CN105419229A - 一种空心复合绝缘子用缠绕管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心复合绝缘子用缠绕管及其制备方法，该缠绕管是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂80～120份、固化剂50～80份、稀释剂5～10份、促进剂2～5份、消泡剂0.1～0.5份；所述稀释剂为环氧丙烷丁基醚；所述缠绕管的含胶量为25％～30％。本发明的空心复合绝缘子用缠绕管，环氧树脂胶具有合适的粘度和流动性，与玻璃纤维的结合性能好，多股玻璃纤维浸胶后容易挂胶并形成纤维纱片，提高缠绕效率；环氧树脂胶固化后与玻璃纤维形成的缠绕管强度高，致密性和气密性好，且具有良好的绝缘性能；含胶量适中，具有良好的机械性能和耐电击穿性能。

Description

一种空心复合绝缘子用缠绕管及其制备方法

技术领域

本发明属于电气设备技术领域，具体涉及一种空心复合绝缘子用缠绕管及其制备方法。

背景技术

绝缘子是高压电网及输送线路中的关键部件之一，其性能的好坏将直接影响高压电网的安全运行。目前使用的高压绝缘子有瓷绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子三大类。其中，复合绝缘子与瓷绝缘子、玻璃绝缘子相比，具有下列优点：重量轻、防震性好、抗污能力强、防爆性能优异、使用寿命长、疏水性好、使用范围广、维护费用低、生产成本低、产品交运时间短、无零值、抗紫外线性能强，因此，复合绝缘子自投放市场以来备受用户欢迎，得到快速发展。

复合绝缘子是由芯棒、伞群和金具三部分构成，芯棒采用强度高的玻璃钢(玻璃纤维增强树脂)制成，既是承力件也是内绝缘件。复合绝缘子按玻璃钢芯棒的不同可分为实心和空心两种，实心玻璃钢芯棒一般采用引拔法生产，主要用于高压架空线路中；空心玻璃钢芯棒一般采用缠绕法成型，主要用于站内绝缘子，如互感器、高压开关及断路器等，称为空心复合绝缘子。与传统的瓷绝缘子及玻璃绝缘子相比，空心复合绝缘子具有质量轻、耐污闪能力强、制造工艺简单等优点，近几十年来发展十分迅速。空心玻璃钢芯棒作为空心复合绝缘子的芯体部件，承受着主要的机械应力、电应力，因此，对空心复合绝缘子用芯棒来说，要求其具备很好的机械性能、耐电击穿性能。

目前，制作空心复合绝缘管芯棒的方法有两大类：玻璃纤维湿法缠绕成型、真空浸渍的玻璃布带缠绕成型。其中玻璃纤维湿法缠绕成型成本低，操作简便，但是其制备的缠绕管还不能满足使用中对机械性能和耐电击穿性能的要求。

现有技术中，CN100354988C公开了一种用玻璃纤维浸渍树脂基缠绕式复合绝缘子芯棒的制备方法，包括按重量比称取树脂基浸渍组合物，包括树脂、固化剂、促进剂，三者的重量比为90-120:80-90:1，所述树脂为环氧树脂，所述固化剂为甲基四氢苯酐，所述促进剂为S-440；将纱锭的一端通过树脂基胶槽将玻璃纤维环氧缠绕纱单丝放入熔化后的树脂基溶液中，然后把单丝的一端固定在金属环上；开启缠绕机按事先设定的程序工作，缠绕完毕后，连同缠绕工装件一同放到固化炉进行固化；然后等温度自动降至常温后卸下工装件、脱模，即完成整个工序。该缠绕式复合绝缘子芯棒结构简单，生产成本低。但是其在缠绕时采用的是单丝缠绕的形式，单位产品的生产时间过长，生产效率低下；单丝很容易产生断纱的问题，影响最终产品的成品率和机械强度；同时，单丝浸胶的挂胶量不好控制，往往挂胶量较低，造成最终产品中纤维空隙率增加，制品的气密性、防老化性能及机械强度等达不到使用的要求，同时也影响其耐电击穿性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心复合绝缘子用缠绕管，具有良好的机械性能和耐电击穿性能。

