CN114603879B - 一种空心复合绝缘子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心瓷复合绝缘子的制备方法，其利用带环形凸阶与呈环形的膨大部的芯棒作为内芯在其表面上利用玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的混纺纤维布作为包绕材料进行表面包绕，然后在包绕部利用环氧树脂料进行真空浸渍后得到包覆对应的包绕材料的树脂环套，然后再在在树脂环套、膨大部以及环形凸阶的外表面上进行硅橡胶伞裙的压力注射成型，再将成型有硅橡胶伞裙的芯棒作为绝缘子，将表面进行过阳极氧化处理的金具在芯棒的两端端面进行套装后注胶，使两者胶装为一体，即得到空心复合绝缘子成品。本发明具有较佳的整体结构强度和稳定性，抗震性能和防爆性能好，并能满足介电强度和耐污性能需求，尤其适用于高电压领域。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域中的绝缘部件，具体涉及一种空心复合绝缘子的制备方法。
背景技术
作为高压电网及输变电线路中的关键部件之一，绝缘子的性能好坏直接影响到高压电网的安全运行。目前，市面上所使用的绝缘子主要有复合绝缘子、纯瓷绝缘子两种，其中纯瓷绝缘子的生产成本低、适用面广，但因材质特性，稳定性相对较差，只能通过选用性能优良的原材料及增大产品壁厚以加大安全欲度，且瓷绝缘子还存在耐污等级低、重量重的问题，需要通过在瓷套的伞裙表面喷涂硫化硅橡胶或者其他耐污涂层来提升耐污性能性，而这些方法都意味着成本的增加，且治标不治本。
而相比于纯瓷绝缘子，复合绝缘子具有重量轻、防震性好、抗污能力强、耐候性佳、防爆性能优异、使用寿命长的优点，且疏水性好、适用面广、维护费用低，相比于纯瓷绝缘子有很大的优越性而受到行业的青睐。
复合绝缘子通常包括中空的芯棒、伞裙和芯棒两端部连接的连接金具，其芯棒既是承力件也是内绝缘件，承受着主要的机械应力、电应力。现有技术中，芯棒有玻璃钢芯棒或者陶瓷芯棒两种：陶瓷芯棒虽然具有良好的化学稳定性和热稳定性以及几乎不会老化变质特性，但仍不能解决陶瓷芯棒易发生炸裂失效的问题；而玻璃钢芯棒稳定性好、具备很好的机械性能、耐电击穿性能，但与硅橡胶材质的伞裙结合性能差，而现有技术中，伞裙与芯棒的粘接工艺也不是很完善，使得玻璃钢芯棒在承压的情况下，伞裙与芯棒之间的界面出现剥离，从而对产品的介电强度和机械强度产生影响，也会影响其耐电击穿性能，尤其在高电压领域，以上问题会因为工作环境的问题而更加突出。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种空心复合绝缘子的制备方法，具有良好的机械性能和耐电击穿性能，可用以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种空心复合绝缘子的制备方法，具体包括以下制备步骤：
S1、通过设备成型符合匹配尺寸的芯棒：
所述芯棒具有中空的绝缘材质管体，所述绝缘材质管体的外柱面上对应伞裙位置成型有环形凸阶，并在环形凸阶的外侧成型有呈环形的膨大部；
S2、对芯棒进行清洗除杂，然后在芯棒外柱面对应环形凸阶之间的管段上均匀涂抹偶联剂，然后将涂抹好偶联剂的芯棒入烘箱进行热处理；
S3、从烘箱中取出处理完成后的芯棒，利用玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的混纺纤维布作为包绕材料，在芯棒的外柱面上对应环形凸阶间的管段位置进行表面包绕；
S4、混纺纤维布包绕完成后，在对应的包绕段位置利用环氧树脂料进行真空浸渍处理，所述真空浸渍处理过程循环进行3~5次，浸渍完成后在对应包绕段表面得到包覆所述包绕段的树脂环套；
