專利名稱：復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝及絕緣傳動(dòng)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓電力設(shè)備上的絕緣傳動(dòng)部件，尤其涉及復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體 成型工藝以及高壓斷路器上傳遞拉伸、扭轉(zhuǎn)載荷的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件。
技術(shù)背景絕緣扭桿、絕緣拉桿等絕緣傳動(dòng)構(gòu)件是高壓斷路器、GIS等電力設(shè)備上的關(guān)鍵部件， 質(zhì)量好壞直接影響上述設(shè)備乃至整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與安全性。所以，高壓斷路器等 設(shè)備的生產(chǎn)廠家都對(duì)絕緣扭桿、絕緣拉桿等絕緣傳動(dòng)構(gòu)件提出了較高的機(jī)械性能與電氣 性能要求。目前，高壓斷路器等設(shè)備使用的傳遞扭力的絕緣扭桿大多是氧化鋁填充環(huán)氧樹脂澆 鑄體鑲嵌金屬嵌件形式制品，該種結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品不能承受大力矩載荷，且環(huán)氧樹脂澆鑄 體的質(zhì)量分散性大，產(chǎn)品必須嚴(yán)格檢驗(yàn)，即使如此，設(shè)備運(yùn)行的可靠性也不高。如果采 用真空浸漬管粘結(jié)金屬嵌件形式的產(chǎn)品，測(cè)試結(jié)果顯示，受到膠粘劑性能的限制，這種 粘結(jié)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品的金屬附件的粘結(jié)強(qiáng)度也不能滿足大扭轉(zhuǎn)載荷的要求。高壓斷路器等設(shè)備使用的傳遞拉力的絕緣拉桿大多采用無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂 復(fù)合材料管為絕緣體，該復(fù)合材料管采用真空壓力浸膠工藝生產(chǎn)，按設(shè)計(jì)要求截取一定 長度，復(fù)合材料管兩端與金屬嵌件之間靠膠粘劑粘結(jié)。為了提高粘結(jié)強(qiáng)度，有人在金屬 嵌件上加工出多條深度為0.3 0.7mm環(huán)形溝槽，將絕緣管與金屬嵌件接觸的部分加工粗 糙，表面粗糙度Ra為12.5 50um，然后在二者之間填充環(huán)氧膠粘劑，將二者粘結(jié)在一 起。受到膠粘劑性能的限制，這種粘結(jié)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品的機(jī)械性能仍然偏低，不能滿足 高機(jī)械負(fù)荷的開關(guān)設(shè)備的使用要求。同時(shí)，受到粘結(jié)工藝的限制，絕緣管與金屬嵌件的 粘結(jié)過程容易產(chǎn)生膠粘劑流掛和填充不滿等質(zhì)量隱患。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可提高產(chǎn)品機(jī)械性能和 質(zhì)量穩(wěn)定性、降低產(chǎn)品孔隙率的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，以及抗拉、抗扭 能力強(qiáng)的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件。一種復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其步驟為-(1) 、芯模組裝與鋪層設(shè)置在芯模的兩端分別套設(shè)并固定一金屬嵌件，將增強(qiáng)材料 鋪層巻繞在芯模和金屬嵌件的外表面后裝入模具中，所述增強(qiáng)材料包括無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布；(2) 、真空干燥處理使模具中壓力在100Pa以下、溫度在80 11(TC之間，保持該條 件，對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行真空干燥處理2 5小時(shí)；(3) 、樹脂注射在模具中壓力為500 1500Pa的條件下，利用樹脂傳遞模塑注射 機(jī)將樹脂注入模腔，封閉模具與真空系統(tǒng)相連的一端，調(diào)整注射機(jī)使模具內(nèi)液壓達(dá)到 1.5 4.5MPa，保持20 60分鐘；(4) 、固化與脫模將充滿樹脂的模具一端封閉，另一端敞口放置在加熱爐中，在 0.4 0.8MPa的壓力下加熱固化，固化溫度程序?yàn)閺氖覝厣郎氐?0 100'C，保溫 1.5 2.5小時(shí)；繼續(xù)升溫到120 140°C，保溫1.5 2.5小時(shí)；再升溫到155 165'C， 保溫2.0 3.5小時(shí)，泄壓，自然降至室溫，取出模具，脫模，得到兩端帶金屬嵌件的復(fù) 合材料坯體；(5) 、后加工和附件組裝用車削加工方法去掉產(chǎn)品坯體兩端金屬嵌件上的樹脂和復(fù) 合材料余量，將連接附件裝配在金屬嵌件上成為絕緣傳動(dòng)構(gòu)件成品。