本實(shí)用新型涉及一種絕緣子芯棒預(yù)制體，尤其涉及一種大直徑絕緣子芯棒預(yù)制體。
背景技術(shù)：
復(fù)合支柱絕緣子具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐污閃等特點(diǎn)，其在高壓輸變電中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著電壓等級(jí)的提高，要求復(fù)合支柱絕緣子的強(qiáng)度和剛度要足夠高，進(jìn)而要求復(fù)合支柱絕緣子芯棒的直徑要足夠大。
絕緣子芯棒預(yù)制體是復(fù)合支柱絕緣子芯棒的重要部件?，F(xiàn)有的絕緣子芯棒預(yù)制體一般通過(guò)內(nèi)芯棒直接纏繞玻璃纖維形成。這樣的預(yù)制體工序長(zhǎng)，強(qiáng)度不高。例如，CN104299731A公開了一種支柱型空心復(fù)合絕緣子制造工藝：將玻璃纖維原料纏繞在圓柱形體上，并使玻璃纖維的軸向和徑向分布均勻，形成直徑不小于絕緣子直徑的絕緣子坯體棒，圓柱形體的直徑等于圓筒形孔的直徑；然后通過(guò)真空浸膠、絕緣子坯體棒固化、加工成型等工序獲得產(chǎn)品。又如CN104299731A公開了一種二步成型的高電壓復(fù)合絕緣子實(shí)心芯棒的制備方法，其也是采用玻璃纖維纏繞，工序較長(zhǎng)，絕緣子實(shí)心芯棒的強(qiáng)度不高。
因此，迫切需要一種絕緣子芯棒預(yù)制體，其強(qiáng)度相對(duì)比較高，并且工序合理。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的在于提供一種絕緣子芯棒預(yù)制體，其強(qiáng)度相對(duì)比較高；并且加工該預(yù)制體的工序更加合理。
本申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了上述目的。
本實(shí)用新型提供一種絕緣子芯棒預(yù)制體，所述的預(yù)制體包括內(nèi)芯棒和布層，所述內(nèi)芯棒具有粗糙的外表面，所述布層包括由卷繞在所述內(nèi)芯棒的外表面的玻璃纖維單向布形成的多個(gè)卷繞層；所述的玻璃纖維單向布包括緯紗和玻璃纖維經(jīng)紗，該玻璃纖維經(jīng)紗與內(nèi)芯棒的中心軸之間的夾角為0±1°；在所述多個(gè)卷繞層中，相鄰的兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距d由內(nèi)向外逐層遞減。
以兩個(gè)相鄰的卷繞層為例，內(nèi)側(cè)卷繞層中的相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距di要大于外側(cè)卷繞層中的相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距di+1。亦即，di>di+1，其中i為自然數(shù)。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，在所述多個(gè)卷繞層中，相鄰的兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距由內(nèi)向外逐層遞減的幅度為1～5％；亦即Δ＝│di-di+1│/di＝1～5％。通過(guò)控制玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距，從而調(diào)節(jié)纖維含量，進(jìn)而改善芯棒預(yù)制體的強(qiáng)度。根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，更優(yōu)選地，在所述多個(gè)卷繞層中，相鄰的兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距由內(nèi)向外逐層遞減的幅度為1～3％。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述幅度Δ為1～1.5％。在本實(shí)用新型中，可以通過(guò)調(diào)整卷繞張力來(lái)控制條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距。隨著卷繞張力的逐層遞減，二者之間的間距也隨之逐層遞減。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，所述玻璃纖維單向布的卷繞角為零，所述的卷繞角是所述緯紗的螺旋角。也就是說(shuō)，各層玻璃纖維單向布重疊排列，以保證玻璃纖維單向布中的玻璃纖維能夠基本上均平行于內(nèi)芯棒的中心軸。本實(shí)用新型的緯紗可以由玻璃纖維或紡織纖維，所述紡織纖維可以選自棉纖維、滌綸纖維、尼龍纖維的一種或多種。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述紡織纖維為滌綸纖維。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，所述玻璃纖維單向布的幅寬與所述內(nèi)芯棒的長(zhǎng)度之間的比例為1:0.9～1.2。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述玻璃纖維單向布的幅寬與所述內(nèi)芯棒的長(zhǎng)度之間的比例為1:0.95～1.05，優(yōu)選為1:1。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，所述內(nèi)芯棒的直徑為70～130mm。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述內(nèi)芯棒的直徑為100～115mm。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，所述內(nèi)芯棒的長(zhǎng)度為1500～5000mm。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述內(nèi)芯棒的長(zhǎng)度為2500～3500mm。