S5、在树脂环套、膨大部以及环形凸阶的外表面上均匀涂抹偶联剂，然后入烘箱进行二次热处理，热处理完成后将芯棒放入模具中进行硅橡胶伞裙的压力注射成型：
所述硅橡胶伞裙以憎水性脂环族环氧树脂作为基材制备，其具体包括75~80wt%的憎水性脂环族环氧树脂、10~15wt%的聚氨酯树脂、5~7wt%的聚丙烯酰胺、1~3wt%的十三氟辛基三乙氧基硅烷以及余量的助剂；所述助剂包括甲基丙烯酸甲酯、环氧丙烷丁基醚、苯乙烯的三元共聚物与柠檬酸钠的组合物；
S6、将经过步骤S5成型的带硅橡胶伞裙的芯棒作为绝缘子，将表面进行过阳极氧化处理的金具在芯棒的两端端面进行套装后注胶，使两者胶装为一体，即得到空心复合绝缘子成品。
作为进一步限定，所述芯棒为一体成型的玻璃钢芯棒或者陶瓷芯棒。
作为进一步限定，所述环形凸阶环高为对应伞裙基部高度的15~30%；而成型于环形凸阶外侧的膨大部的剖面优选为圆形或者椭圆形，其剖面高度为环形凸阶环高的1.5~2倍。
作为进一步限定，在对于芯棒进行清洗除杂处理时采用中性无腐蚀的洗涤剂进行表面清洗，其优选采用洗洁精稀释液或者酒精。
作为进一步限定，在步骤S2以及步骤S5中采用的偶联剂为硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH560。
作为进一步限定，在步骤S2以及步骤S5中利用烘箱进行热处理以及二次热处理之前，先将均匀涂抹偶联剂的芯棒平放10min，待表面干燥后再放入烘箱中进行热处理或者二次热处理；
在利用烘箱进行热处理或者二次热处理时，设定烘箱在70~90℃的温度条件下低温烘烤20~30min。
作为进一步限定，所述混纺纤维布中玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的质量比为3:1~5:1，且所述混纺纤维布的克重为120~180g/m2；且所述混纺纤维布在芯棒的外柱面上的包绕层数为2~3层。
作为进一步限定，在步骤S5中，进行硅橡胶伞裙注射时采用自动压力注射工艺成型，成型时控制注射模腔温度为140~160℃、注射压力为0.25~0.32MPa，注料时长为200~250S，硫化处理15~20min，冷却完成后即得到硅橡胶伞裙。
作为进一步限定，在步骤S5中，金具在芯棒的两端端面进行的胶装成型过程也能在可以在步骤S2的芯棒清洗除杂操作之后、涂抹偶联剂操作之前。
作为进一步限定，金具与芯棒的两端端面为过渡配合装配，装配时通过压力设备辅助装配压入。
本发明的优点及有益效果在于：
本发明的空心瓷复合绝缘子具有优异的耐候性，优良的憎水性、憎水迁移性、高机械强度、良好的抗磨损性能和抗外力破坏能力；
通过在芯棒的外柱面上间隔设置混纺纤维布作为包绕材料，配合树脂环套能有效缓解芯棒在受到端面应力冲击和热应力冲击时发生开裂的情况，并能在芯棒已开裂的情况下防止裂纹扩散，并保证其依然具有较佳的结构强度和耐电击穿性能；
而通过环形凸阶和呈环形的膨大部的设置配合特定的硅橡胶伞裙改性材质能有效提高硅橡胶伞裙在芯棒上的附着性能，能够满足芯棒与硅橡胶伞裙的结合性能和加工要求；
硅橡胶伞裙具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能，解决了产品耐油差问题，同时具有较高的机械强度，并具有较佳的自清洁性能和抗锐器破坏性能，可以防止鸟啄对聚合物空心复合绝缘子伞套的破坏，并具有一定的抗挂冰和抗风沙能力。
同时工程人员施工过程中必要时在一定范围内可以踩踏在伞裙上，从而便利了施工，提高了工程人员施工过程中的安全系数。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的结构示意图。
