CN115558239A - 一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子 - Google Patents

一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子 Download PDF

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刘光辉
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Abstract

本发明公开了一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子，所述硬质材料为环氧树脂材料；所述环氧树脂材料包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、二氧化硅以及氢氧化铝填料。所述复合串联绝缘子包括硅橡胶复合绝缘子以及硬质复合绝缘子。所述硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子采用串联形式连接在一起。本发明的硬质材料保持了材料整体的耐热性、电绝缘性、硬度等性能，还兼顾了憎水性、抗机械冲击性、柔韧性等性能。采用该材料的硬质复合绝缘子与硅橡胶复合绝缘子采用串联组合的方式，从根本上解决了传统硅橡胶材质偏弱不耐鸟啄、传统硬质材料憎水性不稳定、柔韧性不足的难题。

Description

一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子
技术领域
本发明属于绝缘子技术领域，具体涉及一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子。
背景技术
随着电网的快速发展，输电线路规模日益增大，复合绝缘子得到了广泛的应用，是输电线路架线使用最为普遍的外绝缘设备，然而目前常用的硅橡胶复合绝缘子在机械性能、耐老化性能、界面性能方面存在不足，因绝缘子材质性能偏弱导致的绝缘子局部破损、老化、憎水性降低时有发生，长期运行潮湿大气放电所产生的酸液侵入芯棒玻璃纤维后，芯棒有局部发热甚至脆断、酥断的风险。随着硬质材料的改善，硬质材料在机械性能、耐老化性能、界面性能、防透水性能方面全面优于硅橡胶材料，能够有效提升绝缘子长期运行耐候性，但因工艺限制，目前主要应用于110kV及以下电压等级的绝缘子中，而110kV及以上电压等级线路没有类似材料的复合绝缘子，线路中常用的硅橡胶复合绝缘子易受到鸟类的啄食，从而造成绝缘子伞裙或者护套的损伤，导致密封的破坏，对线路安全运行产生影响，为解决高电压等级线路绝缘子防护性能不足的问题，设计多种复合串联绝缘子，提高绝缘子长期运行耐候性，有效防护绝缘子受鸟啄影响的同时，减少绝缘子局部发热导致的酥断、脆断等事故。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种绝缘子的硬质材料、制备方法及复合串联绝缘子。
本发明采用如下的技术方案：
一种绝缘子的硬质材料，所述硬质材料为环氧树脂材料；所述环氧树脂材料包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、二氧化硅以及氢氧化铝填料。
作为本发明的一种优选实施方式，所述环氧树脂由A材料以及B材料组成。
作为本发明的一种优选实施方式，所述A材料的占比为60％～90％，B材料的占比为10％～40％。
作为本发明的一种优选实施方式，按照重量计，所述环氧树脂占比为33％，固化剂占比为28％，增韧剂占比为2％，促进剂占比为1％，阻燃剂占比为1％，硅烷偶联剂占比为1％，二氧化硅占比为16％，氢氧化铝填料占比为18％。
作为本发明的一种优选实施方式，所述A材料为3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的组合。
作为本发明的一种优选实施方式，所述3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的摩尔比为1:1:1:1:7。
作为本发明的一种优选实施方式，所述B材料为聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的组合。
作为本发明的一种优选实施方式，所述聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的摩尔比约为2:1:1:2。
一种绝缘子的硬质材料的制备方法，所述制备方法用于制备如上所述的硬质材料。
作为本发明的一种优选实施方式，所述制备方法包括以下步骤：
步骤1，分别对环氧树脂、固化剂、二氧化硅、氢氧化铝进行预热处理，随后脱水处理1～3小时，去除其中的水分、气体和易挥发物质，预热温度为80～120℃，预热结束后各组分冷却至常温；
步骤2，将环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂按比例混合，搅拌15～30min至均匀，搅拌时温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
步骤3，依次按比例加入硅烷偶联剂、阻燃剂、氢氧化铝、二氧化硅，每加入一种组分前均需搅拌15～30min至混合均匀；
