一种带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的制备方法

1.本发明属于绝缘子制造技术领域，具体涉及一种带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的制备方法。


背景技术：

2.复合绝缘子因其体积小、重量轻、耐污闪电压高等优点在电力系统中使用广泛。随着复合绝缘子的广泛使用输电线路上的复合绝缘子经常出现被鸟啄食和被鸟粪污染的现象。鸟类啄食复合绝缘子会造成复合绝缘子损伤，而鸟粪污染绝缘子将增大绝缘子闪络的隐患。鸟类啄食复合绝缘子的主要部位为复合绝缘子上下端部的伞裙和护套。鸟类啄食复合绝缘子伞裙会造成伞裙贯穿性通孔或者局部撕裂，减小复合绝缘子的爬电距离，影响复合绝缘子的外绝缘性能；鸟类啄食复合绝缘子护套，会造成护套磨损，芯棒裸露，进而导致端部密封破坏，在雨天、雾天等高湿度气象条件下，暴露的芯棒与受潮的护套界面间易产生局部电弧放电，使芯棒产生电化学反应。在更严重的条件下，被鸟啄食的绝缘子可能发生脆断等恶性事故。
3.基于传统复合绝缘子无法防鸟啄防鸟粪的问题，本发明提供了一种带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的制备方法。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种新型带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的制备方法，通过在绝缘子芯棒上下端部包裹硬质材料护套，并在芯棒上端与上端金具之间加装防鸟粪均压罩，使其具有高硬度、耐腐蚀、抗鸟啄、防鸟粪等特点，防止鸟粪污染，避免芯棒裸露，进一步地以免引发闪络等事故。进一步的，本发明改善了硬质材料以及整个复合绝缘子的制备方法，进一步提高了复合绝缘子的性能。
5.一种带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的制备方法，所述复合绝缘子包括硅橡胶伞裙(1)、硅橡胶护套(2)、芯棒(3)、金具(5)以及硬质材料护套(4)和防鸟粪均压罩(6)；
6.所述芯棒位于绝缘子最内部；所述芯棒的上下两端包裹有硬质材料护套；所述防鸟粪均压罩与硬质材料护套一体形成在芯棒上端与上端金具之间；所述硅橡胶护套包裹所述硬质材料护套和所述芯棒的外侧，所述硅橡胶伞裙设置在硅橡胶护套外侧；所述金具位于所述复合绝缘子两端，且所述芯棒位于所述金具的中心孔中；
7.所述硬质材料层的硬质材料包括下列重量份配比的组分：脂环族环氧树脂 100份，塑料25～40份，甲基六氢苯酐固化剂15～35份，三水合铝微粉阻燃剂 8～12份，硅烷化偶联剂1～2份，光稳定剂1～3份；
8.该制备方法包括如下步骤：
9.步骤1，将绝缘芯棒插入到金具的中心孔中，然后通过压接或胶粘形成一体，得到绝缘芯棒
‑
金具复合体；
10.步骤2，将步骤1中所得的绝缘芯棒
‑
金具复合体的两端分别放入模具中，在芯棒的上端外表面一体形成硬质材料的硬质材料护套和防鸟粪均压罩，在芯棒的下端外表面形成硬质材料的硬质材料护套；
11.步骤3，在带有硬质材料护套和防鸟粪均压罩的绝缘芯棒
‑
金具复合体的外侧形成硅橡胶护套和硅橡胶伞裙。
12.优选的，步骤2进一步包括，步骤2
‑
1，按照如下重量比称取硬质材料层的原材料：脂环族环氧树脂100份，塑料25～40份，甲基六氢苯酐固化剂15～35 份，三水合铝微粉阻燃剂8～12份，硅烷化偶联剂1～2份，光稳定剂1～3份，放入到真空搅拌釜中进行搅拌脱气，真空度小于0.5kpa，混料温度30～40℃，搅拌脱气时间120min，得到混料凝胶；
13.步骤2
‑
2，保持模具温度110～130℃，模腔内真空度小于0.1kpa，将混料凝胶以固定压力0.3～0.5mpa注入模具腔中，注射保压时间30～45min，固化时间 30min；
14.步骤2
‑
