CN106448958B - 干纱缠绕的预制体、绝缘子芯棒及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干纱缠绕的绝缘子芯棒预制体、绝缘子芯棒及制备方法。本发明的绝缘子芯棒预制体包括内芯棒和缠绕在该内芯棒外表面的唯一缠绕层；所述的缠绕层由干纱缠绕而成；所述的缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为4°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为82°～87°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为3～5:1；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；所述缠绕层的厚度为90～150mm；所述的干纱为未浸渍树脂的玻璃纤维，其纤度为500～9600tex。本发明的预制体可以获得强度相对较高的绝缘子芯棒。本发明的制备方法工序合理，生产效率高。

Description

干纱缠绕的预制体、绝缘子芯棒及制备方法

技术领域

本发明涉及一种干纱缠绕的预制体、绝缘子芯棒及制备方法，尤其涉及一种大直径的干纱缠绕的预制体、绝缘子芯棒及制备方法。

背景技术

现有输变电用的支柱绝缘子包括瓷芯加硅橡胶伞裙型、复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型等。瓷芯加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子存在外伞裙硅橡胶材料与陶瓷芯粘接不牢，产生气泡的现象，影响产品的电气性能及寿命。随着输变电电压等级的提高，复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子的用量占比随之增大。

复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子的芯棒采用复合材料制成，由于直径较大，对于拉挤工艺很难一次拉挤成型。目前支柱绝缘子的芯棒采用的成型方式多为各种规格的小拉挤棒捆绑在一起进行整体灌注，但是此种工艺由于较细的多只内芯棒结构存在粘接层过多，在芯棒的横截面积中占据了较大的面积比例，固化过程中内部产生较大的内应力，应力不均导致内部产生裂纹等缺陷，在实际使用过程中很难达到理想使用效果。支柱绝缘子的芯棒还可以采用如下方式成型：内部为拉挤芯棒，外层分多次进行缠绕。这种成型方式虽然可以满足实际使用要求，但是生产效率较低，外层需进行多次缠绕即需多次固化，对于缠绕过程中的工序要求较多，且耗能较大，大大提高了产品的制造成本。此外，纤维在缠绕过程中有一定的磨损会大大降低芯棒的力学性能。

CN1731539A公开了一种玻璃纤维浸渍树脂基缠绕式复合绝缘子芯棒的制备方法：将玻璃纤维通过熔化后的树脂基溶液，在转速150转/分搅拌均匀；玻璃纤维和环氧树脂基溶液在高温下连续缠绕后固化成型。上述方法采用玻璃纤维作为缠绕材料，且需要多次缠绕，生产效率低、材料浪费大。

因此，迫切需要一种预制体、绝缘子芯棒及制备方法，其可以有效提高生产效率，并可以生产出弯曲性能高的复合支柱绝缘子。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种绝缘子芯棒预制体，其可以用于生产出弯曲性能高的复合支柱绝缘子。

本发明的另一个目的在于提供一种绝缘子芯棒预制体的制备方法，其工序合理，生产效率高。

本发明的再一个目的在于提供一种绝缘子芯棒的制备方法，其可以快速生产大直径的绝缘子芯棒，其工序合理，生产成本较低。

本申请的发明人发现，不需要使用浸渍树脂的玻璃纤维，将玻璃纤维干纱直接缠绕在内芯棒上形成预制体，然后就可以生产出弯曲性能高的复合支柱绝缘子，从而实现了上述目的。

本发明提供一种绝缘子芯棒预制体，所述的预制体包括内芯棒和缠绕在该内芯棒外表面的唯一缠绕层；所述的缠绕层由干纱缠绕而成；所述的缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为4°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为82°～87°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为3～5:1；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；所述缠绕层的厚度为90～150mm；所述的干纱为未浸渍树脂的玻璃纤维，其纤度为500～9600tex。本发明的预制体包括内芯棒和唯一缠绕层。所述缠绕层缠绕在该内芯棒外表面，并与内芯棒紧密贴合。该缠绕层由干纱缠绕而成。根据本发明的预制体，所述的玻璃纤维的纤度可以为500～9600tex；优选地，所述的玻璃纤维的纤度为1000～2000tex；更优选地，所述的玻璃纤维的纤度为1100～1800tex。

