干紗纏繞的預制體、絕緣子芯棒及制備方法與流程

文檔序號：12274330閱讀：309來源：國知局

本發(fā)明涉及一種干紗纏繞的預制體、絕緣子芯棒及制備方法，尤其涉及一種大直徑的干紗纏繞的預制體、絕緣子芯棒及制備方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有輸變電用的支柱絕緣子包括瓷芯加硅橡膠傘裙型、復合材料內(nèi)芯外加硅橡膠傘裙型等。瓷芯加硅橡膠傘裙型支柱絕緣子存在外傘裙硅橡膠材料與陶瓷芯粘接不牢，產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的電氣性能及壽命。隨著輸變電電壓等級的提高，復合材料內(nèi)芯外加硅橡膠傘裙型支柱絕緣子的用量占比隨之增大。

復合材料內(nèi)芯外加硅橡膠傘裙型支柱絕緣子的芯棒采用復合材料制成，由于直徑較大，對于拉擠工藝很難一次拉擠成型。目前支柱絕緣子的芯棒采用的成型方式多為各種規(guī)格的小拉擠棒捆綁在一起進行整體灌注，但是此種工藝由于較細的多只內(nèi)芯棒結(jié)構(gòu)存在粘接層過多，在芯棒的橫截面積中占據(jù)了較大的面積比例，固化過程中內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，應力不均導致內(nèi)部產(chǎn)生裂紋等缺陷，在實際使用過程中很難達到理想使用效果。支柱絕緣子的芯棒還可以采用如下方式成型：內(nèi)部為拉擠芯棒，外層分多次進行纏繞。這種成型方式雖然可以滿足實際使用要求，但是生產(chǎn)效率較低，外層需進行多次纏繞即需多次固化，對于纏繞過程中的工序要求較多，且耗能較大，大大提高了產(chǎn)品的制造成本。此外，纖維在纏繞過程中有一定的磨損會大大降低芯棒的力學性能。

CN1731539A公開了一種玻璃纖維浸漬樹脂基纏繞式復合絕緣子芯棒的制備方法：將玻璃纖維通過熔化后的樹脂基溶液，在轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分攪拌均勻；玻璃纖維和環(huán)氧樹脂基溶液在高溫下連續(xù)纏繞后固化成型。上述方法采用玻璃纖維作為纏繞材料，且需要多次纏繞，生產(chǎn)效率低、材料浪費大。

因此，迫切需要一種預制體、絕緣子芯棒及制備方法，其可以有效提高生產(chǎn)效率，并可以生產(chǎn)出彎曲性能高的復合支柱絕緣子。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的在于提供一種絕緣子芯棒預制體，其可以用于生產(chǎn)出彎曲性能高的復合支柱絕緣子。

本發(fā)明的另一個目的在于提供一種絕緣子芯棒預制體的制備方法，其工序合理，生產(chǎn)效率高。

本發(fā)明的再一個目的在于提供一種絕緣子芯棒的制備方法，其可以快速生產(chǎn)大直徑的絕緣子芯棒，其工序合理，生產(chǎn)成本較低。

本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不需要使用浸漬樹脂的玻璃纖維，將玻璃纖維干紗直接纏繞在內(nèi)芯棒上形成預制體，然后就可以生產(chǎn)出彎曲性能高的復合支柱絕緣子，從而實現(xiàn)了上述目的。

