[发明专利]轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备用复合绝缘子领域，尤其涉及一种支柱复合绝缘子的内绝缘复合材料棒及其制备方法。

背景技术

支柱绝缘子是高压隔离开关、母线支撑、电抗器支撑等电力设备用关键部件，目前大多为陶瓷制品。这种陶瓷支柱绝缘子属高能耗产品，其重量重、易损易破、抗震能力低、且运行过程还有爆炸危险。近年来出现了复合支柱绝缘子，但复合支柱绝缘子的抗弯性能无法与瓷支柱绝缘子媲美。为了解决复合支柱绝缘子的抗弯性能和弯曲偏移问题，人们大多采用大直径实心无碱玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料棒为内绝缘，而这种大直径实心环氧玻璃钢棒在成型过程中存在的开裂问题难以彻底解决；同时大直径实心复合环氧玻璃钢棒的成型工艺过程还面临步骤多、难度大、周期长及成本高的缺陷，这也成为影响复合支柱绝缘子推广的重要障碍。

对于高电压等级的复合支柱绝缘子而言，由于其尺寸较大，实心环氧玻璃钢棒无法拉挤成型，目前大多采用空心无碱玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料筒作为内绝缘构件，运行时内部充填一定压力的绝缘气体。采用这种方法会带来诸如密封、监测、补气等附加工作，绝缘子的可靠性难以保证，且存在安全隐患。为此，目前还存在采用内部填充液态或固态绝缘介质的方法，但液态绝缘介质同样存在密封困难、制造成本高等问题，而固态绝缘介质存在填充物与绝缘筒内壁结合面的处理问题，结合面处理不好，可能导致内部击穿。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种质量轻、抗弯性能高、弯曲偏移小、机械性好、成本低、无界面击穿隐患的轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒；以及三种工艺简单、能使轻质泡沫芯与环氧树脂基复合材料层结合面更紧密的轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒，包括外部的绝缘筒和绝缘筒内填充的夹芯棒，其特征在于：所述绝缘筒为环氧树脂基复合材料制成，所述夹芯棒为轻质泡沫材料制成，所述绝缘筒内壁与所述夹芯棒外壁之间紧密贴合，且构成绝缘筒基体的环氧树脂材料充填到所述夹芯棒外壁的孔隙中（所述轻质泡沫材料成型夹芯棒的过程中，会在夹芯棒的外壁形成较多数量的小孔）。

作为本发明的绝缘棒的进一步改进：

上述的绝缘棒中，所述绝缘筒的内壁上优选设有加强筋，所述夹芯棒外壁上设有与所述加强筋紧密配合的加强筋沟槽。

上述的绝缘棒中，所述绝缘筒的增强材料优选为无碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维布、无碱玻璃纤维毡、聚酯布或聚酯毡。

上述的绝缘棒中，所述轻质泡沫材料优选密度为200 kg/m³～300 kg/m³的聚氨酯泡沫材料。采用聚氨酯发泡材料作为内芯，可免除产品运行时内充绝缘介质的麻烦，还消除了夹芯棒在模具脱模时的困难、且产品质量增加很少。

作为一个总的技术构思，本发明还提供三种上述轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒的制备方法。

制备方法一包括以下步骤：

（1）制备轻质泡沫夹芯棒：制备一轻质泡沫夹芯棒，并在其外壁上开设加强筋沟槽；

（2）增强材料卷绕：在所述轻质泡沫夹芯棒外侧铺绕数圈所述绝缘筒的增强材料，然后用预制的加强筋条填充到所述加强筋沟槽中，再继续卷绕增强材料直至达到绝缘棒要求的外径，对所述增强材料进行真空干燥处理；

（3）真空浸渍：用环氧树脂胶液将上述步骤（2）后得到的卷筒进行真空浸胶处理，真空浸胶处理时的真空压力在100Pa以下，浸胶时间在90min～150min；

（4）固化脱模：对上述步骤（3）后得到的浸胶卷筒进行加热固化，固化温度为80℃～160℃，固化时间为8h～16h，固化完成后降温、脱模，得到轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒。

制备方法二包括以下步骤：

（1）制备轻质泡沫夹芯棒：制备一轻质泡沫夹芯棒，并在其外壁上开设加强筋沟槽；

（2）预浸料制备：将所述绝缘筒的增强材料浸渍环氧树脂胶液后烘焙，使树脂处于半固化状态，收卷得到预浸料；

（3）预浸料卷绕：在所述轻质泡沫夹芯棒上铺绕数圈经预热的预浸料，再用预制的加强筋条填充到加强筋沟槽中，缠绕固定后继续卷绕预浸料直至达到所述绝缘棒要求的外径；

（4）固化：将上述步骤（3）后得到的卷筒在转动状态下进行加热固化，固化温度为80℃～160℃，固化时间为8h～16h，固化完成后降温，得到轻质泡沫夹芯复合材料绝缘棒。

制备方法三包括以下步骤：