所述步驟(3)中，樹脂由A、 B兩種組份混合而成，其中A組份包括環(huán)氧樹脂、環(huán) 氧樹脂活性增韌劑和偶聯(lián)劑，其質(zhì)量配比為環(huán)氧樹脂1000份、環(huán)氧樹脂活性增韌劑 45 55份、偶聯(lián)劑10 20份；B組分包括酸酐和促進(jìn)劑，其質(zhì)量配比為酸酐 1000份、促進(jìn)劑2 8份；樹脂在注入模具的同時(shí)完成A、 B兩組分的混配，其配 比為A: B=l: 0.75~0.90。所述步驟(l)中，金屬嵌件上與絕緣復(fù)合材料的結(jié)合處開設(shè)有溝槽，巻繞增強(qiáng)材料時(shí)， 用無堿玻璃纖維布和無堿玻璃纖維填滿金屬嵌件上的溝槽，并包覆于金屬嵌件和芯模的 夕卜表面。所述步驟(l)中，固定金屬嵌件與巻繞增強(qiáng)材料的芯模采用金屬制作，最終從產(chǎn)品坯 體中脫出形成管狀絕緣傳動(dòng)構(gòu)件，或者采用無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制作， 最終保留在產(chǎn)品坯體中形成棒狀絕緣傳動(dòng)構(gòu)件。一種整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，它包括整體成型的帶金屬嵌件部的 復(fù)合材料絕緣管以及連接附件，所述金屬嵌件部位于復(fù)合材料絕緣管的兩端并鑲嵌于管 體上，連接附件通過金屬嵌件部與復(fù)合材料絕緣管相連。所述管體由無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成，5所述滌綸布設(shè)有兩層，分位于管體的內(nèi)壁和外壁，無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布位于 兩滌綸布層之間并包裹于金屬嵌件部上，所述金屬嵌件部與管體相接的一端設(shè)有可減少 金屬嵌件部端部場強(qiáng)集中的圓角。所述金屬嵌件部上與管體的結(jié)合處開設(shè)有一條或一條以上的溝槽，所述溝槽內(nèi)填設(shè) 無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。一種整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒，它包括整體成型的帶金屬嵌件部的 復(fù)合材料絕緣棒以及連接附件，所述金屬嵌件部套設(shè)于無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合 材料芯棒兩端并于芯棒與金屬嵌件部的外表面巻繞增強(qiáng)材料層后整體成型為復(fù)合材料絕 緣棒，所述連接附件通過金屬嵌件部與復(fù)合材料絕緣棒相連。所述復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒的增強(qiáng)材料層包括無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸 布，所述無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布包覆于芯棒與金屬嵌件部上，滌綸布包覆于無 堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布的外表面，所述金屬嵌件部與增強(qiáng)材料層相接的一端設(shè)有 可減少金屬嵌件部端部場強(qiáng)集中的圓角。所述金屬嵌件部上與增強(qiáng)材料層結(jié)合處開設(shè)有一條或一條以上的溝槽，所述溝槽內(nèi) 填設(shè)無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于1、該工藝是先將金屬嵌件預(yù)埋在增強(qiáng)材料層中，經(jīng)過真空干燥、真空輔助樹脂傳遞 模塑注射成型、固化脫模、后加工和組裝附件后得到帶金屬嵌件的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件， 一方 面簡化兩端帶金屬附件的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件的生產(chǎn)工藝，另一方面，通過本工藝的采用，可 以生產(chǎn)機(jī)械性能更高的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件，以滿足電氣設(shè)備的更高要求，將絕緣拉桿、絕緣 扭桿等產(chǎn)品的性能與質(zhì)量向前推進(jìn)一大步。真空干燥處理除去增強(qiáng)材料的水分，并排除 模具內(nèi)的空氣，有利于樹脂充模和樹脂對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤。采用真空輔助樹脂傳遞模塑 (Resin Transfer Molding)工藝專用的樹脂傳遞模塑注射機(jī)(下稱RTM注射機(jī))進(jìn)行 環(huán)氧樹脂注射，樹脂注射完成后用RTM注射機(jī)使模具內(nèi)的樹脂達(dá)到比較高的壓力，并 保持一定時(shí)間，以增強(qiáng)樹脂對(duì)增強(qiáng)材料的浸潤效果，進(jìn)一步減少產(chǎn)品中的氣隙；產(chǎn)品固 化在一個(gè)可以加壓的加熱爐中進(jìn)行，樹脂凝膠前對(duì)其施加壓力，可以使絕緣復(fù)合材料更 致密，以上兩項(xiàng)措施最大限度減少了絕緣復(fù)合材料中的氣隙，使產(chǎn)品電氣性能更好。