CN214956214U - 一种复合绝缘子用芯棒预制体、绝缘子芯棒及绝缘子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合绝缘子用芯棒预制体、绝缘子芯棒及绝缘子，芯棒预制体包括内芯轴、卷绕在内芯轴上的混合叠层的纤维布作为芯棒主要承载层、卷绕在芯棒主要承载层外部的纤维纱作为表面加工层。所述内芯轴为环氧拉挤棒或不浸润树脂胶液的干纱束。所述芯棒主要承载层的纤维布选自经编玻纤单向布、双轴布或多轴向布中的两种混合叠层。所述表面加工层的纤维纱为环氧型无碱玻纤纱。在芯棒主要承载层内还设置若干层环向强度层。本实用新型能成型大直径复合绝缘芯棒；芯棒制作过程将预制体制备和浸胶过程分开，预制体的制备通过玻纤布叠层卷绕而成，这种制备方式在国内首次应用；纤维布叠层卷绕方式极大的提高了生产效率；提升了产品质量。

Description

一种复合绝缘子用芯棒预制体、绝缘子芯棒及绝缘子

技术领域

本实用新型属于电力输变电技术领域中使用的复合绝缘子结构技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子用芯棒预制体、绝缘子芯棒及绝缘子。

背景技术

在电力输变电技术领域，复合绝缘子由于其重量轻、机械强度高、耐污闪性能好和维护成本低而得到广泛的应用。更高的电压等级要求复合绝缘子芯棒拥有更大的直径，传统的环氧树脂玻纤棒材拉挤工艺难以突破直径大于150mm的瓶颈，目前国内大多采用组合式芯子成型大直径的绝缘子芯棒，该种方式成型工艺过程复杂且成型的芯棒内部组织相不连续、界面较多，在使用过程中，长期的交变载荷或严寒、高温交替循环条件下，其内部应力的不均匀性和不同组织相应允应变的差异，内部容易出现微裂纹，微裂纹初期难以发现，在不断的使用过程中微裂纹不断扩展，进而会影响强度、刚度的退化和绝缘性能的下降，有可能会造成难以估量的损失。

实用新型内容

为解决现有技术的以上缺陷并提供一种成型方式简单的技术方案，本实用新型提供一种复合绝缘子用芯棒预制体结构，并用以制备芯棒和绝缘子，以实现直径大于150mm的复合绝缘子芯棒的制备。本实用新型的技术方案如下所述：

一种复合绝缘子用芯棒预制体，包括内芯轴、在内芯轴外部的混合叠层的纤维布卷绕成的芯棒主要承载层、在芯棒主要承载层外部的纤维纱卷绕成的表面加工层。

优选的，所述内芯轴为环氧拉挤棒或不浸润树脂胶液的干纱束。

优选的，所述芯棒主要承载层的纤维布选自经编玻纤单向布、双轴布或多轴向布中的两种混合叠层，具体要根据产品要求的力学性能指标进行设计。

优选的，所述表面加工层的纤维纱为环氧型无碱玻纤纱。

优选的，根据产品直径要求或者产品性能要求，在芯棒主要承载层内设置若干层环向强度层，所述环向强度层为干纱缠绕成层；环向强度层可以为一层、两层或两层以上。

优选的，所述环向强度层可以采用0°单向玻纤布或是无碱方格布通过布卷绕的方式制成，环向层的目的是为了降低产品耐受高低温交替或载荷周期性变化引起的开裂倾向，环向层厚度为包裹在内部的承载层的10％左右，环向层具体位置和个数根据产品的直径大小和使用环境条件决定。

优选的，所述环氧拉挤棒或干纱束制备的内芯轴直径为

优选的，所述软芯轴的干纱束采用500-4800tex的环氧玻纤纱，在其外表面缠绕幅宽为50mm-100mm的玻璃纤维布带；所述软芯轴外表面缠绕的玻璃纤维布带可以采用多种形式的玻纤布，玻纤布选自单向布、双轴布、方格布、三维混编织物中的一种或多种组合进行束形，以制成干纱软芯轴。采用干纱软芯轴代替现有技术中环氧拉挤棒作为内芯轴的方式，然后再采用卷绕工艺在芯轴上卷绕玻璃纤维布作为芯棒主要承载层，然后在卷绕层内部相应位置缠绕制成一个或多个环向强度层，然后再在卷绕层外表面缠绕纤维纱，有利于后续的加工性。