步骤4，对混合物进行搅拌脱气处理，搅拌时间为40～60min。
一种复合串联绝缘子，所述复合串联绝缘子包括硅橡胶复合绝缘子以及硬质复合绝缘子，且硬质复合绝缘子的硬质材料采用如上所述的硬质材料制成。
作为本发明的一种优选实施方式，所述硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子采用串联形式连接在一起。
作为本发明的一种优选实施方式，所述硅橡胶复合绝缘子包括第一芯棒、硅橡胶护套、第一伞裙、第一金具以及第一均压环。
作为本发明的一种优选实施方式，所述第一芯棒位于硅橡胶复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒的外部包裹有硅橡胶护套，硅橡胶护套的外侧设置有第一伞裙，第一伞裙为硅橡胶伞裙，所述第一金具位于第一芯棒的两端，所述第一均压环设置在第一金具的外侧，采用金属材质。
作为本发明的一种优选实施方式，所述硬质复合绝缘子包括第二芯棒、硬质护套、第二伞裙、第二金具以及第二均压环。
作为本发明的一种优选实施方式，所述第二芯棒位于硬质复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒的外部包裹有硬质护套，硬质护套的外侧设置有第二伞裙，第二伞裙为硅橡胶伞裙或硬质伞裙的其中一种，所述第二金具位于第二芯棒的两端，所述第二均压环设置在第二金具的外侧，采用金属材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开的硬质材料中的环氧树脂由A材料和B材料组成及硬质材料的制备方法，A材料是硬质材料的主要材料，保持了材料整体良好的耐热性、电绝缘性、硬度等性能，B材料是硬质材料的辅助材料，用以调节材料整体的憎水性、抗机械冲击性、柔韧性等性能；
(2)本发明采用硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子串联组合的方式，由于绝缘子受鸟啄等破坏影响主要在端部，在硅橡胶复合绝缘子端部设置硬质复合绝缘子，基于大幅改良了力学柔韧性和憎水性的硬质材料优点，和传统硅橡胶材料的优点，既满足复合绝缘子对耐热性能、绝缘性能、憎水性能、耐污闪性能的要求，又满足复合绝缘子高强度、抗鸟啄的要求，在复合绝缘子性能方面实现护套的硬度、抗机械冲击性能、憎水性、抗撕裂性能的有机统一，根本上解决了传统硅橡胶材质偏弱不耐鸟啄、传统硬质材料憎水性不稳定、柔韧性不足的难题，并且采用串联形式，适用于各电压等级，除防鸟啄性能优异外，可有效避免长期运行后局部发热、酥朽断裂问题，有效提高复合绝缘子长期运行耐候性；
(3)本发明具有多种硅橡胶材料和硬质材料组合的硬质复合绝缘子，以及多种硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子组合的结构形式，可根据不同环境的要求使用不同组合形式的复合串联绝缘子。
附图说明
图1是本发明的硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子的结构示意图；
图2是本发明一种复合串联绝缘子的第一种结构示意图；
图3是本发明一种复合串联绝缘子的第二种结构示意图；
图4是本发明一种复合串联绝缘子的第三种结构示意图；
图5是本发明一种复合串联绝缘子的第四种结构示意图；
图6是本发明一种复合串联绝缘子的第五种结构示意图；
图7是本发明一种复合串联绝缘子的第六种结构示意图；
图中：
1-第一芯棒；2-硅橡胶护套；3-第一伞裙；4-第一金具；5-第一均压环；6-第二芯棒；7-硬质护套；8-第二伞裙；9-第二金具；10-第二均压环。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
实施例一
一种绝缘子的硬质材料，该硬质材料为环氧树脂材料，环氧树脂材料包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、二氧化硅以及氢氧化铝填料。
按照重量计，环氧树脂占比为33％，固化剂占比为28％，增韧剂占比为2％，促进剂占比为1％，阻燃剂占比为1％，硅烷偶联剂占比为1％，二氧化硅占比为16％，氢氧化铝填料占比为18％。
环氧树脂由A材料以及B材料组成，所述A材料的占比为60％～90％，B材料的占比为10％～40％。
A材料为3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的组合。
3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的摩尔比为1:1:1:1:7。A材料具有较好的均一性和较高的玻璃化转变温度。
B材料为聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的组合。
聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的摩尔比约为2:1:1:2。
