2～3份；
所述绝缘浆料为水泥浆、塑料粉末、玻璃纤维形成的混合物，或融化的丁腈橡胶。
2.如权利要求1所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子，其特征在于，所述改性海泡石粉为使用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和硫酸钙晶须改性的海泡石粉。
3.如权利要求1所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子，其特征在于，所述增强纤维为陶瓷纤维、氮化硅纤维、氮化硼纤维、硼纤维、石棉纤维和玄武岩纤维中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子，其特征在于，所述碳化硅细粉的细度不超过30μm，所述蓝晶石细粉的细度不超过45μm。
5.如权利要求1所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子，其特征在于，所述水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维形成的混合物中，水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10：1～2：2～4，水泥浆中水泥与水的重量比为1：10～20。
6.一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂的制备；
S2、将左云土、石英、伊利石、铝矾土、分子筛、氧化锆、硼酸、膨润土、磷酸钙纤维、改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂、改性海泡石粉、增强纤维、单质硅粉、碳化硅细粉、葡萄糖或淀粉、蓝晶石细粉和碱石灰投入球磨机中，加入水研磨6～15h，得到泥浆；
S3、将步骤S2所得泥浆过滤脱水得到水分含量为20～25％的泥饼，，再将泥饼放在密封室内静置陈腐15～20h，得到坯料；
S4、将步骤S3所得坯料放入成型模具内，压制成绝缘子坯件，干燥；
S5、对步骤S4干燥后的绝缘子坯件进行程序升温烧成，再以80～150℃/h的降温速率降温至150℃以下，得到绝缘子体；
S6、将步骤S5制得的绝缘子体在绝缘浆料中浸泡一定时间后取出晾干，胶装，养护，得到高压输电线路用瓷绝缘子。
7.如权利要求6所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂的制备包括以下步骤：
S11、配置纳米二氧化钛乳液：取纳米二氧化钛、分散剂、消泡剂与润湿剂加入去离子水中，搅拌分散60～90min；
S12、将硅微粉加入步骤S11配制的纳米二氧化钛乳液中，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；
S13、将步骤S12所得滤渣加入到氢氧化钡、纳米氢氧化铝、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，干燥得到所述改性纳米二氧化钛-硅微粉添加剂。
8.如权利要求6所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，其特征在于，所述步骤S2中水的加入量为原料总重量的0.8～1.5倍。
9.如权利要求6所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，其特征在于，所述步骤S4中干燥的温度为80～110℃，干燥时间为30～40h。
10.如权利要求6所述的一种高压输电线路用瓷绝缘子的制造方法，其特征在于，所述步骤S5中程序升温烧成具体为：将坯件放入窑炉，保持炉内氧气含量不高于4％，室温为初始温度，以10～20℃/h的速率升温至350～500℃；然后保持炉内氧气含量不低于45％，以50～100℃/h的速率升温至1010～1050℃保温5～8h；最后保持炉内氧气含量不低于45％，以20～50℃/h的速率升温至1300～1350℃保温1～3h。
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