本發(fā)明提供一種絕緣子芯棒預制體，所述的預制體包括內(nèi)芯棒和纏繞在該內(nèi)芯棒外表面的唯一纏繞層；所述的纏繞層由干紗纏繞而成；所述的纏繞層包括第一纏繞組和第二纏繞組，第一纏繞組的纏繞角度為4°～8°，第二纏繞組的纏繞角度為82°～87°，且第一纏繞組與第二纏繞組的厚度比例為3～5:1；所述的第一纏繞組和所述的第二纏繞組交替排列；所述纏繞層的厚度為90～150mm；所述的干紗為未浸漬樹脂的玻璃纖維，其纖度為500～9600tex。本發(fā)明的預制體包括內(nèi)芯棒和唯一纏繞層。所述纏繞層纏繞在該內(nèi)芯棒外表面，并與內(nèi)芯棒緊密貼合。該纏繞層由干紗纏繞而成。根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述的玻璃纖維的纖度可以為500～9600tex；優(yōu)選地，所述的玻璃纖維的纖度為1000～2000tex；更優(yōu)選地，所述的玻璃纖維的纖度為1100～1800tex。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述第一纏繞組的纏繞角度可以為4°～8°，優(yōu)選為4°～6°，更優(yōu)選為4°～5°；所述第二纏繞組的纏繞角度可以為82°～87°，優(yōu)選為83°～86°。所述第一纏繞組與第二纏繞組的厚度比例可以為3～5:1，優(yōu)選為3.5～4.5:1。根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選的實施方式，所述第一纏繞組與第二纏繞組的厚度比例為4:1。本發(fā)明采用干紗作為纏繞材料，并采用特定的纏繞層結(jié)構(gòu)，特別是特定的纏繞組的角度和厚度比例，使得絕緣子芯棒的彎曲性能沒有降低，并且僅僅通過一次纏繞即可成型。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，優(yōu)選地，所述第一纏繞組的厚度為5～15mm，所述第二纏繞組的厚度為1～4mm。更優(yōu)選地，所述第一纏繞組的厚度為6～12mm，所述第二纏繞組的厚度為1～3.5mm。再優(yōu)選地，所述第一纏繞組的厚度為8～10mm，所述第二纏繞組的厚度為1.5～2mm。由于采用本發(fā)明的纏繞方式和厚度比例，使得絕緣子芯棒的彎曲強度得到提高，并且僅通過一次纏繞即可成型。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述的唯一纏繞層包含多個所述第一纏繞組和第二纏繞組，且第一纏繞組和第二纏繞組交替排列，纏繞組的數(shù)量根據(jù)芯棒的實際需要的厚度確定。優(yōu)選地，所述的唯一纏繞層包含8～25個第一纏繞組和8～25個第二纏繞組，更優(yōu)選地，該纏繞層包含15～20個第一纏繞組和15～20個第二纏繞組。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述的纏繞層的厚度可以為90～150mm，優(yōu)選為95～130mm，更優(yōu)選為100～120mm。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述內(nèi)芯棒的直徑可以為80～150mm。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)尤其適合大直徑的芯棒，因此，更優(yōu)選地，所述內(nèi)芯棒（例如拉擠棒）的直徑為100～115mm。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，優(yōu)選地，所述的內(nèi)芯棒的外表面具有螺紋，所述螺紋的深度為0.3mm～0.6mm，所述螺紋的螺距為1.5mm～5.5mm。更優(yōu)選地，所述螺紋的深度為0.35mm～0.6mm，所述螺紋的螺距為3mm～5mm。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，所述預制體的直徑為280～350mm；優(yōu)選為290～300mm。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，優(yōu)選地，以所述預制體的重量為基準，所述干紗占65wt%～80wt%，更優(yōu)選為70wt%～75wt%。

根據(jù)本發(fā)明的預制體，優(yōu)選地，所述內(nèi)芯棒與所述纏繞層之間不設置粘結(jié)層。

本發(fā)明還提供一種絕緣子芯棒預制體的制備方法，包括如下步驟：

1）表面處理步驟：將內(nèi)芯棒的外表面進行噴砂處理，然后采用易揮發(fā)的有機溶劑進行表面處理，從而形成表面處理后的內(nèi)芯棒；所述噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.5～1.0MPa，所述噴砂處理的時間為30～60min；

2）纏繞步驟：將干紗直接纏繞在表面處理后的內(nèi)芯棒上形成纏繞層，從而得到預制體；其中，所述的干紗為未浸漬樹脂的玻璃纖維；

其中，所述的纏繞層包括第一纏繞組和第二纏繞組，第一纏繞組的纏繞角度為4°～8°，第二纏繞組的纏繞角度為82°～87°，且第一纏繞組與第二纏繞組的厚度比例為3～5:1；所述的第一纏繞組和所述的第二纏繞組交替排列；所述纏繞層的厚度為90～150mm。

根據(jù)本發(fā)明的預制體的制備方法，優(yōu)選地，所述易揮發(fā)的有機溶劑選自丙酮、酒精、甲醇、乙醚、氯仿的一種或多種；所述噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.6～0.8MPa，所述噴砂處理的時間為25～35min。

