[发明专利]一种高韧性聚氨酯复合绝缘子芯棒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电网输电线路用绝缘子芯棒领域，具体涉及一种高韧性聚氨酯复合绝缘子芯棒及其制备方法。

背景技术

复合绝缘子是一种性能优异的绝缘控件，在架空输电线路中起到重要作用，复合绝缘子主要包括部分：树脂基复合材料芯棒、合成材料护套、金具和硅橡胶伞套，其中芯棒起到内绝缘和传递机械负荷的作用，硅橡胶伞套起外绝缘作用，金具起两端连接的作用，其中芯棒作用最为重要。芯棒有实心芯棒和空心芯棒两种，其中实心芯棒又包括悬挂复合绝缘子、柱式复合绝缘子和弯壁复合绝缘子。复合绝缘子具有重量轻，便于安装；机械强度高，不易破碎；抗震性能优异，耐污性能好的优点。

现有的复合绝缘子芯棒普遍采用树脂/玻璃纤维复合材料，经过连续拉挤工艺制造而成。连续拉挤工艺包括导纱工序、在经牵引机牵引浸胶单元浸胶、在成型模具加热成型、二次表面固化去、连续拉挤出模。其中，纤维由丝筒经导纱机构进入胶槽浸胶，浸胶后的纤维进入热的模具中固化出模；在固化成型过程中，热量是通过模压机热板传送到固定形状的模具上。这种芯棒存在一个方向的玻纤受力，从而使芯棒拉伸强度高，而弯曲性能较差。

玻璃纤维复合材料芯棒弯曲性能较差，易断折的问题主要原因是树脂材料的脆性较大，韧性不足引起，目前普遍采用的环氧树脂和聚酯材料均有此类问题发生，因此我国复合绝缘子芯棒不能水平使用，严禁踩踏，这些大大限制了复合绝缘子的应用空间。例如2011年的一件新申请，申请号为CN201110041482.1、发明名称为“免维护高压悬式绝缘子”的发明专利申请，即公开了一种悬式绝缘子，悬式绝缘子对弯曲性能的要求不高。

为解决上述芯棒存在的问题，可以在制备工艺和成分改进两方面对芯棒的韧性进行改善。工艺改善方面，申请号为CN200710019143.7，发明名称为“一种有机复合绝缘子芯棒的制造方法”的专利，为了解决芯棒横向的耐热强度达不到有机复合绝缘子硫化工艺的要求，公开了一种动态真空浸胶拉挤工艺，该工艺可提高绝缘芯棒横向的耐热下的保留强度值，保证芯棒的横向的耐热强度。其工艺步骤为：a.将分散的玻纤纱输送至一个盛有树脂胶的胶槽中进行第一次浸胶；b.将第一次浸胶后的玻纤纱输送至一个前后分别开有进纱、出纱口的封闭箱体中进行抽真空预成型；c.将抽真空预成型的玻纤纱输送至拉挤模具，经拉挤模具挤压变为成型芯棒；d.将成型芯棒通过一个固化加热装置固化后，输送至切割机，最后切断成所需要的长度的芯棒产品，其中的树脂材料包括环氧树脂和聚酯材料；此工艺制得芯棒的横向力学性能提高10-30％。工艺在真空下进行，生产过程需要对相关设备进行密封抽真空，这对芯棒的大规模生产有一定的阻碍。

又如申请号为CN200510042803.4、发明名称为“用玻璃纤维浸渍树脂基缠绕式复合绝缘子芯棒及制备方法”的发明专利，提供一种电力电网输电线路高压用芯棒，该发明专利采用外层缠绕玻纤提高绝缘子芯棒弯曲性能，树脂采用环氧树脂。

要更为有效的解决芯棒弯曲性能较差，易断折的问题，在成分设计方面，开发高韧性树脂体系是一条有效途径，且芯棒成分的改善不会增加制备工艺难度。目前，针对高韧性树脂制作的复合绝缘子芯棒，尚未见报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种高韧性聚氨酯复合绝缘子芯棒及其制备方法，在保证芯棒抗拉强度的前提下，芯棒韧性提高，可以有效解决复合绝缘子芯棒只能悬式使用的问题，水平放置的芯棒在承受人体重量的铅垂载荷时不折断；本发明的制备方法可实现快速生产。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种高韧性聚氨酯复合绝缘子芯棒，其改进之处在于所述芯棒的材料为聚氨酯树脂和玻璃纤维复合材料；所述聚氨酯树脂为化学计量配比的异氰酸酯和聚醚多元醇，所述异氰酸酯为选自二苯甲烷二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯的聚合物异构体中的一种或两种；所述玻璃纤维包括无捻玻璃纤维或无纬玻纤布。

其中：聚氨酯树脂中引入扩链剂，所述扩链剂为任意选自丙三醇、三羟基甲基丙烷、有机硅或聚酰亚胺环中的一种或多种。

其中：至少一种所述聚醚多元醇的官能度为3。

其中：所述无捻玻璃纤维的丝束为3k-48k。

其中：所述无捻玻璃纤维的丝束为12k或24k。

一种制备如权利要求1所述芯棒的方法，其改进之处在于所述方法包括如下步骤：

1)将异氰酸酯和聚醚多元醇100℃-120℃真空脱水3-4h，扩链剂80℃-100℃真空脱水2-3h；

2)过量的异氰酸酯中高速搅拌加入聚醚多元醇形成A组分，真空脱气3-5分钟，；