CN114724788A - 复合材料绝缘支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料绝缘支架及其制备方法。本复合材料绝缘支架包括L形结构的支架以及固定于支架上的加强肋板，其中，所述支架上开设有安装孔，位于中部的加强肋板将支架分为第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架和第二支撑架均为L形结构，支架和加强肋板均为铺设纤维布后混合树脂通过复合材料成型工艺成型，形成加强肋板的纤维布中一部分为第一支撑架中纤维布一体延伸而来，形成加强肋板的纤维布中另一部分为第二支撑架中纤维布一体延伸而来，组成第一支撑架和第二支撑架的部分层纤维布为同一张纤维布。本发明提出的复合材料绝缘支架，提高了绝缘支架的力学强度和耐疲劳性，并实现高压电气隔离。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘支架技术领域，尤其涉及一种复合材料绝缘支架及其制备方法。
背景技术
绝缘支架广泛应用于电气设备、避雷设备和电力工程中。
传统金属支架主要存在材质重，时间长易腐蚀，非绝缘的问题。当大电流通过金属支架时，其温度迅速上升，经常形成强烈的电弧破坏金属支架，从而大大提高了输电设备的制造成本。目前，采用外涂或热镀锌技术处理金属支架的生锈和腐蚀，只能治愈症状，不能解决根本问题，特别是在恶劣环境下，生锈和腐蚀问题大大缩短了其使用寿命，影响了电能、通信设施和电气化设备的安全和无故障使用。
绝缘支撑架一般采用纯塑料、树脂等作为基材，短切或连续纤维(绝缘纤维)作为增强材料，利用热压、模压、袋压和注塑等典型复合材料成型工艺制备。通过上述方式制备的支撑架，其电绝缘性能完全满足要求，但是，其力学强度和疲劳性能要求有限。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种复合材料绝缘支架及其制备方法，旨在提高绝缘支架的力学强度和耐疲劳性，并实现高压电气隔离。
为实现上述目的，本发明提供一种复合材料绝缘支架，包括L形结构的支架以及固定于支架上的加强肋板，其中，所述支架上开设有安装孔，位于中部的加强肋板将支架分为第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架和第二支撑架均为L形结构，支架和加强肋板均为铺设纤维布后混合树脂通过复合材料成型工艺成型，形成加强肋板的纤维布中一部分为第一支撑架中纤维布一体延伸而来，形成加强肋板的纤维布中另一部分为第二支撑架中纤维布一体延伸而来，组成第一支撑架和第二支撑架的部分层纤维布为同一张纤维布。
优选地，所述第一支撑架包括位于外层的第一支撑部以及位于内层的第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部均为L形结构；所述第二支撑架包括位于外层的第三支撑部以及位于内层的第四支撑部，第三支撑部和第四支撑部均为L形结构，第一支撑部和第三支撑部的每一层纤维布均为同一张纤维布，加强肋板包括平行设置的第一肋板和第二肋板。
优选地，所述第一支撑部和第三支撑部采用四边形纤维布在模具上重复铺设一体成型。
优选地，所述第二支撑部和第四支撑部均为多层L形纤维布在模具上重叠铺设而成，第一肋板的纤维布为第二支撑部中L形纤维布折叠而成，第二肋板中的纤维布为第四支撑部中L形纤维布折叠而成。
优选地，所述L形纤维布折叠形成三个互相垂直的支撑板，连续两层L形纤维布折叠形成的缝隙位置错开设置。
优选地，所述树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚和聚醚醚酮，所述纤维布包括玻璃纤维布、超高分子量聚乙烯纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布。
优选地，组成所述第一肋板和第二肋板纤维布的层数相等。
优选地，组成所述第一支撑部和第二支撑部纤维布的层数相等。
本发明进一步提出一种基于上述复合材料绝缘支架的制备方法，包括以下步骤：
将四边形纤维布通过重复铺层形成一体结构的第一支撑部和第三支撑部，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第二支撑部和第一肋板，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第四支撑部和第二肋板；
将第一支撑部、第三支撑部、第二支撑部、第一肋板、第四支撑部和第二肋板组合后，通过模具和树脂配合复合材料成型工艺成型，形成整体的绝缘支架；
在绝缘支架上开孔形成安装孔。
优选地，复合材料成型工艺包括湿法成型和干法成型，湿法成型包括：手糊、袋压和真空导入，干法成型包括：模压和热压罐。