本发明的另一个目的是提供一种空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种空心复合绝缘子用缠绕管，该缠绕管是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂80～120份、固化剂50～80份、稀释剂5～10份、促进剂2～5份、消泡剂0.1～0.5份；所述稀释剂为环氧丙烷丁基醚；所述缠绕管的含胶量为25％～30％。

所述含胶量是指环氧树脂胶固化后占整个缠绕管的质量百分比(环氧树脂胶在固化前后质量不会发生较大变化)。本发明的缠绕管的含胶量(固化后)为25％～30％；余量为玻璃纤维。

所述环氧树脂为E51型环氧树脂。优选的，所述环氧树脂为中石化巴陵石化提供的EPCYD-128环氧树脂。

所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻纱。优选的，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻粗纱。

所述固化剂为甲基四氢苯酐。所述固化剂的凝胶化温度为120～140℃，后固化温度为140～160℃。优选的，所述固化剂为嘉兴联兴化工新材料有限公司提供的JHY906固化剂(甲基四氢苯酐)。

所述稀释剂为活性稀释剂660(市售商品)。

所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。所述促进剂为DMP-30(市售商品)。

所述消泡剂为有机硅消泡剂。所述消泡剂优选BYKA530消泡剂。

所述环氧树脂胶是将配方量的环氧树脂、固化剂、稀释剂、促进剂和消泡剂混合后制成的；所述环氧树脂胶的粘度为0.35～0.45Pa·s(浸胶时控制粘度)。所述缠绕管是由浸渍环氧树脂胶的多股玻璃纤维形成的纤维纱片缠绕固化形成的。

本发明的空心复合绝缘子用缠绕管，是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，环氧树脂胶在环氧树脂、固化剂、促进剂基础上加入稀释剂、消泡剂复配，具有合适的粘度和流动性，与玻璃纤维的结合性能好，多股玻璃纤维浸胶后容易挂胶并形成纤维纱片，固化后与玻璃纤维形成的缠绕管强度高，致密性和气密性好，且具有良好的绝缘性能；该缠绕管的含胶量适中，具有良好的机械性能和耐电击穿性能，满足电力电网、变电站对于空心复合绝缘子用缠绕管的使用要求。

一种上述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，包括下列步骤：

1)配胶：取配方量的环氧树脂、固化剂、稀释剂、促进剂和消泡剂混合均匀制成环氧树脂胶，将环氧树脂胶置入恒温的胶槽中；

2)模具处理：取芯模，在芯模表面涂上脱模剂；

3)浸胶缠绕：将多股玻璃纤维无捻纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成纤维纱片，引出纤维纱片在芯模端头固定后，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，缠绕角度为52°～56°，缠绕张力为1.1～2kN，缠绕速度为1.0～1.5m/s；缠绕结束后在外侧缠上一层薄膜保护带，得半成品；

4)固化：将步骤3)所得半成品进行固化后脱模，即得。

步骤1)中，所述胶槽的温度为60℃。所述环氧树脂胶的粘度控制在0.35～0.45Pa·s。

步骤1)中，所述环氧树脂胶在置入胶槽之前进行预热；所述预热是指将环氧树脂胶在50℃条件下保温预热8h。

步骤2)中，所述脱模剂为美国AXEL公司的818液体脱模剂。所述脱模剂的涂覆方法为喷涂或用软布蘸脱模剂，在芯模表面擦拭涂覆均匀。

步骤3)中，所述玻璃纤维无捻纱在使用之前经过烘干处理；所述烘干处理是在60～80℃条件下烘干24h。玻璃纤维表面含有水分，不仅影响树脂基材与玻璃纤维之间的粘接性能，同时将引起应力腐蚀，使微裂纹等缺陷进一步扩展，从而引起制品的强度和耐老化性能下降，因此玻璃纤维在使用之前经过烘干处理。

步骤3)的缠绕过程中，以纤维纱片铺满芯模表面为一层纤维层，从内向外一层一层缠绕；缠绕层数依据要求的厚度设定。

步骤3)的缠绕过程中，丝嘴距芯模表面的距离H设置为40～60mm；纱团数设置为14～20团纱。纤维纱片的宽度依据纱团数设定。

步骤3)中，将9～12股玻璃纤维无捻纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成宽度为14～20mm的纤维纱片。

