輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製作方法

2023-04-24 17:52:51

專利名稱：輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力設備用複合絕緣子領域，尤其涉及一種支柱複合絕緣子的內 絕緣複合材料棒。
背景技術：
支柱絕緣子是高壓隔離開關、母線支撐、電抗器支撐等電力設備用關鍵部件，目前 大多為陶瓷製品。這種陶瓷支柱絕緣子屬高能耗產品，其重量重、易損易破、抗震能力低、且 運行過程還有爆炸危險。近年來出現了複合支柱絕緣子，但複合支柱絕緣子的抗彎性能無 法與瓷支柱絕緣子媲美。為了解決複合支柱絕緣子的抗彎性能和彎曲偏移問題，人們大多 採用大直徑實心無鹼玻璃纖維增強環氧樹脂基複合材料棒為內絕緣，而這種大直徑實心環 氧玻璃鋼棒在成型過程中存在的開裂問題難以徹底解決；同時大直徑實心複合環氧玻璃鋼 棒的成型工藝過程還面臨步驟多、難度大、周期長及成本高的缺陷，這也成為影響複合支柱 絕緣子推廣的重要障礙。對於高電壓等級的複合支柱絕緣子而言，由於其尺寸較大，實心環氧玻璃鋼棒無 法拉擠成型，目前大多採用空心無鹼玻璃纖維增強環氧樹脂基複合材料筒作為內絕緣構 件，運行時內部充填一定壓力的絕緣氣體。採用這種方法會帶來諸如密封、監測、補氣等附 加工作，絕緣子的可靠性難以保證，且存在安全隱患。為此，目前還存在採用內部填充液態 或固態絕緣介質的方法，但液態絕緣介質同樣存在密封困難、製造成本高等問題，而固態絕 緣介質存在填充物與絕緣筒內壁結合面的處理問題，結合面處理不好，可能導致內部擊穿。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種質量輕、抗彎 性能高、彎曲偏移小、機械性好、成本低、無界面擊穿隱患的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案一種輕質泡沫夾芯複合材 料絕緣棒，包括外部的環氧樹脂基複合材料製成的絕緣筒和絕緣筒內填充的輕質泡沫材料 夾芯棒，所述絕緣筒內壁與所述夾芯棒外壁之間緊密貼合，且構成絕緣筒基體的環氧樹脂 材料充填到所述夾芯棒外壁的孔隙中(所述輕質泡沫材料成型夾芯棒的過程中，會在夾芯 棒的外壁形成較多數量的小孔)。作為本實用新型的絕緣棒的進一步改進上述的絕緣棒中，所述絕緣筒的內壁上 優選設有加強筋，所述夾芯棒外壁上設有與所述加強筋緊密配合的加強筋溝槽。上述的絕緣棒中，所述絕緣筒優選為以無鹼玻璃纖維、無鹼玻璃纖維布、無鹼玻璃 纖維氈、聚酯布或聚酯氈作為增強材料的絕緣筒。上述的絕緣棒中，所述夾芯棒優選為密度200 kg/m3 300 kg/m3的聚氨酯泡沫材 料製成的夾芯棒。採用聚氨酯發泡材料作為內芯，可免除產品運行時內充絕緣介質的麻煩， 還消除了夾芯棒在模具脫模時的困難、且產品質量增加很少。作為一個總的技術構思，本實用新型還提出三種上述輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製備方法。製備方法一包括以下步驟(1)製備輕質泡沫夾芯棒製備一輕質泡沫夾芯棒，並在其外壁上開設加強筋溝 槽；(2)增強材料卷繞在所述輕質泡沫夾芯棒外側鋪繞數圈所述絕緣筒的增強材料， 然後用預製的加強筋條填充到所述加強筋溝槽中，再繼續卷繞增強材料直至達到絕緣棒要 求的外徑，對所述增強材料進行真空乾燥處理；(3)真空浸漬用環氧樹脂膠液將上述步驟(2)後得到的捲筒進行真空浸膠處理， 真空浸膠處理時的真空壓力在IOOPa以下，浸膠時間在90min 150min ；(4)固化脫模對上述步驟(3)後得到的浸膠捲筒進行加熱固化，固化溫度為 80°C 160°C，固化時間為他 16h，固化完成後降溫、脫模，得到輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。