金 屬嵌件上與復(fù)合材料的結(jié)合處開設(shè)有截面為U型的溝槽，增強(qiáng)材料鋪設(shè)時(shí)，將溝槽中填 滿無堿玻璃纖維布和無堿玻璃纖維增強(qiáng)材料，樹脂浸潤增強(qiáng)材料并固化后成為復(fù)合材料，這樣，在粘結(jié)的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料與金屬嵌件的機(jī)械咬合，不僅提高絕緣傳動(dòng) 構(gòu)件的抗拉、抗扭性能，而且免去了金屬嵌件的粘結(jié)過程，可消除粘結(jié)引起的許多缺陷。 芯?？刹捎媒饘倩驘o堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制作，金屬芯模最終從產(chǎn)品坯體 中脫出可得到整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù) 合材料芯模最終保留在產(chǎn)品坯體中可得到整體成型帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒。2、 采用本工藝可生產(chǎn)出整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件，復(fù)合材料絕緣 傳動(dòng)構(gòu)件上都帶有整體成型的金屬嵌件，是一種整體成型的結(jié)構(gòu)，金屬嵌件與復(fù)合絕緣 材料之間的結(jié)合不需要通過膠粘實(shí)現(xiàn)，可免去粘結(jié)工序；同時(shí)，相比于現(xiàn)有技術(shù)中用膠 粘劑將絕緣材料和金屬嵌件連接在一起的結(jié)構(gòu)，本工藝生產(chǎn)的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械性能 和質(zhì)量穩(wěn)定性都有較大提高，生產(chǎn)工藝得到簡化，生產(chǎn)效率得到提高。3、 采用本工藝可生產(chǎn)出層間電氣絕緣強(qiáng)度高的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件。真空輔助的 樹脂傳遞、高壓下樹脂對(duì)增強(qiáng)材料的浸漬及壓力固化等措施，可使絕緣復(fù)合材料中的氣 隙更少，所以，層間電氣絕緣強(qiáng)度更高。4、 絕緣傳動(dòng)管的管體、絕緣傳動(dòng)棒的復(fù)合材料和芯棒都是由無堿玻璃纖維、無堿玻 璃纖維布和滌綸布增強(qiáng)，無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布主要起增強(qiáng)作用，滌綸布包覆 于無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布內(nèi)外表面，主要起防腐的作用。5、 金屬嵌件部上開設(shè)的截面為U型的溝槽，可根據(jù)傳動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械性能要求和復(fù)合 材料的力學(xué)性能確定數(shù)量、方向和截面尺寸，在產(chǎn)品的制作過程中用無堿玻璃纖維將其 填滿并浸漬樹脂，樹脂固化后，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料與金屬嵌件部的牢固結(jié)合，從而提高結(jié)合 處的抗扭性能、抗拉性能。6、 金屬嵌件部與復(fù)合材料接觸的一端的圓角，根據(jù)金屬嵌件部形狀對(duì)電場分布的影 響設(shè)計(jì)，可減少金屬嵌件部端部的場強(qiáng)集中。


圖1是實(shí)施例1的立體圖； 圖2是實(shí)施例1的主視圖；圖3是圖2中金屬嵌件部與管體相接處的放大圖； 圖4是實(shí)施例1的金屬嵌件部的立體圖； 圖5是實(shí)施例2的立體圖； 圖6是實(shí)施例2的主視圖；圖7是圖6中金屬嵌件部與復(fù)合材料層相接處的放大圖；圖8是實(shí)施例2的第一金屬嵌件部的立體圖；圖9是實(shí)施例2的第二金屬嵌件部的立體圖；圖IO是本發(fā)明復(fù)合材料絕緣管的坯體示意圖；圖11是本發(fā)明復(fù)合材料絕緣管的坯體經(jīng)車削加工后的示意圖；圖12是發(fā)明的復(fù)合絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝的流程圖；圖13是縫合成整體結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)材料層的展開圖。圖中各標(biāo)號(hào)表示1、復(fù)合材料絕緣管 2、連接附件3、復(fù)合材料絕緣棒 11、管體12、金屬嵌件部 13、金屬芯模14、溝槽 15、圓角31、芯棒 32、復(fù)合材料層120、第一金屬嵌件部 121、第二金屬嵌件部131、 無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層132、 滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層141、軸向溝槽 142、環(huán)向溝槽具體實(shí)施方式
