CN114619688B - 一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法及其生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，步骤一：配置外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶，其中均包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂；步骤二、分三股玻璃纤维，分别经过外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶；步骤三、经过内圈浸胶玻璃纤维经过预加热器进行预加热；步骤四、将三股浸胶完成的玻璃纤维经过预成型装置，经过外圈浸胶的玻璃纤维位于最外层、经过内圈浸胶的玻璃纤维位于最中心、经过中圈浸胶的位于中间层；步骤五：将棒材置于加热模具中，进行连续固化成型。中心部位已经具有了一定的温度，从而使得传热过程中，形成内圈部位和外圈部位朝向中间部位的同时热传导，使得热传导更快覆盖全部的绝缘芯棒，大大降低了热聚集的发生。
Description
技术领域
本发明涉及电力传输领域，更具体的说是涉及一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法。
背景技术
在超高电压传输领域中，往往会用到绝缘芯棒，绝缘芯棒主要是玻璃纤维和环氧树脂的复合材料，其中环氧树脂和玻璃纤维均是绝缘材料，环氧树脂起到类似胶黏剂的作用，将玻璃纤维束缚，在制备过程中先将玻璃纤维浸入环氧树脂中，往往在环氧树脂中会加入固化剂和固化促进剂，使得在一定温度下能够固化，从而形成绝缘芯棒，目前超高压直、交流输变电压已达到800-1000kV，同时满足电学、力学性能要求的芯棒直径需达到φ280-300mm，并且，为避免芯棒内生界面的影响，必须是一次拉挤成型。但是直径增大后，环氧树脂的固化会有温度差，由于加热源是在外层，外侧的环氧树脂会先发送固化，之后再通过热传导进入到内部，在小直径的绝缘芯棒中不会发生问题，在直径放大之后，会导致外层先固化，在外层外圈固化后，热传导能力下降，而整个固化反应是一个放热反应，这样内部就会有热聚集现象，会导致生产出来的绝缘芯棒有裂纹，这是高压输电过程中不允许出现的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于大直径预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，
步骤一：配置外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶，其中均包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂；
步骤二、分三股玻璃纤维，分别经过外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶；
步骤三、经过内圈浸胶玻璃纤维经过预加热器进行预加热；
步骤四、将三股浸胶完成的玻璃纤维经过预成型装置，经过外圈浸胶的玻璃纤维位于最外层、经过内圈浸胶的玻璃纤维位于最中心、经过中圈浸胶的位于中间层；
步骤五：将棒材置于加热模具中，进行连续固化成型。
作为本发明的进一步改进，
所述中圈浸胶的固化促进剂浓度大于内圈浸胶，所述内圈浸胶的固化促进剂浓度大于外圈浸胶。
作为本发明的进一步改进，
所述步骤三中预加热器温度为60℃～100℃。
作为本发明的进一步改进，
所述步骤五中加热模具温度为120℃～200℃。
作为本发明的进一步改进，
所述步骤五中加热模具具有若干个加热区间，从棒体进入加热模具到离开加热模具温度依次为递增温度。
作为本发明的进一步改进，
其特征在于：所述步骤五中加热模具到离开加热模具温度依次为120℃、140℃、160℃、180℃、200℃。
作为本发明的另一发明目的，提供一种生产设备：
包括：依次设置的外浸胶槽、中浸胶槽、内浸胶槽、预加热器、预成型装置、加热模具、往复牵引机；
所述外浸胶槽、中浸胶槽、内浸胶槽均设置有进口和出口，所述外浸胶槽填充外圈浸胶、中浸胶槽填充中圈浸胶、内浸胶槽填充内圈浸胶，玻璃纤维从进口进入从出口出去，经过内圈浸胶的玻璃纤维经过预加热器。
作为本发明的进一步改进，
所述预加热器包括外壳和第一电热器，所述第一电热器位于外壳内部，所述外壳朝向往复牵引机构的一侧设置有导向面。
作为本发明的进一步改进，
所述预成型装置为中空的套筒。
作为本发明的进一步改进，
所述加热模具包括中空的管体，所述管体外侧设置有若干第二电热器。
在本发明中，主要是先对内圈浸胶的玻璃纤维，在进入加热模具前，先经过一个预加热，这个加热温度控制在60℃～100℃使得内圈浸胶的玻璃纤维不会发送完全的固化反应，从而在所有玻璃纤维进入到加热模具的时候，中心部位已经具有了一定的温度，从而使得传热过程中，形成内圈部位和外圈部位朝向中间部位的同时热传导，使得热传导更快覆盖全部的绝缘芯棒，大大降低了热聚集的发生。
并且作为本发明的进一步改进，在外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶中，固化促进剂的含量也不相同，外圈浸胶含量最低，内圈浸胶次之，中圈浸胶最高，这样就使得外圈浸胶的玻璃限位，固化反应相对较慢，完全固化温度高，内圈由于经过预热，也需要相对于中间浸胶更慢的固化反应，而中圈浸胶则需要依靠内圈和外圈的热传导，因此需要较快的固化反应，因而中圈浸胶的固化促进剂含量最高，这样完全固化的温度也会比较低，从而控制大直径绝缘芯棒内外固化效率相近，从而避免了内部热量无法传到出去的形成热聚集的问题。并且外圈是直接通过加热模具加热，升温快，而内圈则是预热过之后，会先开始固化反应，但是固化反应放热产生的热量远远不及外圈直接加热快，因此内圈浸胶的固化促进剂含量大于外圈的固化促进剂。