製備方法二包括以下步驟(1)製備輕質泡沫夾芯棒製備一輕質泡沫夾芯棒，並在其外壁上開設加強筋溝 槽；(2)預浸料製備將所述絕緣筒的增強材料浸漬環氧樹脂膠液後烘焙，使樹脂處於 半固化狀態，收卷得到預浸料；(3)預浸料卷繞在所述輕質泡沫夾芯棒上鋪繞數圈經預熱的預浸料，再用預製的 加強筋條填充到加強筋溝槽中，纏繞固定後繼續卷繞預浸料直至達到所述絕緣棒要求的外 徑；(4)固化將上述步驟(3)後得到的捲筒在轉動狀態下進行加熱固化，固化溫度為 80°C 160°C，固化時間為他 16h，固化完成後降溫，得到輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。製備方法三包括以下步驟(1)製備輕質泡沫夾芯棒製備一嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒，並在其外壁上 開設加強筋溝槽；(2)增強材料纏繞在嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒上鋪繞數圈所述絕緣筒的 增強材料，用配製好的環氧樹脂膠液淋溼浸透所述增強材料，再用預製的加強筋條填充到 所述加強筋溝槽中，繼續纏繞浸漬了環氧樹脂膠液的增強材料直至達到所述絕緣棒要求的 外徑；(3)固化將上述步驟(2)後得到的捲筒在轉動狀態下進行加熱固化，固化溫度為 80°C 160°C，固化時間為他 16h，固化完成後降溫；(4)芯部填充將上述輕質泡沫夾芯筒中的金屬芯軸抽出，在空心處灌注填滿輕質 泡沫材料，得到輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。環氧樹脂加熱固化過程中，環氧樹脂滲入輕質泡沫夾心棒/夾芯筒的外壁表面 層，固化後，構成絕緣筒基體的環氧樹脂材料充填到所述夾芯棒外壁的孔隙中，絕緣筒與夾 芯棒成為一個整體。作為上述三種製備方法的進一步改進上述的製備方法中，所述加熱固化優選的具體操作為加熱到80°C溫度條件下保 溫1. 5h 2h，升溫到100°C保溫Ih 2h，再升溫到130°C保溫Ih 2h，再升溫到145°C保溫1. 5h 4. 5h，再升溫到160°C保溫4h 6h，完成加熱固化。上述的製備方法中，所述環氧樹脂膠液優選包含1000質量份的環氧樹脂、45 55質量份的環氧樹脂活性增韌劑、10 20質量份的偶聯劑、800 1000質量份酸酐、0 40質量份的雙氰胺 和5 8質量份的固化促進劑。上述的製備方法中，所述預製的加強筋條優選為聚氨酯泡沫條或無鹼玻璃纖維增 強環氧樹脂基複合材料條。與現有技術相比，本實用新型的優點在於1、本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，採用輕質泡沫材料夾芯棒和外部 的環氧樹脂基複合材料絕緣筒且二者之間緊密結合的結構，不易開裂，能夠滿足機械性能 要求，並大大減小了絕緣棒的重量，降低了生產成本；2、本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，採取在夾芯棒上設置與所述加強 筋緊密配合的加強筋溝槽的方式，可以在絕緣筒的內壁上可任意設置加強筋，以提高同等 壁厚條件下絕緣筒的抗彎、抗環向壓和抗扭性能；且在滿足產品抗彎、抗扭等機械性能的條 件下大大降低了實心複合支柱絕緣子的重量和成本；同時，免除了運行過程中充放絕緣介 質帶來的麻煩，為複合支柱絕緣子推廣鋪平了道路；3、本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製備工藝簡單，採用輕質泡沫夾 芯作為外層增強材料鋪設的芯材。芯材在外層的環氧樹脂基複合材料層絕緣筒成型過程中 被預埋在絕緣管內部，與環氧樹脂基複合材料層共同組成絕緣棒。這就保證在樹脂對增強 材料浸漬過程中，不僅滲入增強材料鋪層，也滲入泡沫芯表面層，泡沫芯表面發泡形成的凹 凸不平的空間正好完全被樹脂填充，樹脂固化後，二者形成一個整體，其結合界面整體性更 好。