步骤3)中，以纤维纱片铺满芯模为一层纤维层，内层纤维层的缠绕角度为52°～56°，最外两层纤维层的缠绕角度为90°。缠绕过程中，封头停留角为120°。

缠绕过程中需控制缠绕参数：缠绕张力依据芯模结构、增强纤维强度、胶液粘度及芯模是否加热而定，本发明的缠绕张力为1.1～2kN。本发明的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法为湿法缠绕，缠绕速度(出纱速度)受到纤维浸胶过程的限制，为1.0～1.5m/s；当缠绕速度(出纱速度)过快时，芯模转速很高，会出现树脂胶液在离心力作用下从缠绕结构中向外迁移和溅洒的想象，制品中胶液的分布和含量无法控制，影响最终产品的性能。

缠绕过程中注意控制胶含量、纱架出纱线是否有断纱现象。

玻璃纤维浸胶含量的高低及其分步对制品性能影响很大，直接影响制品的重量级厚度；含胶量过高，制品的复合强度降低；含胶量过低，制品里的纤维空隙率增加，使制品的气密性、防老化性能及剪切强度下降，同时也影响纤维强度的发挥。因此，纤维浸胶过程必须严格控制，使所得缠绕管的含胶量为25％～30％(质量百分比)。纤维含胶量是在纤维浸胶过程中进行控制的。浸胶过程是树脂胶液涂覆或浸挂在增强纤维表面，之后胶液向增强纤维内部扩散和渗透，这两个阶段是同时进行的。浸胶过程中，影响纤维含胶量的因素很多，如纤维规格、胶液粘度、缠绕张力、缠绕速度、刮胶机构、操作温度等，其中胶液粘度、缠绕张力、缠绕速度最重要。

所述薄膜保护带为聚酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。在最外侧缠上一层薄膜保护带的作用是防止未固化的树脂滴落。

固化过程是保证缠绕制品充分固化的重要条件，直接影响缠绕制品的性能及质量，加热固化可提高化学反应速度，缩短固化时间，缩短生产周期、提高生产效率。加热固化比常温固化的缠绕制品强度至少可提高20％～30％。

步骤4)中，所述固化为分阶段固化，所述分阶段固化是指将所述半成品依次在90℃条件下保温90min、120℃条件下保温150min、160℃条件下保温30min。

本发明的空心复合绝缘子用缠绕管制备方法，包括配胶、模具处理、浸胶缠绕和固化、脱模的步骤，浸胶缠绕步骤是将多股玻璃纤维无捻纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成纤维纱片，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，相对于单丝缠绕，大大缩短了单个制品的生产周期，生产效率高；将缠绕速度控制在合适的范围内，防止芯模转速太高而导致的胶液向外迁移和间洒的情况，同时几乎无断纱现象，成品率高；通过合理控制各步骤的操作和技术参数，所得制品含胶量适中，致密性好，复合强度高，提高了制品的气密性、防老化性能、耐电击穿性能和机械强度，满足电力电网、变电站对于空心复合绝缘子用缠绕管的使用要求，具有良好的经济效益；该制备方法工艺简单，操作方便，稳定可靠，易于自动化控制，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

具体实施方式中，所述环氧树脂为中石化巴陵石化提供的EPCYD-128环氧树脂；甲基四氢苯酐由嘉兴联兴化工新材料有限公司提供；脱模剂为美国AXEL公司的818液体脱模剂。

实施例1

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管，是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂80份、甲基四氢苯酐65份、环氧丙烷丁基醚10份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚3份、BYKA530消泡剂0.5份；所述缠绕管的含胶量为25％(质量百分比)。所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻纱。

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，工艺流程如图1所示，包括下列步骤：

1)配胶：取配方量的E51型环氧树脂、甲基四氢苯酐、环氧丙烷丁基醚、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和BYKA530消泡剂混合均匀制成环氧树脂胶，将所述环氧树脂胶在50℃条件下保温预热8h后，置入60℃恒温的胶槽中；所述环氧树脂胶的粘度控制在0.35Pa·s；

