絕緣子芯棒預制體及絕緣子的制作方法

本實用新型涉及一種電力行業輸變電用絕緣子芯棒預制體及絕緣子，尤其涉及一種大直徑的絕緣子芯棒預制體及絕緣子。
背景技術：
：隨著特高壓線路在我國逐年的增多，輸變電用支柱絕緣子的用量也隨之增加。現有輸變電用的支柱絕緣子包括：全瓷型、瓷芯加硅橡膠傘裙型、復合材料內芯外加硅橡膠傘裙型。全瓷支柱絕緣子存在重量重，容易出現斷裂和脆斷，電壓等級提高后長度加大等缺陷。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，產生氣泡的現象，影響產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芯棒結構存在粘接層過多，在芯棒的橫截面積中占據了較大的面積比例，固化過程中內部產生較大的內應力，應力不均導致內部產生裂紋等缺陷，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。CN101740185A公開了大直徑復合絕緣子內芯棒的制備方法：選取實心拉擠絕緣芯棒直徑≤130mm；芯棒外表面加工粗糙，外表面用丙酮擦洗干凈，放入烘箱中恒溫；棒外表面再涂覆2％的無水酒精溶液，再放入烘箱中恒溫1小時；樹脂膠的配置按比例稱重并倒入真空攪拌器內真空攪拌20分鐘，靜置50分鐘；將處理的內芯棒安裝到數控纏繞機上開始纏繞，待纏繞機纏繞到設計尺寸；然后抽真空注入樹脂膠；注膠完畢關閉兩端閥門放入固化爐中加溫階梯固化。上述方法仍然采用纏繞方式進行制備芯棒，使得玻璃纖維與內芯棒軸向存在較大夾角，最終產品的強度和剛度不高。此外，上述方法的表面處理工序冗長、固化工序不合理，仍然有進一步改進的空間。此外，傳統的復合支柱絕緣子芯棒通常包括多個纖維層，各個纖維層之間通過環氧樹脂固化結合在一起，但是各個纖維層之間存在界面，導致各個纖維層之間容易發生滑移，從而影響絕緣子芯棒的彎曲性能。因此，迫切需要一種絕緣子芯棒預制體，其可以用于生產出彎曲性能得到提高的復合支柱絕緣子。技術實現要素：本實用新型的一個目的在于提供一種絕緣子芯棒預制體，其可以用于生產出彎曲性能高的復合支柱絕緣子。本實用新型的另一個目的在于提供一種絕緣子，其彎曲性能高。本申請采用如下技術方案實現了上述目的。本實用新型提供一種絕緣子芯棒預制體，所述絕緣子芯棒預制體包括內芯棒和在該內芯棒外表面形成的三維編織層；所述的內芯棒的直徑為50～200mm，所述的三維編織層的厚度為80～120mm；所述三維編織層的表面編織角α為1～90°，花節長度h為0.1～50mm；所述的表面編織角α是指玻璃纖維在三維編織層表面與三維編織層縱向之間的夾角，所述的花節長度h是指一個編織循環所編織出的三維編織層的長度。在本實用新型中，α為表面編織角，h為花節長度。表面編織角是指紗線(例如玻璃纖維)在編織物表面與編織物縱向或編織物的成型方向之間的夾角；花節長度是指一個編織循環所編織出的編織物的長度(參見圖1和2)。表面編織角和花節長度是兩個重要的參數，它們可以控制三維編織物的內部編織角，從而控制紗線的走向，控制編織物和復合材料的纖維體積含量和復合材料不同方向的性能。根據本實用新型的絕緣子芯棒預制體，優選地，所述的表面編織角α為15～60°，花節長度h為1～5mm。根據本實用新型的一個實施方式，所述的表面編織角α為20～45°，花節長度h為2～5mm。將表面編織角和花節長度限制在上述范圍內，可以更有效地提高絕緣子芯棒的彎曲性能。根據本實用新型的絕緣子芯棒預制體，優選地，所述的內芯棒的直徑為80～130mm，所述的三維編織層的厚度為85～110mm。根據本實用新型的一個實施方式，所述的內芯棒的直徑為100～105mm，所述的三維編織層的厚度為90～100mm。根據本實用新型的絕緣子芯棒預制體，優選地，所述的內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1mm～6mm。根據本實用新型的一個實施方式，所述螺紋的深度為0.5mm～0.55mm，所述螺紋的螺距為3.5mm～5.5mm。根據本實用新型的絕緣子芯棒預制體，優選地，所述預制體的直徑為270～350mm。根據本實用新型的一個實施方式，所述預制體的直徑為280～300mm。本實用新型還提供一種復合支柱絕緣子，該復合支柱絕緣子包括上述絕緣子芯棒預制體。本實用新型的絕緣子芯棒預制體經過樹脂澆注和固化之后形成絕緣子芯棒，然后在絕緣子芯棒外側設置傘裙結構，即可獲得復合支柱絕緣子。在本實用新型中，三維編織層主要由玻璃纖維編織而成，還可以含有其他高強度纖維，例如芳綸纖維、碳纖維、超高強聚乙烯纖維、碳化硅纖維等。根據本實用新型的一個具體實施方式，所述三維編織層僅由玻璃纖維編織而成。所述的玻璃纖維的纖度可以為500～9600tex；優選地，所述的玻璃纖維的纖度為1000～2000tex；更優選地，所述的玻璃纖維的纖度為1100～1800tex。在本實用新型中，所述三維編織層包括玻璃纖維經紗，所述玻璃纖維經紗與所述內芯棒的中心軸之間的夾角為0～3°；優選為0～1°。本實用新型的經紗具有通常的含義，但不包括接結紗線或固接紗線。在本實用新型中，以所述預制體的重量為基準，所述三維編織層布占65wt％～80wt％，更優選為70wt％～75wt％。在本實用新型中，所述的內芯棒為拉擠內芯棒。