圖1是本實用新型實施例的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的橫截面示意圖；圖2是本實用新型實施例1中另一實施方式的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的橫 截面示意圖；圖3是本實用新型實施例3的嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒的橫截面示意圖；圖4是圖3中A-A處的剖視結構示意圖。圖例說明1、夾芯棒；2、絕緣筒；3、加強筋溝槽；4、加強筋；5、金屬芯軸。
具體實施方式
以下將結合說明書附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。實施例1 如圖1所示，本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，包括外部的 絕緣筒2和絕緣筒2內填充的夾芯棒1，絕緣筒2為環氧樹脂基複合材料，夾芯棒1為輕質泡沫材料，絕緣筒2內壁與夾芯棒1外壁之間緊密貼合，且構成絕緣筒2基體的環氧樹脂材 料充填到夾芯棒1外壁的孔隙中(考慮到外壁的孔隙很小，圖中沒有示出孔隙)。絕緣筒2的 內壁上設有加強筋4，夾芯棒1外壁上設有與加強筋4緊密配合的加強筋溝槽3。絕緣筒2 的增強材料為無鹼玻璃纖維布(無鹼玻璃纖維、無鹼玻璃纖維氈、聚酯布或聚酯氈等均可)。 輕質泡沫材料為密度約為250 kg/m3的聚氨酯泡沫材料。該輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒是通過下列步驟製備得到的(1)材料準備a.準備密度為250 士 20 kg/m3的聚氨酯發泡料和無鹼玻璃纖維布等增強材料；b.取1000份(均為質量份，下同)的環氧樹脂、50份的環氧樹脂活性增韌齊IJ、15份 的偶聯劑、900份的酸酐以及6份的固化促進劑配置環氧樹脂膠液；c.準備內壁設有活動凸條的用於製備夾芯棒1的筒狀模具(凸條的截面尺寸與 設計的加強筋4的尺寸一致)，並準備用於成型絕緣棒的整體成型模具。(2)製備輕質泡沫夾芯棒取上述的筒狀模具，封閉模具的兩端，並設置進料口和 排氣孔，將聚氨酯發泡料均勻混合後注入模具內，待發泡完畢，脫模，清除表面層及成型的 溝槽，即得到外壁帶有加強筋溝槽3的圓棒狀輕質泡沫夾芯棒。(3)增強材料卷繞在得到的輕質泡沫夾芯棒外鋪繞2層 5層無鹼玻璃纖維布 後，用泡沫條(或無鹼玻璃纖維增強環氧樹脂基複合材料條)填充到加強筋溝槽3中。加強 筋溝槽3填充完畢，繼續卷繞無鹼玻璃纖維布達到絕緣棒要求的外徑，將其放在乾燥爐中， 升溫到100°C左右，進行真空乾燥處理2h 5h。(4)真空浸漬將乾燥後的卷繞了增強材料的輕質泡沫夾芯棒裝入用於成型絕緣 棒的整體成型模具，並與真空浸膠系統相連，一邊對整體成型模具抽取真空，一邊對環氧 樹脂膠液進行真空脫氣，樹脂脫氣與整體成型模具抽真空的真空壓力持續低於100 達 120min (如果產品大，抽真空時間可以延長)以上後，灌注環氧樹脂膠液，灌滿後，封閉整體 成型模具上端，拆除真空浸膠系統，並將整體成型模具翻轉。(5)固化脫模將上述得到的充滿樹脂的整體成型模具放在固化爐中，在氣壓調到
0.IMpa 0. 3Mpa的氮氣氣氛下，開啟溫控系統進行加熱固化。加熱到80°C溫度條件下保溫
1.5h，升溫到100°C保溫1. 5h，再升溫到130°C保溫lh，再升溫到145°C保溫1. 5h，再升溫到 160°C保溫5h，完成加熱固化，自然降至室溫，取出模具進行脫模，得到上述的輕質泡沫夾芯 複合材料絕緣棒。如圖2所示，本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒也可以不帶加強筋，在 製備時，輕質泡沫夾芯棒的成型採用內部無活動凸條的成型模具，而後續步驟省略用泡沫 條(或無鹼玻璃纖維增強環氧樹脂基複合材料條)填充加強筋溝槽3的步驟即可。