附图说明
图1为本发明实施例一生产设备的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一生产设备的前端结构示意图；
图3为本发明实施例一生产设备的后端结构示意图；
图4为本发明实施例二制备的棒材截面；
图5为本发明对比例一制备的棒材截面；
图6为本发明的DSC测试结果面。
附图标记：
0、玻璃纤维；1、外浸胶槽；2、中浸胶槽；3、内浸胶槽；4、预加热器；5、预成型装置；6、加热模具；7、往复牵引机；8、进口；9、出口；10、外壳；11、第一电热器；12、套筒；13、管体；14、第二电热器；15、导向面；16、导轮。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1至3所示，实施例一：
一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的生产设备：
包括：依次设置的外浸胶槽1、中浸胶槽2、内浸胶槽3、预加热器4、预成型装置5、加热模具6、往复牵引机7；
所述外浸胶槽1、中浸胶槽2、内浸胶槽3均设置有进口8和出口9，所述外浸胶槽1填充外圈浸胶、中浸胶槽2填充中圈浸胶、内浸胶槽3填充内圈浸胶，玻璃纤维0从进口8进入从出口9出去，经过内圈浸胶的玻璃纤维0经过预加热器4。
在该设备中，玻璃纤维0，三个部分，第一部分是最后形成外圈的外圈玻璃纤维0，第二部分是最后形成中圈的中圈玻璃纤维0，第三部分是最后形成内圈的内圈玻璃纤维0；
其流程是外圈玻璃纤维0，经过外浸胶槽1的进口8进入，进行浸胶，从出口9输出，之后直接进入到预成型装置5中；
中圈玻璃纤维0，经过中浸胶槽2的进口8进入，进行浸胶，从出口9输出，之后直接进入到预成型装置5中；
内圈玻璃纤维0，经过内浸胶槽3的进口8进入，进行浸胶，从出口9输出，之后进入预加热器4中，进行预加热，最后再进入到预成型装置5中；
接着在预成型装置5中形成绝缘芯棒的雏形，进入到加热模具6中，进行固化反应。
而伸出加热模具6的部分，通过往复牵引机7进行牵引输出，拉动玻璃纤维0运动。
所述预加热器4包括外壳10和第一电热器11，所述第一电热器11位于外壳10内部，所述外壳10朝向往复牵引机7构的一侧设置有导向面15。
预加热器4主要是一个接触式的加热装置，通过设置在外壳10内部的第一加热器进行加热，将热量传导至外壳10，玻璃纤维0经过与外壳10的接触进行预热，而外壳10上设置导向面15，则是为了能够更长时间与预加热器4进行接触，同时有一个导向作用，在其他玻璃纤维0的传输过程中，可以采用导轮16进行导向。
所述预成型装置5为中空的套筒12。
所述加热模具6包括中空的管体13，所述管体13外侧设置有若干第二电热器14。
在本实施例中，管体13外设置了五组第二加热器。
第一加热器和第二加热器均为电热丝。
实施例二，通过实施例一的设备进行制备绝缘芯棒：
其绝缘芯棒直径为300mm，内圈、中圈、外圈截面积相同。
步骤一：配置外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶，其中均包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂；
其中外圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、0.5份的固化促进剂三苯基膦；
中圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、2.5份的固化促进剂三苯基膦；
内圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、1.5份的固化促进剂三苯基膦；
步骤二、分三股玻璃纤维，分别经过外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶；
步骤三、经过内圈浸胶玻璃纤维经过预加热器进行预加热；
步骤四、将三股浸胶完成的玻璃纤维经过预成型装置，经过外圈浸胶的玻璃纤维位于最外层、经过内圈浸胶的玻璃纤维位于最中心、经过中圈浸胶的位于中间层；
步骤五：将棒材置于加热模具中，进行连续固化成型。
所述步骤三中预加热器温度为80℃。
所述步骤五中加热模具到离开加热模具温度依次为120℃、140℃、160℃、180℃、200℃。
对比例一：
在实施例一的设备基础上，未设置预加热器，进行制备绝缘芯棒：
其绝缘芯棒直径为300mm，内圈、中圈、外圈截面积相同。
步骤一：配置外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶，其中均包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂；
其中外圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、1份的固化促进剂三苯基膦；
中圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、1份的固化促进剂三苯基膦；
内圈浸胶的配方为：质量份为50份的环氧树脂、50份的固化剂甲基四氢苯酐、1份的固化促进剂三苯基膦；