本發(fā)明也提供一種絕緣子芯棒的制備方法，包括如下步驟：

2）纏繞步驟：將干紗直接纏繞在表面處理后的內(nèi)芯棒上形成纏繞層，從而得到預制體；其中，所述的干紗為未浸漬樹脂的玻璃纖維；所述的纏繞層包括第一纏繞組和第二纏繞組，第一纏繞組的纏繞角度為4°～8°，第二纏繞組的纏繞角度為82°～87°，且第一纏繞組與第二纏繞組的厚度比例為3～5:1；所述的第一纏繞組和所述的第二纏繞組交替排列；所述纏繞層的厚度為90～150mm；

3）真空注射成型步驟：將所述預制體置于成型模具中，利用真空注射成型工藝將環(huán)氧樹脂注入所述的成型模具中以逐漸浸漬所述芯棒預制體，從而得到浸漬體；所述成型模具的相對真空度保持在-0.08～-0.1MPa，環(huán)氧樹脂的注入速度為250～650g/min，環(huán)氧樹脂的注入與回流時間為2～6h；

4）固化步驟：將含所述浸漬體的成型模具封閉，并置于固化裝置進行固化過程，所述的固化過程可以分為三個階段，第一階段為在57～60℃下固化4～5h，第二階段為在67～70℃下固化5～6h，第三階段為在77～80℃下固化5～6h。

下面將對預制體的制備方法和絕緣子芯棒的制備方法進行整體描述。

在本發(fā)明的表面處理步驟1）中，將內(nèi)芯棒的外表面進行噴砂處理。所謂的噴砂處理就是采用壓縮空氣將砂子噴在內(nèi)芯棒的外表面，可以使該外表面粗糙化，并可以除去外表面的富樹脂層。然后，采用易揮發(fā)的有機溶劑進行表面處理，可以除去外表面的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，將內(nèi)芯棒的外表面進行噴砂處理，去除表面的富樹脂層并使內(nèi)芯棒的外表面粗糙化，然后用酒精將內(nèi)芯棒的外表面擦洗干凈并晾干。這樣有利于內(nèi)芯棒與后期成型的材料粘接牢固。在本發(fā)明中，所述易揮發(fā)的有機溶劑可以選自丙酮、酒精、甲醇、乙醚、氯仿的一種或多種；所述噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.5～1MPa，優(yōu)選為0.6～0.8MPa，所述噴砂處理的時間為30～60min，優(yōu)選為30～50min。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，在表面處理步驟1）中，所述內(nèi)芯棒的直徑為100～105mm；所述易揮發(fā)的有機溶劑選自丙酮或酒精；所述噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.6～0.8MPa，所述噴砂處理的時間為30～35min。

在本發(fā)明的纏繞步驟2）中，將干紗直接纏繞在表面處理后的內(nèi)芯棒上，得到預制體。干紗纏繞方式、干紗纖度、纏繞角度、厚度等參數(shù)如前所述，這里不再贅述。

在本發(fā)明的真空注射成型步驟3）中，將所述預制體置于成型模具中，然后將成型模具合模。隨后利用真空注射成型工藝將環(huán)氧樹脂注入所述的成型模具中。環(huán)氧樹脂從成型模具的進膠口注入，逐漸浸漬所述芯棒預制體，從而得到浸漬體；多余的環(huán)氧樹脂則從成型模具的出膠口流出。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，所述成型模具的相對真空度保持在-0.08～-0.1MPa，環(huán)氧樹脂的注入速度為250～650g/min，環(huán)氧樹脂的注入與回流時間為2～6h；作為優(yōu)選，所述成型模具的相對真空度保持在-0.085～-0.095MPa，環(huán)氧樹脂的注入速度為350～450g/min，環(huán)氧樹脂的注入與回流時間為2～6h。在本發(fā)明中，所述的環(huán)氧樹脂選自以下樹脂中的一種或多種：雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、脂肪族縮水甘油醚環(huán)氧樹脂。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂優(yōu)選為雙酚A型環(huán)氧樹脂，例如CYD-128環(huán)氧樹脂（湖南省岳陽巴陵石化化工公司）。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，所述的環(huán)氧樹脂包括100重量份的湖南省岳陽巴陵石化化工公司生產(chǎn)的CYD-128環(huán)氧樹脂、70～80重量份的甲基四氫苯酐固化劑、0.8～1.0重量份的嘉興聯(lián)興化工新材料有限公司生產(chǎn)的DMP-30促進劑、0.2～0.3重量份的BYK-A530消泡劑（德國畢克化學公司生產(chǎn)）。