3，脱模，除去飞边，得到芯棒的上端外表面具有硬质材料护套和防鸟粪均压罩、下端外表面具有硬质材料护套的绝缘芯棒
‑
金具复合体。
15.优选的，步骤3进一步包括，
16.步骤3
‑
1，将步骤2中绝缘芯棒
‑
金具复合体两端的硬质材料护套表面和中间的芯棒表面进行打磨后涂抹胶粘剂，并放入烘箱预热，预热温度60～80℃，预热时间45～60min；
17.步骤3
‑
2，将步骤3
‑
1中预热后的带有硬质材料护套和防鸟粪均压罩的绝缘芯棒
‑
金具复合体放入模具中，将硅橡胶原料注入并塑化，塑化温度150～250℃，注塑压力15～80mpa，脱模，形成硅橡胶护套和硅橡胶伞裙，即得到带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子。
18.优选的，所述防鸟粪均压罩的直径为所述硅橡胶伞裙的1.5～2倍。
19.优选的，所述塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种。
20.优选的，所述三水合铝微粉包括所述三水合铝微粉包括重量百分比60％～70％的氧化铝和重量百分比30％～40％的二氧化钛。
21.优选的，所述芯棒由玻璃纤维和环氧树脂制成。
22.优选的，所述硅橡胶护套和所述硅橡胶伞裙由硅橡胶材料制成，硅橡胶护套和硅橡胶伞裙通过一次注射成型方式包裹在硬质材料层外侧。
23.优选的，所述硅橡胶伞裙为等径伞裙结构、一大一小伞裙结构、一大两小伞裙结构、或一大一中一小伞裙结构。
24.优选的，所述芯棒上下两端的硬质材料护套分别覆盖芯棒总长度的 15％～20％。
25.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，
26.(1)本发明在绝缘子两端的芯棒与硅橡胶护套之间加装所述硬质护套的方法，通过高强度、耐腐蚀的硬质护套避免了芯棒的直接裸露，极大地提高了复合绝缘子运行稳定性。同时本发明采用了憎水性、憎水迁移性最佳的硅橡胶材料护套与伞群，使得所述硬质材料层强化芯棒的复合绝缘子兼备了优良的防污闪能力和抗鸟啄性能；
27.(2)本发明在绝缘子上端即悬挂端加装所述硬质材料的防鸟粪均压罩，均压罩直径为绝缘子伞裙直径1.5～2倍，避免了鸟粪积污在伞裙表面或桥接绝缘子伞裙的情况，同时避免也了鸟粪下落时距离绝缘子过近，大大降低了鸟粪闪络发生的概率。所述防鸟粪均
压罩与所述硬质护套的采用一体化成型，进一步强化了其结构的稳定性和防鸟粪、防鸟啄能力。
28.(3)本发明的硬质材料采用脂环族环氧树脂，较传统的双酚a型环氧树脂，介电性能更好，耐候性能和抗紫外辐射性能也更好；通过添加聚烯烃等塑料原料，相比于传统环氧树脂配方，大幅度降低了混料中无机填料的比例；通过添加甲基六氢苯酐作为固化剂，使脂环族环氧树脂在酸酐性体系中充分固化，同时可以避免使用毒性大、挥发性大的胺类固化剂；本发明的硬质材料混料具有易搅拌、材料固化均匀、固化时间短等优点；
29.(4)本发明的制备工艺简单，硬质材料护套和防鸟粪均压罩一体成型，且制备工艺大幅提高了硬质材料内部结构的致密性，降低了内应力，提高了绝缘性能、机械强度、尺寸精度和制件的均一性，且凝胶固化时间短，大大提高了模具的利用率，缩短了生产周期，生产效率高，产品成本低，劳动强度低。
附图说明
30.图1是本发明的带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的具体结构示意图。
31.图2是本发明的带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子的伞裙结构示意图，其中2
‑
1是等径伞裙结，2
‑
2是一大一小伞裙结构，2
‑
3是一大两小伞裙结构，2
‑
4是一大一中一小伞裙结构。