根据本发明的预制体，所述第一缠绕组的缠绕角度可以为4°～8°，优选为4°～6°，更优选为4°～5°；所述第二缠绕组的缠绕角度可以为82°～87°，优选为83°～86°。所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例可以为3～5:1，优选为3.5～4.5:1。根据本发明一种优选的实施方式，所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为4:1。本发明采用干纱作为缠绕材料，并采用特定的缠绕层结构，特别是特定的缠绕组的角度和厚度比例，使得绝缘子芯棒的弯曲性能没有降低，并且仅仅通过一次缠绕即可成型。

根据本发明的预制体，优选地，所述第一缠绕组的厚度为5～15mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。更优选地，所述第一缠绕组的厚度为6～12mm，所述第二缠绕组的厚度为1～3.5mm。再优选地，所述第一缠绕组的厚度为8～10mm，所述第二缠绕组的厚度为1.5～2mm。由于采用本发明的缠绕方式和厚度比例，使得绝缘子芯棒的弯曲强度得到提高，并且仅通过一次缠绕即可成型。

根据本发明的预制体，所述的唯一缠绕层包含多个所述第一缠绕组和第二缠绕组，且第一缠绕组和第二缠绕组交替排列，缠绕组的数量根据芯棒的实际需要的厚度确定。优选地，所述的唯一缠绕层包含8～25个第一缠绕组和8～25个第二缠绕组，更优选地，该缠绕层包含15～20个第一缠绕组和15～20个第二缠绕组。

根据本发明的预制体，所述的缠绕层的厚度可以为90～150mm，优选为95～130mm，更优选为100～120mm。

根据本发明的预制体，所述内芯棒的直径可以为80～150mm。本发明的结构尤其适合大直径的芯棒，因此，更优选地，所述内芯棒（例如拉挤棒）的直径为100～115mm。

根据本发明的预制体，优选地，所述的内芯棒的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.3mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为1.5mm～5.5mm。更优选地，所述螺纹的深度为0.35mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为3mm～5mm。

根据本发明的预制体，所述预制体的直径为280～350mm；优选为290～300mm。

根据本发明的预制体，优选地，以所述预制体的重量为基准，所述干纱占65wt%～80wt%，更优选为70wt%～75wt%。

根据本发明的预制体，优选地，所述内芯棒与所述缠绕层之间不设置粘结层。

本发明还提供一种绝缘子芯棒预制体的制备方法，包括如下步骤：

1）表面处理步骤：将内芯棒的外表面进行喷砂处理，然后采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，从而形成表面处理后的内芯棒；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.5～1.0MPa，所述喷砂处理的时间为30～60min；

2）缠绕步骤：将干纱直接缠绕在表面处理后的内芯棒上形成缠绕层，从而得到预制体；其中，所述的干纱为未浸渍树脂的玻璃纤维；

其中，所述的缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为4°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为82°～87°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为3～5:1；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；所述缠绕层的厚度为90～150mm。

根据本发明的预制体的制备方法，优选地，所述易挥发的有机溶剂选自丙酮、酒精、甲醇、***、氯仿的一种或多种；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为25～35min。

本发明也提供一种绝缘子芯棒的制备方法，包括如下步骤：

1）表面处理步骤：将内芯棒的外表面进行喷砂处理，然后采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，从而形成表面处理后的内芯棒；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.5～1.0MPa，所述喷砂处理的时间为30～60min；

2）缠绕步骤：将干纱直接缠绕在表面处理后的内芯棒上形成缠绕层，从而得到预制体；其中，所述的干纱为未浸渍树脂的玻璃纤维；所述的缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为4°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为82°～87°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为3～5:1；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；所述缠绕层的厚度为90～150mm；

3）真空注射成型步骤：将所述预制体置于成型模具中，利用真空注射成型工艺将环氧树脂注入所述的成型模具中以逐渐浸渍所述芯棒预制体，从而得到浸渍体；所述成型模具的相对真空度保持在-0.08～-0.1MPa，环氧树脂的注入速度为250～650g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h；

4）固化步骤：将含所述浸渍体的成型模具封闭，并置于固化装置进行固化过程，所述的固化过程可以分为三个阶段，第一阶段为在57～60℃下固化4～5h，第二阶段为在67～70℃下固化5～6h，第三阶段为在77～80℃下固化5～6h。