本發(fā)明的復(fù)合絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝的流程圖如圖12所示，該工藝步驟為 一種復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其步驟為-(1)、芯模組裝與鋪層設(shè)置在芯模的兩端分別套設(shè)并固定一帶截面為U型的溝槽14 的金屬嵌件，將增強(qiáng)材料鋪層巻繞于芯模和金屬嵌件的外表面，并用增強(qiáng)材料扎緊兩端 后裝入模具中，該模具的兩端均設(shè)有閥門， 一端用于與真空系統(tǒng)連接，另一端用于與RTM注射機(jī)連接?？蛇x用金屬或無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制作的棒材作為芯模。金屬芯模13用于制作整體成型帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹 脂復(fù)合材料棒制成的芯模用于制作整體成型帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒。增強(qiáng)材料包 括無堿玻璃纖維布、無堿玻璃纖維和滌綸布，在繞設(shè)增強(qiáng)材料時(shí)需用無堿玻璃纖維和無 堿玻璃纖維布將金屬嵌件上的溝槽14填滿，這樣在樹脂固化后可保證金屬嵌件與復(fù)合材 料之間的結(jié)合強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料體與金屬嵌件的牢固結(jié)合，提高絕緣傳動(dòng)構(gòu)件的抗拉、 抗扭性能。在制作整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管時(shí)，先在金屬芯模13上繞 設(shè)滌綸布，再用無堿玻璃纖維布和無堿玻璃纖維將金屬嵌件上的溝槽14填滿，并用無堿玻璃纖維布將金屬芯模13和金屬嵌件完全包覆，最后再用滌綸布將無堿玻璃纖維布完全 包覆，形成三層結(jié)構(gòu)；在制作整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒時(shí)，先用無堿玻 璃纖維布和無堿玻璃纖維將金屬嵌件上的溝槽14填滿，并用無堿玻璃纖維布將無堿玻璃 纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料棒和金屬嵌件完全包覆，最后用滌綸布將無堿玻璃纖維布完 全包覆，形成兩層結(jié)構(gòu)。在包覆增強(qiáng)材料之前，可以按包覆層次的次序?qū)⒏鞫螣o堿玻璃 纖維布和滌綸布依次縫合成整體，各段無堿玻璃纖維布和滌綸布的長寬根據(jù)產(chǎn)品的長度 和直徑設(shè)計(jì)，這樣在繞設(shè)增強(qiáng)材料時(shí)可使用巻繞機(jī)一次性將無堿玻璃纖維布和滌綸布按 要求巻繞在芯模上。例如在制作整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管時(shí)，可將增強(qiáng) 材料縫合成如圖13所示的整體結(jié)構(gòu)，圖中L1段為用于巻繞在芯模上的滌綸布，L2段為 用于巻繞在滌綸布和金屬嵌件上的無堿玻璃纖維布，L3段為用于巻繞在無堿玻璃纖維布 上的滌綸布，通過巻繞機(jī)即可將該增強(qiáng)材料一次性巻繞在芯模上，使生產(chǎn)效率提高。(2) 、真空干燥處理將組裝好的模具豎直放置在加熱套中，將模具上端與真空系統(tǒng) 相連，下端與RTM注射機(jī)相連，關(guān)閉模具與RTM注射機(jī)相連一端的閥門，開啟真空泵， 使模具中壓力在達(dá)到50士10Pa，開啟模具加熱套電源，使模具升溫至IOO'C,保持3.5 小時(shí)。通過真空干燥處理對(duì)增強(qiáng)材料層進(jìn)行干燥，并排除模具內(nèi)的空氣，這樣有利于樹 脂對(duì)增強(qiáng)材料層的浸潤，并充滿模具內(nèi)的所有空間。(3) 、樹脂注射保持模具系統(tǒng)內(nèi)的壓力為1000士100Pa，用RTM注射機(jī)進(jìn)行樹脂注 射，打開模具上與RTM注射機(jī)連接端的閥門，開啟注射機(jī)，將樹脂膠液注入模具中，當(dāng) 模具與真空系統(tǒng)相連的一端有樹脂流出時(shí)，關(guān)閉該端閥門使模具與真空系統(tǒng)隔離，調(diào)整 RTM注射機(jī)輸出壓力，使模具內(nèi)液壓達(dá)到2,5MPa,保持30分鐘。(4) 、固化與脫模將注好樹脂的模具與真空系統(tǒng)和RTM注射機(jī)分離，將模具一端敞 開，另一端保持封閉，將敞開端朝上放入可通氣加壓的加熱爐中，封閉爐蓋，打開氣源 開關(guān)，充入氮?dú)?，使?fàn)t內(nèi)壓力達(dá)到0.4MPa,關(guān)閉氣源開關(guān)，打開加熱電源，按如下程序 對(duì)產(chǎn)品升溫固化從室溫升溫到80'C，保溫2.5小時(shí)；繼續(xù)升溫到130'C，保溫2,5小時(shí)； 繼續(xù)升溫到160'C，保溫3.5小時(shí)，關(guān)閉電源，打開放氣閥放氣，自然降至室溫，然后取 出模具，脫模，得到兩端帶金屬嵌件的復(fù)合材料坯體。(5) 、后加工和附件組裝對(duì)產(chǎn)品坯體進(jìn)行車削加工，去除金屬嵌件上安裝連接附件2 處的樹脂和復(fù)合材料余量。