本實施例的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製備方法適宜於生產絕緣要求高，尺 寸小的柱、棒。實施例2 如圖1所示，本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒與實施例1中 的絕緣棒結構和成分基本相同，其區別僅在於增強材料有所差異，本實施例用到的增強材 料為無鹼玻璃纖維和無鹼玻璃纖維布。該輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒是通過下列步驟制 備得到的(1)材料準備[0061]a.準備容重約為250士20 kg/m3的聚氨酯泡沫、無鹼玻璃纖維和無鹼玻璃布等增 強材料；b.取1000份的環氧樹脂、50份的環氧樹脂活性增韌劑、15份的偶聯劑、900份酸 酐、40質量份的雙氰胺以及7份的固化促進劑配置環氧樹脂膠液；c.準備內壁設有活動凸條的用於製備夾芯棒1的筒狀模具(凸條的截面尺寸與 設計的加強筋4的尺寸一致)。(2)製備輕質泡沫夾芯棒的取用於製備夾芯棒1的筒狀模具，封閉模具的兩端， 並設置進料口和排氣孔，將聚氨酯發泡料均勻混合後注入模具內，待發泡完畢，脫模，清除 表面層及成型後的溝槽，即得到外壁帶有加強筋溝槽3的圓棒狀輕質泡沫夾芯棒。(3)預浸料製備將增強材料織物和纖維浸漬環氧樹脂膠液後烘焙，使樹脂處於半固化階段(B階 段)，收卷得到預浸布和預浸紗。(4)預浸料卷繞將加工好的輕質泡沫夾芯棒卡裝在卷繞機上，開啟卷繞機，在輕質泡沫夾芯棒上 鋪繞2層 4層預熱後的預浸布增強材料，再用加工好的無鹼玻璃纖維增強環氧樹脂基復 合材料條(或聚氨酯泡沫條)將預浸布壓入溝槽，同時在外面用預浸紗纏繞固定，繼續卷繞 預浸布到規定尺寸，最後環向90°纏繞一層預浸紗。(5)固化:將上述得到的卷繞了增強材料的輕質泡沫夾芯棒，放置在固化爐的託架上，在轉 動狀態下將樹脂固化。固化加熱機制為加熱到80°C溫度條件下保溫2h，升溫到100°C保 溫1. 5h，再升溫到130°C保溫lh，再升溫到145°C保溫2h，再升溫到160°C保溫4h，完成加熱 固化，自然降至室溫，得到上述的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。本實施例的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製備方法適宜於生產超大尺寸絕緣 支柱、高壓線杆塔等構件。實施例3 如圖1所示，本實用新型的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒與實施例1中 的絕緣棒結構和成分基本相同，其區別僅在於增強材料有所差異，本實施例用到的增強材 料為無鹼玻璃纖維、無鹼玻璃纖維氈和無鹼玻璃纖維布。該輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒 是通過下列步驟製備得到的(1)材料準備a.準備容重為250士20 kg/m3的聚氨酯泡沫、無鹼玻璃纖維氈、無鹼玻璃纖維布 和無鹼玻璃纖維等增強材料；b.取1000份的環氧樹脂、50份的環氧樹脂活性增韌劑、15份的偶聯劑、900份的 酸酐以及5份的固化促進劑配置環氧樹脂膠液；c.準備內壁設有活動凸條的用於製備夾芯棒1的兩半的環筒狀模具以及金屬芯 軸5 (凸條的截面尺寸與設計的加強筋4的尺寸一致)。(2)製備輕質泡沫夾芯棒將用於製備夾芯棒1的環筒狀模具以及金屬芯軸5組合在一起，封閉模具的兩端， 並設置進料口和排氣孔，將聚氨酯發泡料均勻混合後注入模具內，待發泡完畢，脫膜，加工 表面及兩端，清理溝槽，得到如圖3、圖4所示的嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒。[0079](3)增強材料纏繞將得到的嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒卡裝在纏繞機上，開啟纏繞機使嵌有金 屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒轉動，在其上鋪繞2層無鹼玻璃纖維氈，再鋪繞4層無鹼玻璃纖維 布，用配製好的環氧樹脂膠液淋溼，反覆輥壓，使環氧樹脂浸透織物，將加強筋溝槽3上的 織物壓入槽內，使其與嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒緊貼在一起。將加工好的玻璃鋼條 (或聚氨酯泡沫條)填入加強筋溝槽3中，用無鹼玻璃纖維綑紮幾道，以免在嵌有金屬芯軸的 輕質泡沫夾芯筒旋轉過程中脫落。此後連續纏繞環氧樹脂膠液浸溼的無鹼玻璃纖維(實際 應用時，無鹼玻璃纖維的線型可根據具體情況而定)直到規定外徑。(4)固化將上述得到的纏繞了增強材料的嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒，放置在固化爐 的託架上，在轉動狀態下將樹脂固化。固化加熱機制為加熱到80°C溫度條件下保溫池，升 溫到100°C保溫2h，再升溫到130°C保溫lh，再升溫到145°C保溫1. 5h，再升溫到160°C保溫 6h，完成加熱固化，自然降至室溫，得到絕緣棒坯體，對坯體進行車加工。(5)芯部填充將嵌有金屬芯軸的輕質泡沫夾芯筒中的金屬芯軸5抽出，清除空心處的管內壁的 表面層，堵住一端，注入一定量的聚氨酯發泡料，蓋好另一端。待發泡完畢，清理兩端多餘發 泡料，得到上述的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒。本實施例的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒的製備方法，適宜於生產中等尺寸支柱 絕緣子芯棒，可減少模具投入。以上僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護範圍並不僅局限於上述 實施例，如在輕質泡沫夾芯棒中加入玻璃纖維等增強材料進行加強等，與本實用新型構思 無實質性差異的各種技術方案均在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，包括外部的環氧樹脂基複合材料製成的絕緣 筒(2)和絕緣筒(2)內填充的輕質泡沫材料夾芯棒(1)，其特徵在於所述絕緣筒(2)內壁 與所述夾芯棒(1)外壁之間緊密貼合，且構成絕緣筒(2)基體的環氧樹脂材料充填到所述 夾芯棒(1)外壁的孔隙中。
2.根據權利要求1所述的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，其特徵在於，所述絕緣筒 (2)的內壁上設有加強筋(4)，所述夾芯棒(1)外壁上設有與所述加強筋(4)緊密配合的加 強筋溝槽(3)。
3.根據權利要求1或2所述的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，其特徵在於，所述絕緣 筒(2)為以無鹼玻璃纖維、無鹼玻璃纖維布、無鹼玻璃纖維氈、聚酯布或聚酯氈作為增強材 料的絕緣筒。
4.根據權利要求1或2所述的輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，其特徵在於，所述夾芯 棒為密度200 kg/m3 300 kg/m3的聚氨酯泡沫材料製成的夾芯棒。
專利摘要本實用新型公開了一種輕質泡沫夾芯複合材料絕緣棒，包括外部的環氧樹脂基複合材料製成的絕緣筒和絕緣筒內填充的輕質泡沫材料夾芯棒，所述絕緣筒內壁與所述夾芯棒外壁之間緊密貼合，且構成絕緣筒基體的環氧樹脂材料充填到所述夾芯棒外壁的孔隙中。本實用新型具有製備工藝簡單、成品質量輕、抗彎性能高、機械性好、成本低、無界面擊穿隱患等優點。
文檔編號H01B17/14GK201918235SQ20102066311
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者張長安 申請人:湖南厚普電力科技有限公司