本发明提出的复合材料绝缘支架，因形成加强肋板的纤维布中一部分为第一支撑架中纤维布一体延伸而来，形成加强肋板的纤维布中另一部分为第二支撑架中纤维布一体延伸而来，因此，解决了传统L形复合材料绝缘支架无加强筋，或加强筋纤维与整体不连续的问题，实现载荷能够在区域间沿着纤维方向传导，最大限度通过复合材料结构设计提高支架的力学强度。采用一体化成型制造既能保证被连接结构之间的电绝缘特性，同时还能保证结构自身的强度、刚度与耐疲劳特性。本复合材料绝缘支架因为采用纤维布和树脂成型，还解决了传统金属支架材质重、易腐蚀和非绝缘的问题。另外，本复合材料绝缘支架还具有结构简单稳定、性能好以及容易实现的优点。
附图说明
图1为本发明复合材料绝缘支架的结构示意图；
图2为本发明复合材料绝缘支架使用的四边形纤维步和L形纤维布的结构示意图；
图3为L形纤维布铺层方式的结构示意图；
图4为本发明复合材料绝缘支架成型时的前后顺序示意图。
图中，1-第一支撑架，11-第一支撑部，12-第二支撑部，2-第二支撑架，21-第三支撑部，22-第四支撑部，3-加强肋板，31-第一肋板，32-第二肋板。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提出一种复合材料绝缘支架。
参照图1，本优选实施例中，一种复合材料绝缘支架，包括L形结构的支架以及固定于支架上的加强肋板3，其中，支架上开设有安装孔(安装孔的数量根据需求可设置多个，以满足不同结构之间的绝缘机械连接)，位于中部的加强肋板3将支架分为左右两侧的第一支撑架1和第二支撑架2，第一支撑架1和第二支撑架2均为L形结构，支架和加强肋板3均为铺设纤维布后混合树脂通过干法或湿法成型，形成加强肋板3的纤维布中一部分为第一支撑架1中纤维布一体延伸而来(一体延伸而来指的是加强肋板3中部分纤维布与第一支撑架中部分纤维布为一整张纤维布，下同)，形成加强肋板3的纤维布中另一部分为第二支撑架2中纤维布一体延伸而来，组成第一支撑架1的部分层纤维布和第二支撑架2的部分层纤维布为同一张纤维布(即第一支撑架1是多层纤维布组成的，第二支撑架2也是多层纤维布组成的，第一支撑架1和第二支撑架2中部分纤维布是同一张纤维布，另一部分是分开的纤维布)。
在满足力学性能的前提下，可根据实际工况和技术要求在复合材料成型后通过机械加工修改形状。本复合材料绝缘支架适用于电气设备、避雷设备和电力工程中需要保持绝缘的、高力学强度要求的构件间的连接，例如避雷设施，电力设施特别是大型高压电力设施等。
纤维布的形式可根据要求为平纹布、斜纹布、罗纹、席纹和缎纹布等。本实施例中，参照图2，纤维布为四边形纤维布和L形纤维布。
具体地，第一支撑架1包括位于外层的第一支撑部11以及位于内层的第二支撑部12，第一支撑部11和第二支撑部12均为L形结构；第二支撑架2包括位于外层的第三支撑部21以及位于内层的第四支撑部22，第三支撑部21和第四支撑部22均为L形结构，第一支撑部11和第三支撑部21的每一层纤维布均为同一张纤维布(即重叠铺设多层纤维布时，将第一支撑部11和第三支撑部21一体成型)，加强肋板3包括平行设置的第一肋板31和第二肋板32。
第一支撑部11和第三支撑部21采用四边形纤维布在模具上重复铺设一体成型。即在模具的支撑下，重复铺设四边形纤维布，即可形成第一支撑部11和第三支撑部21，第一支撑部11和第三支撑部21的每一层纤维布均为同一张纤维布。四边形纤维布通过与模具共形组成第一支撑部11和第三支撑部21。
进一步地，第二支撑部12和第四支撑部22均为多层L形纤维布在模具上重叠铺设而成，第一肋板31的纤维布为第二支撑部12中L形纤维布折叠而成，第二肋板32中的纤维布为第四支撑部22中L形纤维布折叠而成。L形纤维布通过与模具共形组成第二支撑部12、第四支撑部22以及加强肋板3。
L形纤维布折叠形成三个互相垂直的支撑板，L形纤维布折叠方式如图3所示，通过L形纤维部的A边与B边重叠，当改变拼接缝隙位置，可形成图3中a、b和c三种形式的单层结构。根据设计厚度和承载应力集中位置，通过调整图3中a、b和c三种形式单层结构的比例，进行周期性重复铺层，可形成具备一定厚度的图3中d的结构。
进一步地，连续两层L形纤维布折叠形成的缝隙位置错开设置，从而进一步提高了本复合材料绝缘支架的结构可靠性。
具体地，树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚和聚醚醚酮，纤维布包括玻璃纤维布、超高分子量聚乙烯纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布。组成第一肋板31和第二肋板32纤维布的层数相等。组成第一支撑部11和第二支撑部12纤维布的层数相等。