32.图3是本发明的带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子制备方法的流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本技术作进一步描述。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技术的保护范围。
34.如图1所示，本发明的带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子包括硅橡胶伞裙1、硅橡胶护套2、芯棒3、硬质材料护套4、金具5以及防鸟粪均压罩6。
35.芯棒3位于复合绝缘子的最内部，其上下端部包裹有硬质材料护套4。芯棒3是复合绝缘子机械负荷的承载部件，也是内绝缘的主要部分，由玻璃纤维和环氧树脂等材质制成，具有优良的机械强度﹑绝缘性能和长期稳定性。
36.硬质材料护套4包裹芯棒3的上下端部，起到绝缘密封和强化芯棒的作用。硬质材料护套4的硬质材料以脂环族环氧树脂和塑料材质为基体，辅以甲基六氢苯酐固化剂、三水合铝微粉阻燃剂、硅烷化偶联剂、光稳定剂，具有高硬度、抗冲击、耐电弧、抗鸟啄等特点，能够在复合绝缘子端部护套被鸟类啄食后避免芯棒裸露，进一步地以免引发闪络等事故。优选的，所述芯棒上下端的硬质材料护套分别覆盖芯棒总长度的15％～20％，以达到对绝缘子鸟啄重点部位的防护作用。
37.防鸟粪均压罩6也由与硬质材料护套4相同的硬质材料制成，位于芯棒上端和上端金具之间，与所述硬质材料护套4一体成型。防鸟粪均压罩直径为硅橡胶直径的1.5～2倍，大尺寸的均压罩扩大了防护范围，提高了鸟粪遮挡面积，阻碍鸟粪下落，以达到防鸟粪的目的。
38.硅橡胶护套2和硅橡胶伞裙1位于芯棒3的外侧，优选通过一次注射成型方式形成在芯棒3以及硬质材料护套4的外侧，以起到进一步密封和绝缘的作用。硅橡胶护套2和硅橡
胶伞裙1由硅橡胶等材料制成，具有强憎水性、耐污闪、耐电蚀等特点。进一步地，所述橡胶为硅橡胶，包括但不限于甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯基硅橡胶、氟硅橡胶等。如图2所示，硅橡胶伞裙1采用四种伞裙结构，分别是图2
‑
1显示的等径伞裙结构、图2
‑
2 显示的一大一小伞裙结构、图2
‑
3显示的一大两小伞裙结构、图2
‑
4显示的一大一中一小伞裙结构。不同伞裙结构具有不同的外绝缘特性﹑污耐闪特性和自洁特性，根据绝缘子安装和运行的环境条件的不同，可选取不同伞裙结构的绝缘子，以满足实际需要。
39.普通硅橡胶复合绝缘子的长期运行经验表明，鸟啄复合绝缘子的主要部位在绝缘子两端，并且硅橡胶护套和伞裙破损引起的绝缘子运行电场畸变较为微弱，不是鸟啄所引起的最主要危害，真正严重的情况是当绝缘子两端护套被鸟啄后导致的绝缘子芯棒裸露。裸露的芯棒与受潮的护套界面间易产生局部电弧放电，使芯棒产生电化学反应，在更严重的条件下，被鸟啄食的绝缘子可能发生脆断等恶性事故。基于此，本发明在绝缘子两端的芯棒与硅橡胶护套之间加装硬质护套，通过高强度、耐腐蚀的硬质护套避免了芯棒的直接裸露，极大地提高了复合绝缘子运行稳定性，同时采用憎水性、憎水迁移性最佳的硅橡胶材料护套与伞群，使得所述硬质材料层强化芯棒的复合绝缘子兼备了优良的防污闪能力和抗鸟啄性能。
40.普通硅橡胶复合绝缘子的长期运行经验表明，鸟粪对复合绝缘子的危害体现在两个方面，一是鸟粪积污在绝缘子伞裙表面，甚至桥接绝缘子多片伞裙；二是鸟粪在绝缘子旁近处下落引发闪络事故。本发明在绝缘子上端即悬挂端加装所述硬质材料的防鸟粪均压罩，均压罩直径为绝缘子伞裙直径1.5～2倍，避免了鸟粪积污在伞裙表面或桥接绝缘子伞裙的情况，同时避免也了鸟粪下落时距离绝缘子过近，大大降低了鸟粪闪络发生的概率。所述防鸟粪均压罩与所述硬质护套的采用一体化成型，进一步强化了其结构的稳定性和防鸟粪、防鸟啄能力。