下面将对预制体的制备方法和绝缘子芯棒的制备方法进行整体描述。

在本发明的表面处理步骤1）中，将内芯棒的外表面进行喷砂处理。所谓的喷砂处理就是采用压缩空气将砂子喷在内芯棒的外表面，可以使该外表面粗糙化，并可以除去外表面的富树脂层。然后，采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，可以除去外表面的杂质。根据本发明的一个具体实施方式，将内芯棒的外表面进行喷砂处理，去除表面的富树脂层并使内芯棒的外表面粗糙化，然后用酒精将内芯棒的外表面擦洗干净并晾干。这样有利于内芯棒与后期成型的材料粘接牢固。在本发明中，所述易挥发的有机溶剂可以选自丙酮、酒精、甲醇、***、氯仿的一种或多种；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.5～1MPa，优选为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为30～60min，优选为30～50min。根据本发明的一个优选实施方式，在表面处理步骤1）中，所述内芯棒的直径为100～105mm；所述易挥发的有机溶剂选自丙酮或酒精；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.6～0.8MPa，所述喷砂处理的时间为30～35min。

在本发明的缠绕步骤2）中，将干纱直接缠绕在表面处理后的内芯棒上，得到预制体。干纱缠绕方式、干纱纤度、缠绕角度、厚度等参数如前所述，这里不再赘述。

在本发明的真空注射成型步骤3）中，将所述预制体置于成型模具中，然后将成型模具合模。随后利用真空注射成型工艺将环氧树脂注入所述的成型模具中。环氧树脂从成型模具的进胶口注入，逐渐浸渍所述芯棒预制体，从而得到浸渍体；多余的环氧树脂则从成型模具的出胶口流出。根据本发明的一个具体实施方式，所述成型模具的相对真空度保持在-0.08～-0.1MPa，环氧树脂的注入速度为250～650g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h；作为优选，所述成型模具的相对真空度保持在-0.085～-0.095MPa，环氧树脂的注入速度为350～450g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h。在本发明中，所述的环氧树脂选自以下树脂中的一种或多种：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂。本发明的环氧树脂优选为双酚A型环氧树脂，例如CYD-128环氧树脂（湖南省岳阳巴陵石化化工公司）。根据本发明的一个优选实施方案，所述的环氧树脂包括100重量份的湖南省岳阳巴陵石化化工公司生产的CYD-128环氧树脂、70～80重量份的甲基四氢苯酐固化剂、0.8～1.0重量份的嘉兴联兴化工新材料有限公司生产的DMP-30促进剂、0.2～0.3重量份的BYK-A530消泡剂（德国毕克化学公司生产）。

在本发明的固化步骤4）中，所述的固化过程可以分为三个阶段，第一阶段为在57～60℃下固化4～5h，第二阶段为在67～70℃下固化5～6h，第三阶段为在77～80℃下固化5～6h。根据本发明的一个具体实施方式，第一阶段为在60℃下固化4～4.5h，第二阶段为在70℃下固化5～5.5h，第三阶段为在80℃下固化5～5.5h。

在上述固化步骤完毕后，可以对固化后的内芯棒进行脱模、表面加工等后处理，从而形成复合支柱绝缘子产品。

本发明将玻璃纤维干纱直接缠绕在内芯棒上形成预制体，然后就可以生产出弯曲性能高的复合支柱绝缘子。本发明省略了玻璃纤维浸渍树脂的步骤，因而工艺更加合理，提高了生产效率，并且生产成本更低。本发明通过采用了特定的缠绕角度和缠绕组结构，同时兼顾了干纱的稳定性和绝缘子芯棒的强度。采用本发明的结构时，使得干纱处于弹性拉伸稳定状态，缠绕稳定，不易发生滑纱，且所得的预制体可以获得强度相对较高的绝缘子芯棒。

附图说明

图1为本发明的拉挤内芯棒的结构示意图；

图2为本发明的预制体的结构示意图。

附图标记说明如下：

1为内芯棒，2为缠绕层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面对以下实施例和对比例中使用的原料进行详细说明：

实施例1

图1为本发明的拉挤内芯棒的结构示意图。本发明的内芯棒的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.6mm，螺距为3.5mm。图2为本发明的绝缘子芯棒预制体的结构示意图。本发明的预制体包括内芯棒1和唯一缠绕层2。缠绕层2缠绕在内芯棒外1的外表面。内芯棒1的直径为105mm，长度为2.5m。缠绕层2由纤度为1000tex的玻璃纤维干纱直接缠绕而成，不需要使用浸渍树脂的玻璃纤维。缠绕层2包括交替排列的10个第一缠绕组和10个第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为4°，厚度为8mm；第二缠绕组的缠绕角度为87°，厚度为2mm。缠绕层2的厚度为100mm。预制体的直径为305mm。以预制体的重量为基准，玻璃纤维干纱的质量含量为70wt%。

下面详述绝缘子芯棒预制体和绝缘子芯棒的制备方法。

1）将拉挤内芯棒的外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层；并用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质。