图2为图1中A部分的细节放大示意图。
其中：1、金具；2、胶装部；3、芯棒；4、硅橡胶伞裙；5、伞裙伞体；6、中空孔；7、包绕段；8、环形凸阶；9、膨大部。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明的空心复合绝缘子，通过以下方式制备：
首先利用一体成型的玻璃钢芯棒或者陶瓷芯棒作为芯棒，其采用陶瓷芯棒时具有较低的生产成本，而采用玻璃钢芯棒时具有较佳的性能。而在本实施例中，为了更好的展示性能和使用效果，芯棒采用陶瓷芯棒。
在本实施例的芯棒具有中空的绝缘材质管体，并在芯棒的外柱面上对应伞裙位置成型有环形凸阶，且在环形凸阶的外侧成型有呈环形的膨大部。该环形凸阶的剖面为矩形，且该矩形剖面在对应芯棒的长度方向上对应的环高为对应伞裙基部高度的20%，而环形凸阶外侧的膨大部剖面为圆形，且该圆形剖面的直径为环形凸阶环高的1.5~2倍。
对作为基材的芯棒进行表面清洗除杂，清洗时，在芯棒的表面用95%的工业酒精清洗，并在清洗后静置30min，然后在芯棒表面对应环形凸阶之间的管段上均匀涂抹硅烷偶联剂KH560，将涂抹好偶联剂的芯棒平放10min，待表面干燥后再放入烘箱中，设定烘箱在80℃的温度条件下低温烘烤20min以完成热处理；热处理完成后，将芯棒随烘箱冷却至室温，然后将芯棒从烘箱中取出，备用。
将玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维进行混纺获得混纺纤维布，其中玻璃纤维为主纤维，其主要为芯棒提供抗热应力冲击性能，并提供端面冲击力条件下的应力缓冲性能，而改性芳香族聚噁二唑纤维（POD 纤维）由于其主链含有交替的苯环和噁二唑环，形成了刚性的共轭分子结构，大分子链呈现刚性棒状，使得改性芳香族聚噁二唑纤维本身具有良好的热稳定性，耐化学性能和电绝缘性能，还对玻璃纤维有较佳的补强效果；混纺纤维布中玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的质量比为3:1~5:1，在质量比的条件下混纺获得的混纺纤维布具有极佳的结构保持性能，在被环氧树脂料紧致的条件下在芯棒外侧提供比硅树脂橡胶更强的包裹力，减少芯棒在外力条件下的受损几率，并能在芯棒受损开裂后抑制裂纹的发展。
而在上述功能效果条件下，为获得最佳的使用性能，该混纺纤维布的克重应控制在120~180g/m2；且所述混纺纤维布在芯棒的外柱面上的包绕层数为2~3层。
利用玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的质量比为3:1、克重为160g/m2的混纺纤维布作为包绕材料在芯棒的外柱面上对应环形凸阶间的管段位置进行表面包绕，其包绕层数为3层。包绕完成后，在对应的包绕段位置利用环氧树脂E51进行真空浸渍处理，其真空浸渍处理过程分三次进行，在单次浸渍完成后静置90min后再进行下一次真空浸渍，浸渍完成后即对应包绕段表面得到包覆所述包绕段的树脂环套；在浸渍并硬化后的树脂环套表面以及膨大部和环形凸阶的外表面上均匀涂抹硅烷偶联剂KH560，然后将涂抹好偶联剂的芯棒平放10min，待表面干燥后再放入烘箱中进行二次热处理，进行二次热处理时参考前面一次热处理过程设定烘箱在80℃的温度条件下低温烘烤20min以完成二次热处理；热处理完成后，将芯棒随烘箱冷却至室温，然后将芯棒从烘箱中取出，备用。