41.进一步的，对于硬质材料护套4和防鸟粪均压罩6采用的硬质材料，其采用脂环族环氧树脂，其环氧基直接连接在脂环上，可以形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度大，从而热变形温度较高，马丁耐热温度达到190℃以上，热分解温度大于360℃。因此，其固化收缩率小，拉伸强度高，热稳定性较好。由于合成过程中不含氯、钠等离子，因此脂环族环氧树脂具有较好的介电性能，无论是从比电阻还是从介电损耗角正切值看，均较传统的双酚a型环氧树脂为优。且不同于传统的双酚a型环氧树脂，脂环族环氧树脂的分子结构中不含苯环，因此具备比双酚a型环氧树脂良好的耐候性能和抗紫外辐射。
42.硬质材料中添加聚烯烃等塑料原料，相比于传统的环氧树脂配方，大幅度降低了混料中无机填料的比例。脂环族环氧树脂对酸酐类的反应活性比对传统胺类的反应活性大，通过添加甲基六氢苯酐作为固化剂，使脂环族环氧树脂在酸酐性体系中充分固化，同时可以避免使用毒性大、挥发性大的胺类固化剂。
43.硬质材料具体包括下列重量份配比的组分：脂环族环氧树脂100份，塑料 25～40份，甲基六氢苯酐固化剂15～35份，三水合铝微粉阻燃剂8～12份，硅烷化偶联剂1～2份，光稳定剂1～3份。
44.当组分中固化剂含量提高时，混料起始粘度减小，流动性较强，利于混合，但固化剂含量过高会使得粘性过低，无机填料沉降分层，影响材料固化后的均匀性。当组分中无机填料含量过高时，混料将难以搅拌，脱气困难。因此，通过控制硬质材料原料配方中各组分，
尤其是脂环族环氧树脂、塑料、固化剂、三水合铝微粉的比例，使得混料在搅拌、注射、固化等阶段都具有较优的效果。
45.所述脂环族环氧树脂包括但不限于聚[(2
‑
环氧乙烷基)
‑
1,2
‑
环己二醇]2
‑
乙基
‑ꢀ2‑
(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇醚，具有热稳定性好、耐候性好、电绝缘性能好、工艺性能好等优点。
[0046]
所述塑料包括但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺中的至少一种。
[0047]
所述甲基六氢苯酐为固化剂，具有熔点低、与脂环族环氧树脂组成的配合物粘度低、适用期长、固化物的耐热性高、高温电性能好等优点。
[0048]
所述三水合铝微粉阻燃剂中，包含重量百分比60％～70％的氧化铝和重量百分比30％～40％的二氧化钛。氧化铝为α
‑
氧化铝和/或γ
‑
氧化铝，一种优选方案为重量百分比为50％的α
‑
氧化铝和重量百分比为50％的γ
‑
氧化铝组成。
[0049]
所述硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质的有机硅化合物，用以改善聚合物与无机物实际粘接强度。硅化烷偶联剂的用量与填料比表面积有关，一种优选方案是硅化烷偶联剂质量为有机填料的0.5％～2％。
[0050]
所述光稳定剂没有特别限制，根据所需种类添加。
[0051]
通过在芯棒上下端部包裹硬质材料护套，并在芯棒上端和上端金具之间加装防鸟粪均压罩的方法，能够起到防止鸟粪掉落、避免芯棒裸露的作用，相比于传统复合绝缘子芯棒外直接包裹硅橡胶护套的结构，具有更好的密封性、耐温性和耐腐蚀性，且具有高硬度、抗冲击、抗鸟啄、防鸟粪等特点。
[0052]
如图3所示，本发明的硬质材料层强化芯棒的复合绝缘子制备方法，包括以下步骤：
[0053]
步骤1，将绝缘芯棒插入到金具的中心孔中，然后通过压接或胶粘形成一体，得到绝缘芯棒
‑
金具复合体。
[0054]
步骤2，将步骤1中所得的绝缘芯棒
‑
金具复合体的两端分别放入模具中，在芯棒的上端外表面一体形成硬质材料的硬质材料护套和防鸟粪均压罩，在芯棒的下端外表面形成硬质材料的硬质材料护套。步骤2进一步包括：
[0055]
步骤2
‑
1，按照如下重量比称取硬质材料层的原材料：脂环族环氧树脂100 份，塑料25～40份，甲基六氢苯酐固化剂15～35份，三水合铝微粉阻燃剂8～12 份，硅烷化偶联剂1～2份，光稳定剂1～3份，放入到真空搅拌釜中进行搅拌脱气，真空度小于0.5kpa，混料温度30～40℃，搅拌脱气时间约120min，得到混料凝胶；