2）将干纱缠绕至步骤1）处理后的内芯棒上形成预制体。

3）将步骤2）得到预制体置于真空注射成型模具中，合模后采用真空注射工艺进行注胶成型，真空注射成型模具的相对真空度保持在-0.085MPa，环氧树脂的注入速度为400g/min，环氧树脂的注入与回流时间为5h。

4）注胶完毕后，将真空注射成型模具的出胶口与入胶口封闭，放入固化炉中进行固化；固化制度为60℃固化4h，70℃固化5h，然后80℃固化5h。

5）固化完毕后，进行脱模、表面加工形成绝缘子产品。

将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

实施例2

采用直径为100mm，长度为2.5m的内芯棒替换实施例1的内芯棒；将实施例1中的第一缠绕组的缠绕角度替换为8°，第二缠绕组的缠绕角度替换为82°，其余条件和参数与实施例1相同，得到实施例2的绝缘子芯棒预制体。将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

比较例1

1）选取直径为105mm、长2.5m实心拉挤绝缘芯棒；将其外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层；并用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质。

2）第一次缠绕：缠绕前，用毛滚蘸缠绕用环氧树脂在实心拉挤绝缘芯棒表面涂刷环氧树脂。开始缠绕玻璃纤维，缠绕角度分为两种：5°、85°，两种角度的缠绕厚度占比为7:1。第一次缠绕至芯棒直径为220mm，停止缠绕。

3）第一次固化处理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。

4）第二次缠绕：将第一次固化处理后的芯棒外表面进行喷砂处理，去除外表面的富树脂层；并用酒精擦洗外表面，除去其表面杂质。开始第二次缠绕，缠绕角度分为两种：5°、85°，两种角度的缠绕厚度占比为7:1。第二次缠绕至芯棒直径为305mm，停止缠绕。

5）第二次固化处理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。

6)将第二次固化处理后的芯棒进行车加工，将芯棒直径车加工为305mm。

将所得产品进行性能测试，结果参见表1。

表1

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (6)

1.一种绝缘子芯棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)表面处理步骤：将内芯棒的外表面进行喷砂处理，然后采用易挥发的有机溶剂进行表面处理，从而形成表面处理后的内芯棒；所述喷砂处理所采用的压缩空气的压力为0.5～1.0MPa，所述喷砂处理的时间为30～60min；

2)缠绕步骤：将干纱直接缠绕在表面处理后的内芯棒上形成缠绕层，从而得到预制体，所述的预制体包括内芯棒和缠绕在该内芯棒外表面的唯一缠绕层；所述的干纱为未浸渍树脂的玻璃纤维，其纤度为1000～2000tex；所述的缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为6°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为82°～83°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为3.5～4.5:1；所述第一缠绕组的厚度为8～10mm，所述第二缠绕组的厚度为1.5～2mm；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；所述缠绕层的厚度为90～150mm；其中，所述内芯棒与所述缠绕层之间不设置粘结层；以所述预制体的重量为基准，所述干纱的质量含量为65wt％～80wt％；

3)真空注射成型步骤：将所述预制体置于成型模具中，利用真空注射成型工艺将环氧树脂注入所述的成型模具中以逐渐浸渍所述预制体，从而得到浸渍体；所述成型模具的相对真空度保持在-0.08～-0.1MPa，环氧树脂的注入速度为250～650g/min，环氧树脂的注入与回流时间为2～6h；其中，所述的环氧树脂包括100重量份的湖南省岳阳巴陵石化化工公司生产的CYD-128环氧树脂、70～80重量份的甲基四氢苯酐固化剂、0.8～1.0重量份的嘉兴联兴化工新材料有限公司生产的DMP-30促进剂和0.2～0.3重量份的德国毕克化学公司生产的BYK-A530消泡剂；

4)固化步骤：将含所述浸渍体的成型模具封闭，并置于固化装置进行固化过程，所述的固化过程分为三个阶段，第一阶段为在57～60℃下固化4～5h，第二阶段为在67～70℃下固化5～6h，第三阶段为在77～80℃下固化5～6h。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述缠绕层包含8～25个第一缠绕组和8～25个第二缠绕组。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的缠绕层的厚度为90～130mm，所述的内芯棒的直径为80～150mm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预制体的直径为280～350mm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的内芯棒的外表面具有螺纹，所述螺纹的深度为0.3mm～0.6mm，所述螺纹的螺距为1.5mm～5.5mm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述易挥发的有机溶剂选自丙酮、酒精、甲醇、***、氯仿的一种或多种。