本实用新型还包括包含所述复合绝缘子用芯棒预制体的绝缘子芯棒，采用所述芯棒预制体制备，加工时，采用采用卷绕工艺在芯轴上卷绕混合叠层的纤维布作为芯棒主要承载层，在卷绕层内部相应位置用干砂缠绕制成环向强度层，然后再在卷绕层外表面缠绕纤维纱，有利于后续的加工性。最后将制成的预制体进行真空包裹，气密性检查，抽真空，树脂导入，固化成型和脱模加工等步骤制成大直径的复合绝缘子用芯棒。其具体的制备步骤如下：

1)根据要求的产品尺寸大小选取直径60mm-80mm的实心拉挤绝缘内芯棒或干纱束；

2)当选择实心拉挤绝缘内芯棒时，将实心绝缘芯棒外表面用工业酒精擦洗，以除去芯棒表面的污渍，擦洗干净后在干燥的环境中晾晒30分钟；将实心绝缘芯棒外表面进行车削加工，形成均匀粗糙的表面，以利于外表面与卷绕布层部分粘接牢固；将加工好的实心绝缘棒用压缩空气吹净吸附在表面的加工尘屑；

当选择干纱束时，在拉挤张紧力的作用下，采用布卷缠绕机将该干纱束进行缠绕困扎束形，所采用的材料为幅宽为50mm-100mm的玻璃纤维布(玻纤布带可以采用多种形式的玻纤布，如单向布、双轴布、方格布、三维混编织物)；用自动切刀将束形好的软芯轴两端切断；

3)根据设计要求将两种不同增强材料或不同面密度或不同纤维方向的纤维布(纤维布可以是经编玻纤单向布、双轴布或多轴向布：面密度400-1200g/m2)安装到智能卷绕机上料辊上，再将处理好的实心绝缘棒安装固定在智能卷绕机卷辊上，输入卷绕直径、卷绕张力等参数，卷绕机开始卷绕，待卷绕机卷绕到设计规定的直径尺寸，两种不同的纤维布可以根据材料属性设置不同的张力；

6)将步骤5)卷绕好纤维布的芯棒转移至智能缠绕机上，设定直径、长度、纱宽等参数，系统自动计算运行，完成芯棒外层的缠绕工作，缠绕所采用的纱为环氧型无碱玻纤纱(理由：绝缘子芯体最主要的两个功能要求是良好的绝缘性和一定的承载能力，环氧树脂/酸酐固化体系绝缘性优异，因此与该树脂体系匹配最好的增强纤维最好是环氧玻纤，界面粘结性更好)，纤维纱克重为2400Tex；

7)树脂胶液配置：将相应的增韧剂、消泡剂等填料添加至环氧树脂中，采用自动混胶系统输入混胶总量和混胶比例，系统自动实现树脂溶液和固化剂溶液双组分的混合；所采用的树脂为E51型环氧树脂，固化剂为甲基四氢苯酐，甲基六氢苯酐；由环氧树脂、增韧剂、消泡剂、偶联剂等填料组成的树脂胶液与固化剂的混合比例为：(100-115：75-85)。将混合后的胶液导入真空桶中真空脱泡20分钟，并保持在50℃待用；

8)将步骤6)缠绕完毕的芯棒预制体外表面包裹脱模布，铺设导流网，布置抽气进料管路，包裹真空袋，然后抽真空，检查气密性完好后注入步骤7)所配置的树脂胶液，真空度要求小于0.1mbar；

9)注胶完毕后，关闭进料口，始终开启抽真空，在智能固化炉中加热阶梯固化，第一阶段为保温阶段，温度为50℃±3℃，时间为30min；第二固化阶段为升温阶段，温度从50℃升至90℃，升温时间为40min；第三固化阶段为保温阶段，温度为90℃±3℃，时间为90min；第四阶段为升温阶段，温度从90℃升至130℃，升温时间为50min；第五阶段为保温阶段，温度为130℃±3℃，时间为240min；第六阶段为降温阶段，温度从130℃降至90℃，降温时间为120min；第七阶段为降温阶段，温度从90℃自然冷却至室温，时间约为6小时；

10)固化好的制品放置于通风干燥的位置处静置48h，以进一步后固化和消除内应力；

11)将步骤10)静置处理完成后的制品安装于专用复材车床上进行表面处理加工，除去真空袋、导流网、脱模布等辅料，按照产品尺寸要求，加工至合适尺寸。

本实用新型还包括包含所述绝缘子芯棒的绝缘子。除绝缘子芯棒采用本实用新型提供的结构外，其制备方法和结构与传统的绝缘子结构相同。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：改进制作的大直径芯棒具有以下特点：