2)模具处理：取芯模，在芯模表面涂上脱模剂；

3)浸胶缠绕：选用12团无碱玻璃纤维无捻粗纱团，无碱玻璃纤维无捻粗纱使用前在60℃条件下烘干24h；

从纤维架上引出12股无碱玻璃纤维无捻粗纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成宽度为20mm的纤维纱片，引出纤维纱片在芯模端头缠绕3圈固定；丝嘴距芯模表面的距离H设置为60mm；

开启缠绕装置，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，保证纤维铺满模具表面，缠绕张力为2kN，缠绕速度为1.0m/s；以纤维纱片铺满芯模表面为一层纤维层，从内向外一层一层缠绕，内层纤维层的缠绕角度为54°，最外两层纤维层的缠绕角度为90°，封头停留角为120°；缠绕过程中注意刮胶，控制胶含量；

缠绕结束后在外侧缠上一层聚酯薄膜保护带，防止未固化的胶液滴落，得半成品；

4)固化：将步骤3)所得半成品置于固化炉中进行分阶段固化，所述分阶段固化是指将所述半成品依次在90℃条件下保温90min、120℃条件下保温150min、160℃条件下保温30min，后冷却；

冷却后用脱模机脱模，即得。

实施例2

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管，是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂100份、甲基四氢苯酐80份、环氧丙烷丁基醚5份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚2份、BYKA530消泡剂0.3份：所述缠绕管的含胶量为27％(质量百分比)。所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻粗纱。

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，工艺流程图同实施例1，包括下列步骤：

1)配胶：取配方量的E51型环氧树脂、甲基四氢苯酐、环氧丙烷丁基醚、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和BYKA530消泡剂混合均匀制成环氧树脂胶，将所述环氧树脂胶在50℃条件下保温预热8h后，置入60℃恒温的胶槽中；所述环氧树脂胶的粘度控制在0.40Pa·s；

2)模具处理：取芯模，在芯模表面涂上脱模剂；

3)浸胶缠绕：选用10团无碱玻璃纤维无捻粗纱团，无碱玻璃纤维无捻粗纱使用前在70℃条件下烘干24h；

从纤维架上引出10股无碱玻璃纤维无捻粗纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成宽度为16mm的纤维纱片，引出纤维纱片在芯模端头缠绕5圈固定；丝嘴距芯模表面的距离H设置为50mm；

开启缠绕装置，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，保证纤维铺满模具表面，缠绕张力为1.5kN，缠绕速度为1.3m/s；以纤维纱片铺满芯模表面为一层纤维层，从内向外一层一层缠绕，内层纤维层的缠绕角度为56°，最外两层纤维层的缠绕角度为90°，封头停留角为120°；缠绕过程中注意刮胶，控制胶含量；

缠绕结束后在外侧缠上一层聚酯薄膜保护带，防止未固化的胶液滴落，得半成品；

4)固化：将步骤3)所得半成品置于固化炉中进行分阶段固化，所述分阶段固化是指将所述半成品依次在90℃条件下保温90min、120℃条件下保温150min、160℃条件下保温30min，后冷却；

冷却后用脱模机脱模，即得。

实施例3

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管，是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂120份、甲基四氢苯酐50份、环氧丙烷丁基醚8份、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚5份、BYKA530消泡剂0.1份；所述缠绕管的含胶量为30％(质量百分比)。所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维无捻粗纱。

本实施例的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，工艺流程如图1所示，包括下列步骤：

1)配胶：取配方量的E51型环氧树脂、甲基四氢苯酐、环氧丙烷丁基醚、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚和BYKA530消泡剂混合均匀制成环氧树脂胶，将所述环氧树脂胶在50℃条件下保温预热8h后，置入60℃恒温的胶槽中；所述环氧树脂胶的粘度控制在0.45Pa·s；

2)模具处理：取芯模，在芯模表面涂上脱模剂；

3)浸胶缠绕：选用9团无碱玻璃纤维无捻粗纱团，无碱玻璃纤维无捻粗纱使用前在80℃条件下烘干24h；

从纤维架上引出9股无碱玻璃纤维无捻粗纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成宽度为14mm的纤维纱片，引出纤维纱片在芯模端头缠绕7圈固定；丝嘴距芯模表面的距离H设置为40mm；