本复合材料绝缘支架的制备方法，包括以下步骤：
将四边形纤维布通过重复铺层形成第一支撑部11和第三支撑部21(即形成图4中e结构)，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第二支撑部12和第一肋板31(即图3中d结构)，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第四支撑部22和第二肋板32(即图3中d结构)；
将第一支撑部11、第三支撑部21、第二支撑部12、第一肋板31、第四支撑部22和第二肋板32组合后(组合前为图4中g结构，组合后形成图4中h结构)，通过模具和树脂配合复合材料成型工艺成型，形成整体的绝缘支架；
在绝缘支架上开孔形成安装孔。
本实施例提出的复合材料绝缘支架，因形成加强肋板3的纤维布中一部分为第一支撑架1中纤维布一体延伸而来，形成加强肋板3的纤维布中另一部分为第二支撑架2中纤维布一体延伸而来，因此，解决了传统L形复合材料绝缘支架无加强筋，或加强筋纤维与整体不连续的问题，实现载荷能够在区域间沿着纤维方向传导，最大限度通过复合材料结构设计提高支架的力学强度。采用一体化成型制造既能保证被连接结构之间的电绝缘特性，同时还能保证结构自身的强度、刚度与耐疲劳特性。本复合材料绝缘支架因为采用纤维布和树脂成型，还解决了传统金属支架材质重、易腐蚀和非绝缘的问题。另外，本复合材料绝缘支架还具有结构简单稳定、性能好以及容易实现的优点。
本发明进一步提出一种复合材料绝缘支架的制备方法。
本优选实施例中，一种基于上述的复合材料绝缘支架的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10，将四边形纤维布通过重复铺层形成第一支撑部11和第三支撑部21，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第二支撑部12和第一肋板31，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第四支撑部22和第二肋板32；
步骤S20，将第一支撑部11、第三支撑部21、第二支撑部12、第一肋板31、第四支撑部22和第二肋板32组合后，通过模具和树脂配合复合材料成型工艺成型，形成整体的绝缘支架；
步骤S30，在绝缘支架上开孔形成安装孔。
具体地，复合材料成型工艺包括湿法成型和干法成型，湿法成型包括：手糊、袋压和真空导入，干法成型包括：模压和热压罐。
本发明提出的复合材料绝缘支架的制备方法，解决了传统L形复合材料绝缘支架无加强筋，或加强筋纤维与整体不连续的问题，实现载荷能够在区域间沿着纤维方向传导，最大限度通过复合材料结构设计提高支架的力学强度。采用一体化成型制造既能保证被连接结构之间的电绝缘特性，同时还能保证结构自身的强度、刚度与耐疲劳特性。同时，本制备方法还具有制造简单以及容易实现的优点。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合材料绝缘支架，其特征在于，包括L形结构的支架以及固定于支架上的加强肋板，其中，所述支架上开设有安装孔，位于中部的加强肋板将支架分为第一支撑架和第二支撑架，第一支撑架和第二支撑架均为L形结构，支架和加强肋板均为铺设纤维布后混合树脂通过复合材料成型工艺成型，形成加强肋板的纤维布中一部分为第一支撑架中纤维布一体延伸而来，形成加强肋板的纤维布中另一部分为第二支撑架中纤维布一体延伸而来，组成第一支撑架和第二支撑架的部分层纤维布为同一张纤维布。
2.如权利要求1所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，所述第一支撑架包括位于外层的第一支撑部以及位于内层的第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部均为L形结构；所述第二支撑架包括位于外层的第三支撑部以及位于内层的第四支撑部，第三支撑部和第四支撑部均为L形结构，第一支撑部和第三支撑部的每一层纤维布均为同一张纤维布，加强肋板包括平行设置的第一肋板和第二肋板。
3.如权利要求2所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，所述第一支撑部和第三支撑部采用四边形纤维布在模具上重复铺设一体成型。
4.如权利要求2所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，所述第二支撑部和第四支撑部均为多层L形纤维布在模具上重叠铺设而成，第一肋板的纤维布为第二支撑部中L形纤维布折叠而成，第二肋板中的纤维布为第四支撑部中L形纤维布折叠而成。