①能按照客户要求成型大直径复合绝缘芯棒；

②芯棒制作过程将预制体制备和浸胶过程分开，预制体的制备通过玻纤布叠层卷绕而成，这种制备方式在国内首次应用；

③本实用新型提供的纤维布叠层卷绕方式极大的提高了生产效率；作为实施例2中的芯棒制作过程将预制体制备和浸胶过程分开，采用干纱集束成的干纱软轴代替环氧拉挤棒作为内芯轴，产品只需一次树脂浸润固化成型，进一步简化了工艺；

④纤维布叠层卷绕所采用的纤维布可以是两种不同材料、不同编制方式和不同纤维方向的纤维布，可以根据客户要求的力学性能和绝缘性能等指标进行铺层设计；

⑤芯棒预制体制作完成后，统一地一次性完成纤维布卷绕层和纤维纱缠绕层的浸胶过程，可以避免因多次成型造成的界面粘接性差的问题；

⑥本实用新型的结构采用真空导入工艺(VIP)制备，真空度达到小于0.1mbar,可以保证制品含胶量稳定、质地均匀，较其他成型工艺，极大地降低了制品孔隙率，提高了绝缘性能；

⑦采用真空导入工艺(VIP)，可以有效地避免了在成型过程中环境的温湿度对于制品性能的影响；选用环氧/酸酐高温固化体系，较其他原料体系极大地提高了制品介电性能，同时基于该树脂体系的固化制度，可以有效地缓解热量聚放，减小收缩率，制品内部不会出现微裂纹裂痕。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为实施例1提供的一种复合绝缘子用芯棒预制体的横截面剖视图；

图2为实施例2提供的一种复合绝缘子用芯棒预制体的横截面剖视图；

图3为实施例2提供的另一种复合绝缘子用芯棒预制体的横截面剖视图。

其中，11-芯轴，12-芯棒主要承载层，13-表面加工层，14-环向强度层，15-软芯轴，121-内承载层，122-外承载层，123-第一承载层，124-第二承载层，125-第三承载层，141-第一环向强度层，142-第二环向强度层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：一种复合绝缘子用芯棒预制体

图1指示本实施例提供的一种复合绝缘子用芯棒预制体，也可以体现包含这种芯棒预制体的绝缘纸芯棒的结构。

包括小直径的环氧拉挤棒(

)作为芯轴11、卷绕在芯轴上的混合叠层的纤维布作为芯棒主要承载层12、卷绕在芯棒主要承载层外部的纤维纱作为表面加工层13。芯棒主要承载层12的纤维布可以选自经编玻纤单向布、双轴布或多轴向布中的两种混合叠层，例如，可以为一层或多层单向布与一层或多层方格布叠加。

优选的，根据产品直径要求或者产品性能要求，在芯棒主要承载层内设置若干层环向强度层14，所述环向强度层为纤维纱干纱缠绕成层；环向强度层可以为一层、两层或两层以上。

本实施例还提供直径为280mm的复合绝缘子用芯棒及预制体制备方法的实施例。

1)选取一根直径为60mm的环氧型拉挤芯棒；

2)将环氧型拉挤芯棒外表面用丙酮擦洗，以除去芯棒表面的油污，擦洗干净后在干燥的环境中晾晒30分钟；

3)将实心绝缘芯棒外表面进行车削加工，形成均匀粗糙的表面，以利于外表面与卷绕布层部分粘接牢固；

4)将加工好的实心绝缘棒用压缩空气吹净吸附在表面的加工尘屑；

5)根据设计要求将面密度为700g/cm²的环氧玻纤单向布(90°)和面密度为400g/m²的环氧型玻纤方格布安装到智能卷绕机上料辊上，再将处理好的实心绝缘棒安装固定在智能卷绕机卷辊上，输入卷绕直径260mm、卷绕张力分别为10N/m-30N/m，卷绕机开始卷绕，卷绕机卷绕到设计规定的直径尺寸自动切断纤维布；

6)将步骤5)卷绕好纤维布的芯棒转移至智能缠绕机上，设定直径280mm、长度2520mm、纱型2400tex等参数，系统自动计算运行，完成芯棒外层的表面加工层缠绕工作，缠绕所采用的纱为环氧型无碱玻纤纱；