开启缠绕装置，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，保证纤维铺满模具表面，缠绕张力为1.1kN，缠绕速度为1.5m/s；以纤维纱片铺满芯模表面为一层纤维层，从内向外一层一层缠绕，内层纤维层的缠绕角度为52°，最外两层纤维层的缠绕角度为90°，封头停留角为120°；缠绕过程中注意刮胶，控制胶含量；

缠绕结束后在外侧缠上一层聚四氟乙烯薄膜保护带，防止未固化的胶液滴落，得半成品；

4)固化：将步骤3)所得半成品置于固化炉中进行分阶段固化，所述分阶段固化是指将所述半成品依次在90℃条件下保温90min、120℃条件下保温150min、160℃条件下保温30min，后冷却；

冷却后用脱模机脱模，即得。

实验例

本实验例对实施例1-3所得空心复合绝缘子用缠绕管的性能进行检测，结果如表1所示。

表1实施例1-3所得空心复合绝缘子用缠绕管的性能检测结果

项目

实施例1

实施例2

实施例3

纤维质量含量	75％	73％	70％
				吸水率/％	0.0611	0.0526	0.0489
弯曲强度/MPa	134	125	119
				体积电阻率/Ω·cm	3.9×1013	4.4×1013	5.1×1013
密度g/cm3	2.05	1.99	1.91

从表1可以看出，实施例1-3所得空心复合绝缘子用缠绕管的吸水率为0.0489％～0.0611％，弯曲强度为119～134MPa，体积电阻率为(3.9～5.1)×10¹³Ω·cm。实验结果表明，本发明的空心复合绝缘子用缠绕管含胶量适中，致密性和气密性好，具有良好的机械性能和绝缘性能，满足电力电网、变电站对于空心复合绝缘子用缠绕管的使用要求。

Claims (10)

1.一种空心复合绝缘子用缠绕管，其特征在于：该缠绕管是由浸渍环氧树脂胶的玻璃纤维缠绕固化形成的，所述环氧树脂胶由以下重量份数的原料组成：环氧树脂80～120份、固化剂50～80份、稀释剂5～10份、促进剂2～5份、消泡剂0.1～0.5份；所述稀释剂为环氧丙烷丁基醚；所述缠绕管的含胶量为25％～30％。

2.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子用缠绕管，其特征在于：所述环氧树脂为E51型环氧树脂。

3.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子用缠绕管，其特征在于：所述固化剂为甲基四氢苯酐。

4.根据权利要求1所述的空心复合绝缘子用缠绕管，其特征在于：所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

5.一种如权利要求1所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)配胶：取配方量的环氧树脂、固化剂、稀释剂、促进剂和消泡剂混合均匀制成环氧树脂胶，将环氧树脂胶置入恒温的胶槽中；

2)模具处理：取芯模，在芯模表面涂上脱模剂；

3)浸胶缠绕：将多股玻璃纤维无捻纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成纤维纱片，引出纤维纱片在芯模端头固定后，将纤维纱片持续缠绕在芯模上，缠绕角度为52°～56°，缠绕张力为1.1～2kN，缠绕速度为1.0～1.5m/s；缠绕结束后在外侧缠上一层薄膜保护带，得半成品；

4)固化：将步骤3)所得半成品进行固化后脱模，即得。

6.根据权利要求5所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述胶槽的温度为60℃。

7.根据权利要求5所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：步骤3)中，将9～12股玻璃纤维无捻纱穿过胶槽使纤维浸胶并形成宽度为14～20mm的纤维纱片。

8.根据权利要求5所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：步骤3)中，以纤维纱片铺满芯模表面为一层纤维层，内层纤维层的缠绕角度为52°～56°，最外两层纤维层的缠绕角度为90°。

9.根据权利要求5所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：所述薄膜保护带为聚酯薄膜或聚四氟乙烯薄膜。

10.根据权利要求5所述的空心复合绝缘子用缠绕管的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述固化为分阶段固化，所述分阶段固化是指将所述半成品依次在90℃条件下保温90min、120℃条件下保温150min、160℃条件下保温30min。