步骤二、分三股玻璃纤维，分别经过外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶；
步骤三、将三股浸胶完成的玻璃纤维经过预成型装置，经过外圈浸胶的玻璃纤维位于最外层、经过内圈浸胶的玻璃纤维位于最中心、经过中圈浸胶的位于中间层；
步骤四：将棒材置于加热模具中，进行连续固化成型。
所述步骤四中加热模具到离开加热模具温度依次为120℃、140℃、160℃、180℃、200℃。
一、观察实施例和对比例的截面；
参照图4和图5，其中图4为本发明实施例二制备的棒材截面，表面均匀无裂纹，而图5为对比例一制备的可以看到表面中间有明显裂纹，由于直径变大之后，由于内部热量无法散发，产生了热应力，从而产生了内部裂纹。
二、DSC测试；
按照质量份计：
1、取50份环氧树脂、50份甲基四氢苯酐和0.5份三苯基膦混合，记做sanbenlin-0.5，进行DSC测试；
2、取50份环氧树脂、50份甲基四氢苯酐和1.5份三苯基膦，记做sanbenlin-1.5进行DSC测试；
3、取50份环氧树脂、50份甲基四氢苯酐和2.5份三苯基膦，记做sanbenlin-2.5进行DSC测试。
得到图6所示，可以看到，随着三苯基膦含量的增加，环氧树脂的固化反应，其实温度和结束温度都在往后偏移。
在本发明中，主要是先对内圈浸胶的玻璃纤维，在进入加热模具前，先经过一个预加热，这个加热温度控制在60℃～100℃使得内圈浸胶的玻璃纤维不会发送完全的固化反应，从而在所有玻璃纤维进入到加热模具的时候，中心部位已经具有了一定的温度，从而使得传热过程中，形成内圈部位和外圈部位朝向中间部位的同时热传导，使得热传导更快覆盖全部的绝缘芯棒，大大降低了热聚集的发生。
并且作为本发明的进一步改进，在外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶中，固化促进剂的含量也不相同，外圈浸胶含量最低，内圈浸胶次之，中圈浸胶最高，这样就使得外圈浸胶的玻璃限位，固化反应相对较慢，完全固化温度高，内圈由于经过预热，也需要相对于中间浸胶更慢的固化反应，而中圈浸胶则需要依靠内圈和外圈的热传导，因此需要较快的固化反应，因而中圈浸胶的固化促进剂含量最高，这样完全固化的温度也会比较低，从而控制大直径绝缘芯棒内外固化效率相近，从而避免了内部热量无法传到出去的形成热聚集的问题。并且外圈是直接通过加热模具加热，升温快，而内圈则是预热过之后，会先开始固化反应，但是固化反应放热产生的热量远远不及外圈直接加热快，因此内圈浸胶的固化促进剂含量大于外圈的固化促进剂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
步骤一：配置外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶，其中均包括环氧树脂、固化剂、固化促进剂；
步骤二、分三股玻璃纤维，分别经过外圈浸胶、中圈浸胶、内圈浸胶；
步骤三、经过内圈浸胶玻璃纤维经过预加热器进行预加热；
步骤四、将三股浸胶完成的玻璃纤维经过预成型装置，经过外圈浸胶的玻璃纤维位于最外层、经过内圈浸胶的玻璃纤维位于最中心、经过中圈浸胶的位于中间层；
步骤五：将棒材置于加热模具中，进行连续固化成型；
其生产设备：
包括：依次设置的外浸胶槽（1）、中浸胶槽（2）、内浸胶槽（3）、预加热器（4）、预成型装置（5）、加热模具（6）、往复牵引机（7）；
所述外浸胶槽（1）、中浸胶槽（2）、内浸胶槽（3）均设置有进口（8）和出口（9），所述外浸胶槽（1）填充外圈浸胶、中浸胶槽（2）填充中圈浸胶、内浸胶槽（3）填充内圈浸胶，玻璃纤维（0）从进口（8）进入从出口（9）出去，经过内圈浸胶的玻璃纤维（0）经过预加热器（4）；
所述预加热器（4）包括外壳（10）和第一电热器（11），所述第一电热器（11）位于外壳（10）内部，所述外壳（10）朝向往复牵引机（7）构的一侧设置有导向面（15）。
2.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
所述中圈浸胶的固化促进剂浓度大于内圈浸胶，所述内圈浸胶的固化促进剂浓度大于外圈浸胶。
3.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
所述步骤三中预加热器温度为60℃~100℃。
4.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：所述步骤五中加热模具温度为120℃~200℃。
5.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
所述步骤五中加热模具具有若干个加热区间，从棒体进入加热模具到离开加热模具温度依次为递增温度。
6.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
其特征在于：所述步骤五中加热模具到离开加热模具温度依次为120℃、140℃、160℃、180℃、200℃。
7.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
所述预成型装置（5）为中空的套筒（12）。
8.根据权利要求1所述的一种预加热一次拉挤成型绝缘芯棒的制备方法，其特征在于：
所述加热模具（6）包括中空的管体（13），所述管体（13）外侧设置有若干第二电热器（14）。
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