在本發(fā)明的固化步驟4）中，所述的固化過程可以分為三個階段，第一階段為在57～60℃下固化4～5h，第二階段為在67～70℃下固化5～6h，第三階段為在77～80℃下固化5～6h。根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，第一階段為在60℃下固化4～4.5h，第二階段為在70℃下固化5～5.5h，第三階段為在80℃下固化5～5.5h。

在上述固化步驟完畢后，可以對固化后的內(nèi)芯棒進行脫模、表面加工等后處理，從而形成復合支柱絕緣子產(chǎn)品。

本發(fā)明將玻璃纖維干紗直接纏繞在內(nèi)芯棒上形成預制體，然后就可以生產(chǎn)出彎曲性能高的復合支柱絕緣子。本發(fā)明省略了玻璃纖維浸漬樹脂的步驟，因而工藝更加合理，提高了生產(chǎn)效率，并且生產(chǎn)成本更低。本發(fā)明通過采用了特定的纏繞角度和纏繞組結(jié)構(gòu)，同時兼顧了干紗的穩(wěn)定性和絕緣子芯棒的強度。采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)時，使得干紗處于彈性拉伸穩(wěn)定狀態(tài)，纏繞穩(wěn)定，不易發(fā)生滑紗，且所得的預制體可以獲得強度相對較高的絕緣子芯棒。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的拉擠內(nèi)芯棒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的預制體的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明如下：

1為內(nèi)芯棒，2為纏繞層。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

下面對以下實施例和對比例中使用的原料進行詳細說明：

實施例1

圖1為本發(fā)明的拉擠內(nèi)芯棒的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的內(nèi)芯棒的外表面具有螺紋，所述螺紋的深度為0.6mm，螺距為3.5mm。圖2為本發(fā)明的絕緣子芯棒預制體的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的預制體包括內(nèi)芯棒1和唯一纏繞層2。纏繞層2纏繞在內(nèi)芯棒外1的外表面。內(nèi)芯棒1的直徑為105mm，長度為2.5m。纏繞層2由纖度為1000tex的玻璃纖維干紗直接纏繞而成，不需要使用浸漬樹脂的玻璃纖維。纏繞層2包括交替排列的10個第一纏繞組和10個第二纏繞組，第一纏繞組的纏繞角度為4°，厚度為8mm；第二纏繞組的纏繞角度為87°，厚度為2mm。纏繞層2的厚度為100mm。預制體的直徑為305mm。以預制體的重量為基準，玻璃纖維干紗的質(zhì)量含量為70wt%。

下面詳述絕緣子芯棒預制體和絕緣子芯棒的制備方法。

1）將拉擠內(nèi)芯棒的外表面進行噴砂處理，去除外表面的富樹脂層；并用酒精擦洗外表面，除去其表面雜質(zhì)。

2）將干紗纏繞至步驟1）處理后的內(nèi)芯棒上形成預制體。

3）將步驟2）得到預制體置于真空注射成型模具中，合模后采用真空注射工藝進行注膠成型，真空注射成型模具的相對真空度保持在-0.085MPa，環(huán)氧樹脂的注入速度為400g/min，環(huán)氧樹脂的注入與回流時間為5h。

4）注膠完畢后，將真空注射成型模具的出膠口與入膠口封閉，放入固化爐中進行固化；固化制度為60℃固化4h，70℃固化5h，然后80℃固化5h。

5）固化完畢后，進行脫模、表面加工形成絕緣子產(chǎn)品。

將所得產(chǎn)品進行性能測試，結(jié)果參見表1。

實施例2

采用直徑為100mm，長度為2.5m的內(nèi)芯棒替換實施例1的內(nèi)芯棒；將實施例1中的第一纏繞組的纏繞角度替換為8°，第二纏繞組的纏繞角度替換為82°，其余條件和參數(shù)與實施例1相同，得到實施例2的絕緣子芯棒預制體。將所得產(chǎn)品進行性能測試，結(jié)果參見表1。

比較例1

1）選取直徑為105mm、長2.5m實心拉擠絕緣芯棒；將其外表面進行噴砂處理，去除外表面的富樹脂層；并用酒精擦洗外表面，除去其表面雜質(zhì)。

2）第一次纏繞：纏繞前，用毛滾蘸纏繞用環(huán)氧樹脂在實心拉擠絕緣芯棒表面涂刷環(huán)氧樹脂。開始纏繞玻璃纖維，纏繞角度分為兩種：5°、85°，兩種角度的纏繞厚度占比為7:1。第一次纏繞至芯棒直徑為220mm，停止纏繞。