本實用新型的述絕緣子芯棒預制體通過如下方法制備：1)表面處理步驟：將內芯棒的外表面進行噴砂處理，然后采用易揮發的有機溶劑進行表面處理，從而形成表面處理后的內芯棒；所述噴砂處理所采用的壓縮空氣的壓力為0.4～1.0MPa，所述噴砂處理的時間為20～60min；2)三維編織步驟：采用三維編織法在表面處理后的內芯棒上形成三維編織層，從而得到預制體；其中，所述的玻璃纖維的纖度為500～9600tex。根據本實用新型的絕緣子芯棒預制體的制備方法，優選地，所述易揮發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。本實用新型的絕緣子通過如下方法進行制備：(1)采用前述絕緣子芯棒預制體的制備方法獲得絕緣子芯棒預制體；(2)真空注射成型步驟：將所述絕緣子芯棒預制體置于成型模具中，利用真空注射成型工藝將環氧樹脂注入所述的成型模具中以逐漸浸漬所述絕緣子芯棒預制體，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，環氧樹脂的注入速度為250～650g/min，環氧樹脂的注入與回流時間為1.5～8h；(3)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。本實用新型在內芯棒的外表面形成三維編織層，防止了傳統結構的各個纖維層之間的滑移，進而提高了絕緣子芯棒的彎曲性能。本實用新型將表面編織角和花節長度控制在合適范圍，這樣進一步提高了絕緣子芯棒的彎曲性能。附圖說明圖1為編織物紗線在表面的交織示意圖；圖2為編織物紗線在內部的交織示意圖；圖3為本實用新型的實施例1的絕緣子芯棒的結構示意圖。附圖標記說明如下：1-內芯棒；2-三維編織層。具體實施方式下面結合具體實施例對本實用新型作進一步的說明，但本實用新型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：環氧樹脂配方：CYD-128環氧樹脂甲基四氫苯酐DMP-30促進劑BYK-A530消泡劑100重量份80重量份1.0重量份0.2重量份環氧樹脂的性能：在25℃的粘度小于500厘泊。環氧樹脂原料說明如下：編號名稱生產廠家1CYD-128環氧樹脂湖南省岳陽巴陵石化化工公司2甲基四氫苯酐北京前門化工原料有限公司3DMP-30促進劑嘉興聯興化工新材料有限公司4BYK-A530消泡劑德國畢克化學公司實施例1圖3為本實用新型的絕緣子芯棒預制體的結構示意圖。本實用新型的絕緣子芯棒預制體包括內芯棒1和三維編織層2。內芯棒1的外表面具有螺紋，所述螺紋的深度為0.5mm，螺距為3.5mm。內芯棒1為拉擠內芯棒。絕緣子芯棒預制體的直徑為305mm，內芯棒1的直徑為105mm，長度為2m；三維編織層2的厚度為100mm，幅寬為2m。通過玻璃纖維的三維編織法在內芯棒外1的外表面形成三維編織層2。表面編織角α為45°，花節長度h為3mm。玻璃纖維的纖度為1000tex。三維編織層2包括玻璃纖維經紗，玻璃纖維經紗與內芯棒1的中心軸之間的夾角為0°，以所述預制體的重量為基準，三維編織層2的重量占70wt％。下面詳述絕緣子芯棒預制體和絕緣子的制備方法。1)將拉擠內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。2)采用三維編織法在步驟1)得到的表面處理后的內芯棒上形成三維編織層，從而得到絕緣子芯棒預制體。3)將步驟2)得到絕緣子芯棒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，環氧樹脂的注入速度為400g/min，環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、設置傘裙形成絕緣子產品。將所得產品進行性能測試，結果參見表1。實施例2將采用直徑為100mm，長度為2m的內芯棒替換實施例1的內芯棒；采用纖度為2000tex的玻璃纖維替換實施例1的玻璃纖維，其余條件和參數與實施例1相同，得到實施例2的絕緣子芯棒預制體和絕緣子產品。將所得產品進行性能測試，結果參見表1。比較例11)選取直徑為105mm、長2m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。2)第一次纏繞：纏繞前，用毛滾蘸纏繞用環氧樹脂在實心拉擠絕緣芯棒表面涂刷環氧樹脂。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。3)第一次固化處理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。4)第二次纏繞：將第一次固化處理后的芯棒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。開始第二次纏繞，纏繞角度分為兩種：5°、85°，兩種角度的纏繞厚度占比為7:1。第二次纏繞至芯棒直徑為305mm，停止纏繞。5)第二次固化處理：70℃固化2h，90℃固化2h，然后120℃固化3h。6)將第二次固化處理后的芯棒進行車加工，將芯棒直徑車加工為305mm。將所得產品進行性能測試，結果參見表1。表1本實用新型并不限于上述實施方式，在不背離本實用新型的實質內容的情況下，本領域技術人員可以想到的任何變形、改進、替換均落入本實用新型的范圍。當前第1頁1 2 3