其中用聚醚树脂配制的聚氨酯胶黏剂具有良好的耐水性，抗冲击性和低温性。环氧树脂类由于分子链上含有刚性很大的苯环，导致分子链的柔顺性差、树脂的黏度很高。在应用时需加入较多的低分子活性稀释剂，以满足施工黏度和流变性能，固化剂中加入聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚可以有效提高柔韧性。环氧基聚醚可作为环氧树脂增韧剂应用，将其加入有机胺为固化剂的环氧树脂中，既能显著提高环氧树脂的韧性，又能保持环氧树脂固化物的透明性。
实施例二
一种绝缘子的硬质材料的制备方法，该制备方法用于制备上述的硬质材料，其包括以下步骤：
步骤1，分别对环氧树脂、固化剂、二氧化硅、氢氧化铝进行预热处理，随后脱水处理1～3小时，去除其中的水分、气体和易挥发物质，预热温度为80～120℃，预热结束后各组分冷却至常温；
步骤2，将环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂按比例混合，搅拌15～30min至均匀，搅拌时温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
步骤3，依次按比例加入硅烷偶联剂、阻燃剂、氢氧化铝、二氧化硅，每加入一种组分前均需搅拌15～30min至混合均匀；
步骤4，对混合物进行搅拌脱气处理，搅拌时间为40～60min。
实施例三
一种复合串联绝缘子，如图1所示，其包括硅橡胶复合绝缘子以及硬质复合绝缘子，且硬质复合绝缘子的硬质材料采用上述的硬质材料制成。
如图2-图7所示，硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子采用串联形式连接在一起。
硅橡胶复合绝缘子包括第一芯棒1、硅橡胶护套2、第一伞裙3、第一金具4以及第一均压环5。
第一芯棒1位于硅橡胶复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒1的外部包裹有硅橡胶护套2，硅橡胶护套2的外侧设置有第一伞裙3，第一伞裙3为硅橡胶伞裙，所述第一金具4位于第一芯棒1的两端，所述第一均压环5设置在第一金具4的外侧，采用金属材质。
硬质复合绝缘子包括第二芯棒6、硬质护套7、第二伞裙8、第二金具9以及第二均压环10。
第二芯棒6位于硬质复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒6的外部包裹有硬质护套7，硬质护套7的外侧设置有第二伞裙8，第二伞裙8为硅橡胶伞裙或硬质伞裙的其中一种，所述第二金具9位于第二芯棒6的两端，所述第二均压环10设置在第二金具9的外侧，采用金属材质。
图2所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子高压端设置硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子高压端护套受损问题，主要适用于绝缘子高压端鸟啄问题突出地区。
图3所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子高压端设置全硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子高压端护套与伞裙受损问题，主要适用于绝缘子高压端鸟啄问题突出，且防污闪需求相对较小地区。
图4所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子低压端设置硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子低压端护套受损问题，主要适用于绝缘子低压端鸟啄问题突出地区。
图5所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子低压端设置全硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子低压端护套与伞裙受损问题，主要适用于绝缘子低压端鸟啄问题突出，且防污闪需求相对较小地区。
图6所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子两端设置硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子低压端护套受损问题，主要适用于绝缘子两端鸟啄问题突出地区。
图7所示方案为通过串联的形式，在硅橡胶复合绝缘子两端设置全硬质复合绝缘子，有效防护绝缘子两端护套与伞裙受损问题，主要适用于绝缘子两端鸟啄问题突出，且防污闪需求相对较小地区。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开的硬质材料中的环氧树脂由A材料和B材料组成及硬质材料的制备方法，A材料是硬质材料的主要材料，保持了材料整体良好的耐热性、电绝缘性、硬度等性能，B材料是硬质材料的辅助材料，用以调节材料整体的憎水性、抗机械冲击性、柔韧性等性能；
(2)本发明采用硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子串联组合的方式，由于绝缘子受鸟啄等破坏影响主要在端部，在硅橡胶复合绝缘子端部设置硬质复合绝缘子，基于大幅改良了力学柔韧性和憎水性的硬质材料优点，和传统硅橡胶材料的优点，既满足复合绝缘子对耐热性能、绝缘性能、憎水性能、耐污闪性能的要求，又满足复合绝缘子高强度、抗鸟啄的要求，在复合绝缘子性能方面实现护套的硬度、抗机械冲击性能、憎水性、抗撕裂性能的有机统一，根本上解决了传统硅橡胶材质偏弱不耐鸟啄、传统硬质材料憎水性不稳定、柔韧性不足的难题，并且采用串联形式，适用于各电压等级，除防鸟啄性能优异外，可有效避免长期运行后局部发热、酥朽断裂问题，有效提高复合绝缘子长期运行耐候性；