根據(jù)本實(shí)用新型的預(yù)制體，優(yōu)選地，所述芯棒預(yù)制體的直徑為155～355mm；更優(yōu)選為200～350mm。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方式，所述芯棒預(yù)制體的直徑為300～330mm。在本實(shí)用新型中，布層的厚度為60～130mm，優(yōu)選為90～110mm。
以下詳述上述芯棒預(yù)制體的制造方法。
表面處理步驟：將內(nèi)芯棒的外表面進(jìn)行噴砂處理和清潔處理，從而形成表面粗糙的內(nèi)芯棒；
卷繞步驟：將玻璃纖維單向布直接卷繞在所述表面粗糙的內(nèi)芯棒上得到芯棒預(yù)制體，卷繞張力逐層遞減。
在上述制造方法中，噴砂處理是指采用壓縮空氣將砂子噴在內(nèi)芯棒的外表面，從而使該外表面粗糙化，并可以除去該外表面的富樹脂層。噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力可以為0.4～1.0MPa，優(yōu)選為0.6～0.8MPa；所述噴砂處理的時(shí)間為20～60min，優(yōu)選為20～40min，更優(yōu)選為25～35min。清潔處理為采用易揮發(fā)的有機(jī)溶劑進(jìn)行表面處理，這樣可以除去外表面的雜質(zhì)。這樣有利于內(nèi)芯棒與后期成型的材料粘接牢固。在本實(shí)用新型中，將玻璃纖維單向布直接卷繞在表面處理后的內(nèi)芯棒上，得到芯棒預(yù)制體。
在上述制造方法中，初始卷繞張力為350～500牛頓，卷繞張力逐層遞減以使得在所述多個(gè)卷繞層中相鄰的兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距由內(nèi)向外逐層遞減的幅度為1～5％，優(yōu)選為1～3％。
以下詳述利用上述芯棒預(yù)制體制造絕緣子的方法。
真空成型步驟：將所述芯棒預(yù)制體置于真空成型裝置中，在真空條件注入樹脂，直至所述芯棒預(yù)制體的布層被完全浸潤(rùn)，從而得到浸潤(rùn)體；
固化步驟：將浸潤(rùn)體置于固化裝置進(jìn)行固化。
在上述制造方法中，所述真空條件的相對(duì)真空度為-0.08～-0.1MPa，更優(yōu)選為-0.085～-0.095MPa。樹脂的注入速度可以為250～650g/min，優(yōu)選為350～450g/min。所述樹脂為聚氨酯樹脂或環(huán)氧樹脂；當(dāng)出膠管出膠在300mm以上停止灌注。
在上述制造方法中，所述的固化過(guò)程可以分為三個(gè)階段，第一階段為在50～63℃下固化4～6h，第二階段為在65～73℃下固化4～6h，第三階段為在75～85℃下固化3～6h。作為優(yōu)選，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。
本實(shí)用新型將玻璃纖維單向布的玻璃纖維經(jīng)紗與內(nèi)芯棒的中心軸之間的夾角控制在合適范圍，并調(diào)節(jié)相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的距離，這樣可以獲得強(qiáng)度相對(duì)比較高的絕緣子芯棒。根據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，玻璃纖維單向布的卷繞角為零，玻璃纖維單向布的幅寬與內(nèi)芯棒的長(zhǎng)度接近，進(jìn)一步改善了絕緣子芯棒的強(qiáng)度。此外，制造該芯棒預(yù)制體的工序合理，能夠避免材料浪費(fèi)現(xiàn)象。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的芯棒預(yù)制體的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：
1-內(nèi)芯棒；2-布層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
實(shí)施例1
圖1為本實(shí)用新型的芯棒預(yù)制體的結(jié)構(gòu)示意圖。該芯棒預(yù)制體的直徑為310mm，其包括內(nèi)芯棒1和布層2。內(nèi)芯棒1的直徑為110mm，長(zhǎng)度為2600mm，具有粗糙的外表面。布層2包括由卷繞在內(nèi)芯棒1的外表面的玻璃纖維單向布形成的多個(gè)卷繞層。布層2的厚度為100mm。玻璃纖維單向布包括緯紗和玻璃纖維經(jīng)紗，該玻璃纖維經(jīng)紗與內(nèi)芯棒1的中心軸之間的夾角為0°。在多個(gè)卷繞層中，相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距d由內(nèi)向外逐層遞減，逐層遞減的幅度為1％；亦即，外側(cè)卷繞層的相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距di+1比內(nèi)側(cè)卷繞層的相鄰兩條玻璃纖維經(jīng)紗之間的間距di減小1％。玻璃纖維單向布的卷繞角(緯紗的螺旋角)為零。布層2中的玻璃纖維單向布的幅寬與內(nèi)芯棒1的長(zhǎng)度之間的比例為1:1。
以下描述上述芯棒預(yù)制體以及絕緣子芯棒的制造方法：
(1)將拉擠芯棒的外表面進(jìn)行噴砂處理，去除外表面的富樹脂層，用酒精擦洗外表面，除去其表面雜質(zhì)，從而形成表面粗糙的內(nèi)芯棒。噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.7MPa，噴砂處理時(shí)間為30min。將玻璃纖維單向布卷繞至表面粗糙的內(nèi)芯棒上，卷繞角度為零，初始卷繞張力為450牛頓，卷繞張力采取逐層遞減的方式。
(2)將所述芯棒預(yù)制體置于真空成型裝置中，在真空條件注入樹脂，直至所述芯棒預(yù)制體的布層被完全浸潤(rùn)，從而得到浸潤(rùn)體；相對(duì)真空度為-0.085MPa以下；環(huán)氧樹脂的注入速度為400g/min。注膠完畢后，將所述浸潤(rùn)體置于固化爐進(jìn)行固化，固化過(guò)程為60℃固化4h，70℃固化5h，然后80℃固化5h。固化完畢后，脫模、表面加工形成絕緣子芯棒。
將所得產(chǎn)品中取出三個(gè)試件，進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果參見表1。
表1
本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進(jìn)、替換均落入本實(shí)用新型的范圍。