在进行硅树脂注射前调制硅树脂料，调制硅树脂料时，以憎水性脂环族环氧树脂作为基材，憎水性脂环族环氧树脂具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能，同时具有较高的机械强度，配合聚氨酯树脂可有效提高成型后的硅树脂伞裙的性能，如憎水性、憎水迁移性和电气性能，是本领域的常规选择；但单一的憎水性脂环族环氧树脂料存在强度缺陷，在发明的技术方案采用聚氨酯树脂与聚丙烯酰胺的组合进行结构增强，并通过甲基丙烯酸甲酯、环氧丙烷丁基醚、苯乙烯的三元共聚物对树脂料的内部结构中形成空间交联来进行补强来获得抗锐器破坏性能，并能在一定程度上提高抗风沙能力，而十三氟辛基三乙氧基硅烷则能均匀分布于对应的空间交联体系中，并为树脂结构提供自清洁性能和抗挂冰性能。
在本实施例中，用于注射成型硅橡胶伞裙的硅树脂料具体包括77wt%的憎水性脂环族环氧树脂、12wt%的聚氨酯树脂、6wt%的聚丙烯酰胺、2wt%的十三氟辛基三乙氧基硅烷以及3wt%的助剂；而对应的助剂包括1.8wt%的甲基丙烯酸甲酯、环氧丙烷丁基醚、苯乙烯的质量比1:1:1的三元共聚物以及1wt%柠檬酸钠的组合物以及0.2wt%的DMP-30作为增强促进剂。
制备好注射成型硅橡胶伞裙的硅树脂料后，将芯棒放入注射模具中，而在将芯棒放入模具前，在注射模具芯模以软布蘸涂方式涂抹脱模剂（如本实施例采用的杜邦液体脱模剂818），在注射模具的芯模表面擦拭涂覆均匀后进行硅橡胶伞裙的压力注射成型，成型时控制注射模腔温度为150℃、注射压力为0.3MPa，注料时长为240S，硫化处理18min，冷却完成后即得到成型于芯棒外柱面上的硅橡胶伞裙。
将经过上述步骤成型的带硅橡胶伞裙的芯棒作为绝缘子，将金具表面预先进行阳极氧化处理，然后将表面进行过阳极氧化处理的金具在芯棒的两端端面进行套装，套装时，金具与芯棒的两端端面为过渡配合装配，装配时通过压力设备辅助装配压入，然后将预制备好的环氧树脂胶作为原料在金具与芯棒的装配间隙位置通过注胶孔进行压力注胶灌封，对应的环氧树脂胶粘度为0.35～0.45Pa·s，以方便进行灌封操作，减少灌封工艺下的压力要求。灌封完成后对金具进行加热处理，温度110℃，60min后卸下产品，送检合格后即得到成品空心瓷复合绝缘子。
而在另外的实施例中，表面进行过阳极氧化处理的金具在芯棒的两端端面进行的胶装成型过程也能在可以在步骤S2的芯棒清洗除杂操作之后、涂抹偶联剂操作之前，其成型效果与将阳极氧化处理的金具在工序最后进行胶装成型过程的效果基本一致。
通过本实施例的上述工艺条件制得的空心复合绝缘子具有如图1、图2所示的结构样式，其主体结构为电瓷材质成型的芯棒3，芯棒3的瓷芯体为中空的柱筒结构，其内侧为中空孔6，用于装配元件；芯棒3的两侧端部分别装配有金具1，金具1通过压力套装方式套装并顶靠于芯棒3的端部顶面上，并以芯棒3与金具1的竖直贴合边位置作为胶装部2，胶装部2通过灌封方式灌封有环氧树脂胶来作为灌封胶料。
芯棒3的外柱面上间隔设置有呈环形的环形凸阶8，该环形凸阶8的外侧连接有膨大部9，芯棒3的外柱面上对应位置相邻的环形凸阶8之间以及最上部环形凸阶8和最下部环形凸阶8外侧均成型有包绕段7，该包绕段7上包绕有三层混纺纤维布，三层混纺纤维布上分三次真空浸渍有环氧树脂料，以在包绕段7上形成固化的树脂环套。而对应的硅橡胶伞裙4成型于芯棒3的外柱面的树脂环套、环形凸阶8、膨大部9以及未覆盖的芯棒3的外柱面主体表面上，且硅橡胶伞裙4上大、小伞间隔设置的伞裙伞体5基部对应环形凸阶8位置，以得到如图1、图2所示的结构。
本发明的空心复合绝缘子测定的体积电阻率4.4×1013Ω·cm，具有较佳的致密性和气密性，并具有良好的机械性能和绝缘性能，能有效满足电力电网、变电站对于空心复合绝缘子用缠绕管的使用要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，具体包括以下制备步骤：
S1、通过设备成型符合匹配尺寸的芯棒：