7)胶液配置：将相应的增韧剂、消泡剂等填料添加至环氧树脂储料罐中(A灌)，将固化剂添加至固化剂储料灌中(B灌)，升温至50℃并保持，A灌开启搅拌机将各组分混合均匀，真空脱泡静置30min；

8)胶液配置：在自动混胶设备系统输入混胶总量102Kg和混胶比例100-115：75-85，系统自动实现树脂溶液和固化剂溶液双组分的混合,所采用的树脂为E51型环氧树脂，固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐；将混合后的胶液导入真空桶中真空脱泡静置20分钟，并保持在50℃待用；

9)将步骤7)缠绕完毕的芯棒预制体外表面包裹脱模布，铺设导流网，布置抽气进料管路，包裹真空袋，然后抽真空，检查气密性完好后注入步骤8)所配置的树脂胶液，注胶过程真空度要求小于0.1mbar；

10)注胶完毕后，关闭进料口，始终开启抽真空，在智能固化炉中加热阶梯固化，第一阶段为保温阶段，温度为50℃±3℃，时间为30min；第二固化阶段为升温阶段，温度从50℃升至90℃，升温时间为40min；第三固化阶段为保温阶段，温度为90℃±3℃，时间为90min；第四阶段为升温阶段，温度从90℃升至130℃，升温时间为50min；第五阶段为保温阶段，温度为130℃±3℃，时间为240min；第六阶段为降温阶段，温度从130℃降至90℃，降温时间为120min；第七阶段为降温阶段，温度从90℃自然冷却至室温，时间约为6小时；

11)固化好的制品放置于通风干燥的位置处静置48h，以进一步后固化和消除内应力；

12)将步骤11)静置处理完成后的制品安装于专用复材车床上进行表面处理加工，除去真空袋、导流网、脱模布等辅料，按照产品尺寸要求，加工至合适尺寸。

作为一个典型的实施例，在步骤5)卷绕过程中，根据产品直径要求或者产品性能要求，在芯棒主要承载层环氧玻纤单向布(90°)和面密度为400g/m²的环氧型玻纤方格布层卷绕若干层环向强度层，所述环向强度层为干纱缠绕成层；根据需要环向强度层可以为一层、两层或两层以上；环向强度层卷绕完毕，继续卷绕环氧玻纤单向布(90°)和面密度为400g/m²的环氧型玻纤方格布至要求的直径。

这种纤维布叠层卷绕方式极大的提高了生产效率，较纤维纱缠绕成型提高30％以上。

实施例2：一种复合绝缘子用芯棒预制体

然而，采用环氧拉挤棒作为内芯轴或是基材，外部缠绕纤维纱或纤维布制成的大直径绝缘子芯棒，这种方式至少需要两次固化，两次固化成型的产品中不可避免的会出现界面不良的问题，同时两次固化所采用的成型工艺不一致，难免在树脂配方、产品性能方面有所差异，导致产品内部出现不同的组织相。为了改进以上技术方案，本实用新型提供了采用不预先浸润树脂溶液的干纱束替代环氧拉挤棒作为内芯棒的技术方案。

图2指示本实施例提供的一种复合绝缘子用芯棒预制体，也可以体现包含这种芯棒预制体的绝缘纸芯棒的结构。

包括干纱束作为软芯轴15、卷绕在软芯轴15上的混合叠层的纤维布作为芯棒主要承载层12、卷绕在芯棒主要承载层外部的纤维纱作为表面加工层13。

作为一个典型的实施例，根据产品直径要求或者产品性能要求，在芯棒主要承载层内设置若干层环向强度层14，所述环向强度层为纤维纱干纱缠绕成层；环向强度层可以为一层、两层或两层以上。

设置了一层环向强度层14的芯棒预制体中的芯棒主要承载层12包括环向强度层14内部的内承载层121和环向强度层14外部的外承载层122。

当设置两层环向强度层，如图3所示，如第一环向强度层141和第二环向强度层142时，芯棒预制体中的芯棒主要承载层12包括被环向强度层14分隔的第一承载层123、第二承载层124和第三承载层125。