[0056]
步骤2
‑
2，保持模具温度110～130℃，模腔内真空度小于0.1kpa，将混料凝胶以固定压力0.3～0.5mpa注入模具腔中，注射保压时间30～45min，固化时间约30min；
[0057]
步骤2
‑
3，脱模，除去飞边，得到芯棒的上端外表面具有硬质材料护套和防鸟粪均压罩、下端外表面具有硬质材料护套的绝缘芯棒
‑
金具复合体。
[0058]
进一步的，在步骤2
‑
1混料之前对硬质材料的原材料进行预处理，去除其中的水分、气体和易挥发物质。
[0059]
步骤2
‑
2中，混料凝胶温度在室温条件下注入模腔，制件的模具温度高于混料体系温度约80～100℃左右，使得固化反应的凝胶过程自模具壁开始向中间混料扩散。在整个冲
模过程中，对模腔保持一定压力，使混料在固定压力下挤入模腔，以补充体系在凝胶过程中的体积收缩而形成的空隙，从而提高了固化物内部结构的致密性，降低了内应力，提高了绝缘性能、机械强度、尺寸精度和制件的均一性。制备工艺中凝胶固化时间短，大大提高了模具的利用率，缩短了生产周期，生产效率高，产品成本低，劳动强度低。
[0060]
步骤3，在带有硬质材料护套和防鸟粪均压罩的绝缘芯棒
‑
金具复合体的外侧形成硅橡胶护套和硅橡胶伞裙。步骤3进一步包括：
[0061]
步骤3
‑
1，将步骤2中绝缘芯棒
‑
金具复合体两端的硬质材料护套表面和中间的芯棒表面进行打磨后涂抹胶粘剂，并放入烘箱预热，预热温度60～80℃，预热时间45～60min。
[0062]
步骤3
‑
2，将步骤3
‑
1中预热后的带有硬质材料护套和防鸟粪均压罩的绝缘芯棒
‑
金具复合体放入模具中，将硅橡胶原料注入并塑化，塑化温度150～250℃，注塑压力15～80mpa，脱模，形成硅橡胶护套和硅橡胶伞裙，即得到带防鸟粪均压罩的硬质材料护套复合绝缘子。
[0063]
进一步的，步骤3
‑
1所述胶粘剂包括但不限于硅烷类胶粘剂，采用机械旋转打磨方式，增大硬质材料层与胶粘剂的接触面积，提高与胶粘剂键结反应活性。通过预热提高胶粘剂对硬质材料层的浸润效果，同时控制预热时间和温度避免胶粘剂失效。
[0064]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
[0065]
(1)本发明在绝缘子两端的芯棒与硅橡胶护套之间加装所述硬质护套的方法，通过高强度、耐腐蚀的硬质护套避免了芯棒的直接裸露，极大地提高了复合绝缘子运行稳定性。同时本发明采用了憎水性、憎水迁移性最佳的硅橡胶材料护套与伞群，使得所述硬质材料层强化芯棒的复合绝缘子兼备了优良的防污闪能力和抗鸟啄性能；
[0066]
(2)本发明在绝缘子上端即悬挂端加装所述硬质材料的防鸟粪均压罩，均压罩直径为绝缘子伞裙直径1.5～2倍，避免了鸟粪积污在伞裙表面或桥接绝缘子伞裙的情况，同时避免也了鸟粪下落时距离绝缘子过近，大大降低了鸟粪闪络发生的概率。所述防鸟粪均压罩与所述硬质护套的采用一体化成型，进一步强化了其结构的稳定性和防鸟粪、防鸟啄能力。
[0067]
(3)本发明的硬质材料采用脂环族环氧树脂，较传统的双酚a型环氧树脂，介电性能更好，耐候性能和抗紫外辐射性能也更好；通过添加聚烯烃等塑料原料，相比于传统环氧树脂配方，大幅度降低了混料中无机填料的比例；通过添加甲基六氢苯酐作为固化剂，使脂环族环氧树脂在酸酐性体系中充分固化，同时可以避免使用毒性大、挥发性大的胺类固化剂；本发明的硬质材料混料具有易搅拌、材料固化均匀、固化时间短等优点；
[0068]
(4)本发明的制备工艺简单，硬质材料护套和防鸟粪均压罩一体成型，且制备工艺大幅提高了硬质材料内部结构的致密性，降低了内应力，提高了绝缘性能、机械强度、尺寸精度和制件的均一性，且凝胶固化时间短，大大提高了模具的利用率，缩短了生产周期，生产效率高，产品成本低，劳动强度低。
[0069]
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。