所述芯棒具有中空的绝缘材质管体，所述绝缘材质管体的外柱面上对应伞裙位置成型有环形凸阶，并在环形凸阶的外侧成型有呈环形的膨大部；所述环形凸阶环高为对应伞裙基部高度的15～30％；而成型于环形凸阶外侧的膨大部的剖面为圆形或者椭圆形，其剖面高度为环形凸阶环高的1.5～2倍；
S2、对芯棒进行清洗除杂，然后在芯棒外柱面对应环形凸阶之间的管段上均匀涂抹偶联剂，然后将涂抹好偶联剂的芯棒入烘箱进行热处理；
S3、从烘箱中取出处理完成后的芯棒，利用玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的混纺纤维布作为包绕材料，在芯棒的外柱面上对应环形凸阶间的管段位置进行表面包绕；所述混纺纤维布中玻璃纤维与改性芳香族聚噁二唑纤维的质量比为3:1～5:1，且所述混纺纤维布的克重为120～180g/m2；且所述混纺纤维布在芯棒的外柱面上的包绕层数为2～3层；
S4、混纺纤维布包绕完成后，在对应的包绕段位置利用环氧树脂料进行真空浸渍处理，所述真空浸渍处理过程循环进行3～5次，浸渍完成后在对应包绕段表面得到包覆所述包绕段的树脂环套；
S5、在树脂环套、膨大部以及环形凸阶的外表面上均匀涂抹偶联剂，然后入烘箱进行二次热处理，热处理完成后将芯棒放入模具中进行硅橡胶伞裙的压力注射成型：
所述硅橡胶伞裙以憎水性脂环族环氧树脂作为基材制备，其具体包括75～80wt％的憎水性脂环族环氧树脂、10～15wt％的聚氨酯树脂、5～7wt％的聚丙烯酰胺、1～3wt％的十三氟辛基三乙氧基硅烷以及余量的助剂；所述助剂包括甲基丙烯酸甲酯、环氧丙烷丁基醚、苯乙烯的三元共聚物与柠檬酸钠的组合物；
S6、将经过步骤S5成型的带硅橡胶伞裙的芯棒作为绝缘子，将表面进行过阳极氧化处理的金具在芯棒的两端端面进行套装后注胶，使两者胶装为一体，即得到空心复合绝缘子成品。
2.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，所述芯棒为一体成型的玻璃钢芯棒或者陶瓷芯棒。
3.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，在对于芯棒进行清洗除杂处理时采用中性无腐蚀的洗涤剂进行表面清洗，其洗涤剂采用洗洁精稀释液或者酒精。
4.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，在步骤S2以及步骤S5中利用烘箱进行热处理以及二次热处理之前，先将均匀涂抹偶联剂的芯棒平放10min，待表面干燥后再放入烘箱中进行热处理或者二次热处理。
5.根据权利要求4所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，在利用烘箱进行热处理或者二次热处理时，设定烘箱在70～90℃的温度条件下低温烘烤20～30min。
6.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，进行硅橡胶伞裙注射时采用自动压力注射工艺成型，成型时控制注射模腔温度为140～160℃、注射压力为0.25～0.32MPa，注料时长为200～250S，硫化处理15～20min，冷却完成后即得到硅橡胶伞裙。
7.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤S6中进行的金具胶装成型过程也可以在步骤S2的芯棒清洗除杂操作之后、涂抹偶联剂操作之前进行。
8.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子的制备方法，其特征在于，金具与芯棒的两端端面为过渡配合装配，装配时通过压力设备辅助装配压入。
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