(3)本发明具有多种硅橡胶材料和硬质材料组合的硬质复合绝缘子，以及多种硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子组合的结构形式，可根据不同环境的要求使用不同组合形式的复合串联绝缘子。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述硬质材料为环氧树脂材料；
所述环氧树脂材料包括环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂、阻燃剂、硅烷偶联剂、二氧化硅以及氢氧化铝填料。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述环氧树脂由A材料以及B材料组成；
所述A材料的占比为60％～90％，B材料的占比为10％～40％。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
按照重量计，所述环氧树脂占比为33％，固化剂占比为28％，增韧剂占比为2％，促进剂占比为1％，阻燃剂占比为1％，硅烷偶联剂占比为1％，二氧化硅占比为16％，氢氧化铝填料占比为18％。
4.根据权利要求2所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述A材料为3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的组合。
5.根据权利要求4所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述3，4-环氧环己基甲酸-3’，4’-环氧环己基甲酯、双((3，4-环氧环己基)甲基)己二酸酯、3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯和己内酯的聚合产物、环己烷-1，2-二羧酸二缩水甘油酯、氢化双酚A环氧树脂的摩尔比为1:1:1:1:7。
6.根据权利要求2所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述B材料为聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的组合。
7.根据权利要求2所述的一种绝缘子的硬质材料，其特征在于：
所述聚醚多元醇、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、端环氧聚醚的摩尔比约为2:1:1:2。
8.一种绝缘子的硬质材料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法用于制备如权利要求1至权利要求7任意一项所述的硬质材料；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤1，分别对环氧树脂、固化剂、二氧化硅、氢氧化铝进行预热处理，随后脱水处理1～3小时，去除其中的水分、气体和易挥发物质，预热温度为80～120℃，预热结束后各组分冷却至常温；
步骤2，将环氧树脂、固化剂、增韧剂、促进剂按比例混合，搅拌15～30min至均匀，搅拌时温度控制在20～40℃之间，相对湿度保持在60％RH以下；
步骤3，依次按比例加入硅烷偶联剂、阻燃剂、氢氧化铝、二氧化硅，每加入一种组分前均需搅拌15～30min至混合均匀；
步骤4，对混合物进行搅拌脱气处理，搅拌时间为40～60min。
9.一种复合串联绝缘子，其特征在于：
所述复合串联绝缘子包括硅橡胶复合绝缘子以及硬质复合绝缘子，且硬质复合绝缘子的硬质材料采用如权利要求1至权利要求7任意一项所述的硬质材料制成；
所述硅橡胶复合绝缘子和硬质复合绝缘子采用串联形式连接在一起。
10.根据权利要求9所述的一种复合串联绝缘子，其特征在于：
所述硅橡胶复合绝缘子包括第一芯棒(1)、硅橡胶护套(2)、第一伞裙(3)、第一金具(4)以及第一均压环(5)；
所述第一芯棒(1)位于硅橡胶复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒(1)的外部包裹有硅橡胶护套(2)，硅橡胶护套(2)的外侧设置有第一伞裙(3)，第一伞裙(3)为硅橡胶伞裙，所述第一金具(4)位于第一芯棒(1)的两端，所述第一均压环(5)设置在第一金具(4)的外侧，采用金属材质；
所述硬质复合绝缘子包括第二芯棒(6)、硬质护套(7)、第二伞裙(8)、第二金具(9)以及第二均压环(10)；
所述第二芯棒(6)位于硬质复合绝缘子的中心位置，由玻璃纤维和环氧树脂材质制成，第一芯棒(6)的外部包裹有硬质护套(7)，硬质护套(7)的外侧设置有第二伞裙(8)，第二伞裙(8)为硅橡胶伞裙或硬质伞裙的其中一种，所述第二金具(9)位于第二芯棒(6)的两端，所述第二均压环(10)设置在第二金具(9)的外侧，采用金属材质。
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