在制作整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管時(shí)，完成對(duì) 坯體的車削加工后，將金屬芯模13取出，之后將連接附件2裝配在金屬嵌件上，得到絕 緣傳動(dòng)管成品；在制作整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒時(shí)，完成對(duì)坯體的車削加工后，直接將連接附件2與金屬嵌件裝配在一起，即可得到絕緣傳動(dòng)棒成品。本實(shí)施例中，樹脂由A、 B兩種組份組成，其中A組份包括環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂活 性增韌劑和偶聯(lián)劑，其質(zhì)量配比為環(huán)氧樹脂1000份、環(huán)氧樹脂活性增韌劑40份、偶 聯(lián)劑10份；B組分包括酸酐與促進(jìn)劑，其質(zhì)量配比為酸酐1000份、促進(jìn)劑6份；樹 脂由RTM注射機(jī)按A: B-l: 0.8的比例混合均勻后注入模具。其中環(huán)氧樹脂可選用E-51 型;環(huán)氧樹脂活性增韌劑可選用T-9903或T-9907等聚醚型增韌劑;偶聯(lián)劑可選用KH-560 等帶環(huán)氧基團(tuán)的硅烷；酸酑可選用甲基四氫苯酐或甲基六氫苯酐；促進(jìn)劑可選用N， N 一甲基氨基丙胺或N， N—二乙基氨基丙胺或2—甲基，4—乙基咪唑。下面分別以整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管和整體成型的帶嵌件的復(fù)合 材料絕緣傳動(dòng)棒為例，對(duì)本發(fā)明的產(chǎn)品作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1:如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種主要用于承載拉力的整體成型的帶嵌 件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，它包括整體成型的帶金屬嵌件部12的復(fù)合材料絕緣管1以及 兩件連接附件2，金屬嵌件部12位于復(fù)合材料絕緣管1的兩端并鑲嵌于管體11上，本實(shí) 施例中金屬嵌件部12鑲嵌于管體11內(nèi)，兩件連接附件2分別與一金屬嵌件部12螺紋連 接。該管體ll由無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成， 滌綸布設(shè)有兩層，分位于管體ll的內(nèi)壁和外壁，無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布位于兩 滌綸布層之間并包裹于金屬嵌件部12上。在注入樹脂并固化后，形成由無堿玻璃纖維增 強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層131和滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層132，滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹 脂復(fù)合材料層132為兩層并分別位于管體11的內(nèi)壁和外表面，無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧 樹脂復(fù)合材料層131位于兩層滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層132之間，金屬嵌件部 12鑲嵌于該無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層131中；滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合 材料層132包覆于無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層131內(nèi)外表面，起到防腐的作 用。在金屬嵌件部12上與管體11的結(jié)合處開設(shè)有截面為U型的溝槽14,溝槽14內(nèi)填 設(shè)無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，溝槽14的數(shù)量、方向和截面尺寸均根據(jù)傳動(dòng)構(gòu) 件的機(jī)械性能要求和復(fù)合材料的力學(xué)性能設(shè)計(jì)。由于本實(shí)施例的整體成型的帶嵌件的復(fù) 合材料絕緣傳動(dòng)管主要用于承載拉力，故在金屬嵌件部12上設(shè)有三條環(huán)向溝槽142，三 環(huán)向溝槽142沿金屬嵌件部12的軸向分布，在輔設(shè)增強(qiáng)材料時(shí)用無堿玻璃纖維和無堿玻 璃纖維布將三條環(huán)向溝槽142填滿，在樹脂注射過程中環(huán)氧樹脂浸入環(huán)向溝槽142內(nèi)的 無堿玻璃纖維中，通過環(huán)氧樹脂的固化，在環(huán)向溝槽142內(nèi)形成無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧 樹脂復(fù)合材料，使管體11與金屬嵌件部12結(jié)合成環(huán)環(huán)相扣的整體結(jié)構(gòu)，使本實(shí)施例的整體成型復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管的抗拉能力得到保證，因此，金屬嵌件部12與管體11之 間的結(jié)合也不再需要通過膠粘實(shí)現(xiàn)，可免去粘結(jié)工序。