本实用新型提供直径为280mm的复合绝缘子用芯棒及预制体制备方法的实施例。

1)采用干纱牵引集束制成直径为60mm-80mm的干纱束；

2)在拉挤张紧力的作用下，采用布卷缠绕机将该干纱束进行缠绕困扎束形，所采用的材料为幅宽为60mm的无碱玻纤方格布，面密度为400g/m2；

3)用自动切刀将束形好的软芯轴两端切断；

4)根据设计要求将面密度为700g/cm2的环氧玻纤单向布(90°)和面密度为400g/m2的环氧型玻纤方格布安装到智能卷绕机上料辊上，再将困扎束形好的干纱软芯轴放置在智能卷绕机卷辊上，两端施加100KG的拉力，先手动将单向布卷绕至芯轴上2圈，输入卷绕直径180mm、卷绕张力15N/m，卷绕机开始自动卷绕至180mm，切断单向布然后再将无碱方格布卷绕至单向布外层，向卷绕机输入直径190mm,卷绕张力25N/m,卷绕机卷绕至相应直径完成环向强度层的缠绕。切断无碱方格布再将单向布卷绕至上述制品的外层，设置参数为直径260mm，卷绕张力15N/m；

5)将步骤4)卷绕好纤维布的芯棒转移至智能缠绕机上，设定直径280mm、长度2520mm、纱型2400tex等参数，系统自动计算运行，完成芯棒外层的缠绕工作，缠绕所采用的纱为环氧型无碱玻纤纱；

6)胶液配置：将相应的增韧剂、消泡剂等填料添加至环氧树脂储料罐中(A灌)，将固化剂添加至固化剂储料灌中(B灌)，升温至50℃并保持，A灌开启搅拌机将各组分混合均匀，真空脱泡静置30min；

7)胶液配置：在自动混胶设备系统输入混胶总量102Kg和混胶比例100-115：75-85，系统自动实现树脂溶液和固化剂溶液双组分的混合,所采用的树脂为E51型环氧树脂，固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐；将混合后的胶液导入真空桶中真空脱泡静置20分钟，并保持在50℃待用；

9)将步骤7)缠绕完毕的芯棒预制体外表面包裹脱模布，铺设导流网，布置抽气进料管路，包裹真空袋，然后抽真空，检查气密性完好后注入步骤8)所配置的树脂胶液，注胶过程真空度要求小于0.1mbar；

10)注胶完毕后，关闭进料口，始终开启抽真空，在智能固化炉中加热阶梯固化，第一阶段为保温阶段，温度为50℃±3℃，时间为30min；第二固化阶段为升温阶段，温度从50℃升至90℃，升温时间为40min；第三固化阶段为保温阶段，温度为90℃±3℃，时间为90min；第四阶段为升温阶段，温度从90℃升至130℃，升温时间为50min；第五阶段为保温阶段，温度为130℃±3℃，时间为240min；第六阶段为降温阶段，温度从130℃降至90℃，降温时间为120min；第七阶段为降温阶段，温度从90℃自然冷却至室温，时间约为6小时；

11)固化好的制品放置于通风干燥的位置处静置48h，以进一步后固化和消除内应力；

12)将步骤11)静置处理完成后的制品安装于专用复材车床上进行表面处理加工，除去真空袋、导流网、脱模布等辅料，按照产品尺寸要求，加工至合适尺寸。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，包括内芯轴、在内芯轴外部的混合叠层的纤维布卷绕成的芯棒主要承载层、在芯棒主要承载层外部的纤维纱卷绕成的表面加工层；所述内芯轴为不浸润树脂胶液的干纱束。

2.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，所述芯棒主要承载层的纤维布选自经编玻纤单向布、双轴布或多轴向布中的两种混合叠层。

3.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，所述表面加工层的纤维纱为环氧型无碱玻纤纱。

4.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，在芯棒主要承载层内还设置若干层环向强度层，所述环向强度层为干纱缠绕成层或采用0°单向玻纤布或无碱方格布通过布卷绕的方式制成；环向强度层为一层、两层或两层以上。

5.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，所述干纱束制备的内芯轴直径为60-80mm。

6.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子用芯棒预制体，其特征在于，作为内芯轴的所述干纱束采用500-4800tex的环氧玻纤纱，在其外表面缠绕幅宽为50mm-100mm的玻璃纤维布带；所述玻璃纤维布带选自单向布、双轴布、方格布、三维混编织物玻纤布中的一种或多种组合进行束形，以制成干纱软芯轴。

7.绝缘子芯棒，其特征在于，包含权利要求1～6任一项所述的复合绝缘子用芯棒预制体。

8.绝缘子，其特征在于，包含权利要求7所述的绝缘子芯棒。

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