5.如权利要求4所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，所述L形纤维布折叠形成三个互相垂直的支撑板，连续两层L形纤维布折叠形成的缝隙位置错开设置。
6.如权利要求2所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，所述树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚苯硫醚和聚醚醚酮，所述纤维布包括玻璃纤维布、超高分子量聚乙烯纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布。
7.如权利要求2所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，组成所述第一肋板和第二肋板纤维布的层数相等。
8.如权利要求2至7中任意一项所述的复合材料绝缘支架，其特征在于，组成所述第一支撑部和第二支撑部纤维布的层数相等。
9.一种基于权利要求2至8中任意一项所述的复合材料绝缘支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将四边形纤维布通过重复铺层形成一体结构的第一支撑部和第三支撑部，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第二支撑部和第一肋板，将L形纤维布通过重复铺设形成一体结构的第四支撑部和第二肋板；
将第一支撑部、第三支撑部、第二支撑部、第一肋板、第四支撑部和第二肋板组合后，通过模具和树脂配合复合材料成型工艺成型，形成整体的绝缘支架；
在绝缘支架上开孔形成安装孔。
10.如权利要求9所述的复合材料绝缘支架的制备方法，其特征在于，复合材料成型工艺包括湿法成型和干法成型，湿法成型包括：手糊、袋压和真空导入，干法成型包括：模压和热压罐。
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| CN202210257571.8A CN114724788A (zh) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 复合材料绝缘支架及其制备方法 |
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| CN202210257571.8A CN114724788A (zh) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | 复合材料绝缘支架及其制备方法 |
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| CN114724788A true CN114724788A (zh) | 2022-07-08 |
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|---|---|---|---|---|
| US20100080952A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-04-01 | Toray Industries, Inc. | Preform for molding fiber-reinforced resin beam, process for producing the same, apparatus for producing the same, and process for producing fiber-reinforced resin beam |
| CN205980077U (zh) * | 2016-06-28 | 2017-02-22 | 钟金顺 | 一种钢结构空调支架 |
| CN106848133A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 上海航秦新材料有限责任公司 | 一种用于电动汽车的复合材料耐火电池包及其制备方法 |
| CN110108567A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-09 | 南京航空航天大学 | 陶瓷基复合材料层间拉伸试件及其制备方法及其试验方法 |
-
2022
- 2022-03-16 CN CN202210257571.8A patent/CN114724788A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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