相比于現(xiàn)有技術(shù)中用膠粘劑將絕 緣管和金屬嵌件連接在一起的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的機(jī)械性能和質(zhì)量穩(wěn)定性都有很大提高，生 產(chǎn)工藝得到簡化，生產(chǎn)效率得到提升。在金屬嵌件部12與管體11相接的一端設(shè)有圓角 15，該圓角15根據(jù)嵌件形狀對(duì)電場分布的影響設(shè)計(jì)，可減少金屬嵌件部12端部的場強(qiáng) 集中。在制作復(fù)合材料絕緣管1時(shí)，先將兩個(gè)金屬嵌件部12套設(shè)在一金屬芯模13的兩 端，在進(jìn)行增強(qiáng)材料鋪層時(shí)，先用無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布將金屬嵌件部12上 的溝槽14填滿，并用滌綸布將金屬芯模13的外表面完全包覆，用無堿玻璃纖維布將金 屬嵌件部12和位于管體11的內(nèi)壁的漆綸布完全包覆，再用滌綸布將無堿玻璃纖維布完 全包覆，之后將被增強(qiáng)材料完全包覆的金屬芯模13和金屬嵌件部12放入模具中，真空 干燥處理后，用RTM注射機(jī)進(jìn)行環(huán)氧樹脂注射，并使環(huán)氧樹脂完全浸漬無堿玻璃纖維、 無堿玻璃纖維布和滌綸布，再將環(huán)氧樹脂固化形成管體ll，并使該管體ll與金屬嵌件 部12結(jié)合成一體，脫模后得到如圖IO所示的復(fù)合材料絕緣管1的坯體，再用車床對(duì)該 復(fù)合材料絕緣管1的坯體進(jìn)行車削加工，去掉金屬嵌件部12上安裝連接附件2處的多 余的復(fù)合材料與樹脂固化物，再取出金屬芯模13，形成如圖ll所示的復(fù)合材料絕緣管 1，再將連接附件2與金屬嵌件部12裝配連接，形成整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣 傳動(dòng)管成品。實(shí)施例2:如圖5至圖9所示，本發(fā)明的一種主要用于承載扭力、同時(shí)還需要承載一 定拉力的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒，它包括整體成型的帶金屬嵌件部12 的復(fù)合材料絕緣棒3以及連接附件2，金屬嵌件部12包括分別位于復(fù)合材料絕緣棒3兩 端的第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121，第一金屬嵌件部120上帶有與開關(guān)設(shè)備 連接的六方頭，第二金屬嵌件部121與連接附件2通過銷釘連接。該復(fù)合材料絕緣棒3 是將第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121分別套設(shè)在由無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹 脂復(fù)合材料制成的芯棒31的兩端，并通過整體成型工藝在芯棒31、第一金屬嵌件部120 和第二金屬嵌件部121的外表面巻繞增強(qiáng)材料層，并浸漬環(huán)氧樹脂固化后整體成型而成。 所用增強(qiáng)材料層包括無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布，無堿玻璃纖維和無堿玻 璃纖維布包覆于芯棒31與金屬嵌件部12上，滌綸布包覆于無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖 維布的外表面。在注入樹脂并固化后，形成由無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層131 和滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層132構(gòu)成的復(fù)合材料層32，無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧 樹脂復(fù)合材料層131包覆于芯棒31、第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121的外表面；滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層132包覆于無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料 層131上，起到防腐的作用。在第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121上與復(fù)合材 料層32的結(jié)合處均開設(shè)有截面為U型的溝槽14，溝槽14內(nèi)填設(shè)無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧 樹脂復(fù)合材料，溝槽14的數(shù)量、方向和截面尺寸均根據(jù)傳動(dòng)構(gòu)件的機(jī)械性能要求和復(fù)合 材料層32的力學(xué)性能設(shè)計(jì)得到。由于本實(shí)施例的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳 動(dòng)棒主要承載扭力、同時(shí)還需要承載一定拉力，故在第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌 件部121上設(shè)有八條軸向溝槽141和四條環(huán)向溝槽142，軸向溝槽141沿軸向開設(shè)，并 沿周向均勻布置；環(huán)向溝槽142沿環(huán)向開設(shè)，并沿軸向分布，在輔設(shè)增強(qiáng)材料時(shí)用無堿 玻璃纖維和無堿玻璃纖維布將各軸向溝槽141和環(huán)向溝槽142填滿，在樹脂注射過程中 將環(huán)氧樹脂浸入軸向溝槽141和環(huán)向溝槽142內(nèi)的無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布中， 待環(huán)氧樹脂固化后在環(huán)向溝槽142內(nèi)形成無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，使復(fù)合 材料層32與第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121粘結(jié)在一起，并形成環(huán)環(huán)相扣 的整體結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料層32與第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121的 機(jī)械咬合，使本實(shí)施例的整體成型復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒的抗扭能力和抗拉能力成倍提 高；同時(shí)，復(fù)合材料層32與第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121之間的結(jié)合也 不再需要通過膠粘實(shí)現(xiàn)，可免去粘結(jié)工序；相比于現(xiàn)有技術(shù)中用膠粘劑將絕緣棒和金屬 嵌件連接在一起的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的機(jī)械性能和質(zhì)量穩(wěn)定性都有提高，生產(chǎn)工藝得到 簡化，生產(chǎn)效率得到提高。在第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121與復(fù)合材料層 32相接的一端設(shè)有圓角15,該圓角15根據(jù)金屬嵌件部12對(duì)電場分布的影響設(shè)計(jì)，可 減少第一金屬嵌件部120和第二金屬嵌件部121端部的場強(qiáng)集中。
權(quán)利要求
1、一種復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其特征在于步驟為(1)、芯模組裝與鋪層設(shè)置在芯模的兩端分別套設(shè)并固定一金屬嵌件，將增強(qiáng)材料鋪層卷繞在芯模和金屬嵌件的外表面后裝入模具中，所述增強(qiáng)材料包括無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布；(2)、真空干燥處理使模具中壓力在100Pa以下、溫度在80～110℃之間，保持該條件，對(duì)增強(qiáng)材料進(jìn)行真空干燥處理2～5小時(shí)；(3)、樹脂注射在模具中壓力為500～1500Pa的條件下，利用樹脂傳遞模塑注射機(jī)將樹脂注入模腔，封閉模具與真空系統(tǒng)相連的一端，調(diào)整注射機(jī)使模具內(nèi)液壓達(dá)到1.5～4.5MPa，保持20～60分鐘；(4)、固化與脫模將充滿樹脂的模具一端封閉，另一端敞口放置在加熱爐中，在0.4～0.8MPa的壓力下加熱固化，固化溫度程序?yàn)閺氖覝厣郎氐?0～100℃，保溫1.5～2.5小時(shí)；繼續(xù)升溫到120～140℃，保溫1.5～2.5小時(shí)；再升溫到155～165℃，保溫2.0～3.5小時(shí)，泄壓，自然降至室溫，取出模具，脫模，得到兩端帶金屬嵌件的復(fù)合材料坯體；(5)、后加工和附件組裝用車削加工方法去掉產(chǎn)品坯體兩端金屬嵌件上的樹脂和復(fù)合材料余量，將連接附件裝配在金屬嵌件上成為絕緣傳動(dòng)構(gòu)件成品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其特征在于所述 步驟(3)中，樹脂由A、 B兩種組份混合而成，其中A組份包括環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂活性 增韌劑和偶聯(lián)劑，其質(zhì)量配比為環(huán)氧樹脂IOOO份、環(huán)氧樹脂活性增韌劑45 55份、 偶聯(lián)劑10 20份；B組分包括酸酐和促進(jìn)劑，其質(zhì)量配比為酸酐1000份、促進(jìn)劑 2 8份；樹脂在注入模具的同時(shí)完成A、 B兩組分的混配，其配比為A: B=l: 0.75 0.90。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其特征在于 所述步驟(l)中，金屬嵌件上與絕緣復(fù)合材料的結(jié)合處開設(shè)有溝槽，巻繞增強(qiáng)材料時(shí)，用 無堿玻璃纖維布和無堿玻璃纖維填滿金屬嵌件上的溝槽，并包覆于金屬嵌件和芯模的外 表面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝，其特征在于 所述步驟(l)中，固定金屬嵌件與巻繞增強(qiáng)材料的芯模采用金屬制作，最脫出形成管狀絕緣傳動(dòng)構(gòu)件，或者采用無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制作，最終 保留在產(chǎn)品坯體中形成棒狀絕緣傳動(dòng)構(gòu)件。
5、 一種整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，其特征在于它包括整體成型 的帶金屬嵌件部的復(fù)合材料絕緣管以及連接附件，所述金屬嵌件部位于復(fù)合材料絕緣管 的兩端并鑲嵌于管體上，連接附件通過金屬嵌件部與復(fù)合材料絕緣管相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，其特征在于 所述管體由無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制成，所述 滌綸布設(shè)有兩層，分位于管體的內(nèi)壁和外壁，無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維布位于兩滌 綸布層之間并包裹于金屬嵌件部上，所述金屬嵌件部與管體相接的一端設(shè)有可減少金屬 嵌件部端部場強(qiáng)集中的圓角。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)管，其特征 在于所述金屬嵌件部上與管體的結(jié)合處開設(shè)有一條或一條以上的溝槽，所述溝槽內(nèi)填 設(shè)無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
8、 一種整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒，其特征在于它包括整體成型 的帶金屬嵌件部的復(fù)合材料絕緣棒以及連接附件，所述金屬嵌件部套設(shè)于無堿玻璃纖維 增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料芯棒兩端并于芯棒與金屬嵌件部的外表面巻繞增強(qiáng)材料層后整體 成型為復(fù)合材料絕緣棒，所述連接附件通過金屬嵌件部與復(fù)合材料絕緣棒相連。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒，其特征在于 所述增強(qiáng)材料層包括無堿玻璃纖維、無堿玻璃纖維布和滌綸布，所述無堿玻璃纖維和無 堿玻璃纖維布包覆于芯棒與金屬嵌件部上，滌綸布包覆于無堿玻璃纖維和無堿玻璃纖維 布的外表面，所述金屬嵌件部與增強(qiáng)材料層相接的一端設(shè)有可減少金屬嵌件部端部場強(qiáng) 集中的圓角。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的整體成型的帶嵌件的復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)棒，其特征 在于所述金屬嵌件部上與增強(qiáng)材料層結(jié)合處開設(shè)有一條或一條以上的溝槽，所述溝槽 內(nèi)填設(shè)無堿玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
全文摘要
一種復(fù)合材料絕緣傳動(dòng)構(gòu)件整體成型工藝及絕緣傳動(dòng)構(gòu)件，工藝是在芯模的兩端套設(shè)并固定金屬嵌件，將增強(qiáng)材料繞設(shè)于芯模和金屬嵌件的外表面后裝入模具中，經(jīng)過真空干燥處理、注射樹脂、加熱固化后脫模，車削加工去掉兩端金屬嵌件上的樹脂和余量，將連接附件裝配在金屬嵌件上成為絕緣傳動(dòng)構(gòu)件成品。該工藝設(shè)備投入小，自動(dòng)化程度高，工藝穩(wěn)定、波動(dòng)性小，產(chǎn)品合格率高，適合大批量生產(chǎn)；產(chǎn)品后加工工作量小，一致性好；可以整體成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高電壓等級(jí)絕緣傳動(dòng)構(gòu)件；封閉成型工藝，生產(chǎn)現(xiàn)場污染小，材料利用率高。由該工藝制成的絕緣傳動(dòng)構(gòu)件為整體成型的結(jié)構(gòu)，金屬嵌件與復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度高，產(chǎn)品抗拉、抗扭能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)C08J5/04GK101259754SQ200810031048
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者付智軍, 張長安 申請(qǐng)人:張長安;付智軍