專利名稱：一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電網(wǎng)輸電線路用絕緣子芯棒領(lǐng)域，具體涉及一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒及其制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合絕緣子是一種性能優(yōu)異的絕緣控件，在架空輸電線路中起到重要作用，復(fù)合絕緣子主要包括部分樹脂基復(fù)合材料芯棒、合成材料護(hù)套、金具和硅橡膠傘套，其中芯棒起到內(nèi)絕緣和傳遞機(jī)械負(fù)荷的作用，硅橡膠傘套起外絕緣作用，金具起兩端連接的作用，其中芯棒作用最為重要。芯棒有實(shí)心芯棒和空心芯棒兩種，其中實(shí)心芯棒又包括懸掛復(fù)合絕緣子、柱式復(fù)合絕緣子和彎壁復(fù)合絕緣子。復(fù)合絕緣子具有重量輕，便于安裝；機(jī)械強(qiáng)度高， 不易破碎；抗震性能優(yōu)異，耐污性能好的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有的復(fù)合絕緣子芯棒普遍采用樹脂/玻璃纖維復(fù)合材料，經(jīng)過連續(xù)拉擠工藝制造而成。連續(xù)拉擠工藝包括導(dǎo)紗工序、在經(jīng)牽引機(jī)牽引浸膠單元浸膠、在成型模具加熱成型、二次表面固化去、連續(xù)拉擠出模。其中，纖維由絲筒經(jīng)導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)進(jìn)入膠槽浸膠，浸膠后的纖維進(jìn)入熱的模具中固化出模；在固化成型過程中，熱量是通過模壓機(jī)熱板傳送到固定形狀的模具上。這種芯棒存在一個(gè)方向的玻纖受力，從而使芯棒拉伸強(qiáng)度高，而彎曲性能較差。玻璃纖維復(fù)合材料芯棒彎曲性能較差，易斷折的問題主要原因是樹脂材料的脆性較大，韌性不足引起，目前普遍采用的環(huán)氧樹脂和聚酯材料均有此類問題發(fā)生，因此我國復(fù)合絕緣子芯棒不能水平使用，嚴(yán)禁踩踏，這些大大限制了復(fù)合絕緣子的應(yīng)用空間。例如2011 年的一件新申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110041482. 1、發(fā)明名稱為“免維護(hù)高壓懸式絕緣子”的發(fā)明專利申請(qǐng)，即公開了一種懸式絕緣子，懸式絕緣子對(duì)彎曲性能的要求不高。為解決上述芯棒存在的問題，可以在制備工藝和成分改進(jìn)兩方面對(duì)芯棒的韌性進(jìn)行改善。工藝改善方面，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710019143. 7，發(fā)明名稱為“一種有機(jī)復(fù)合絕緣子芯棒的制造方法”的專利，為了解決φ18芯棒橫向的耐熱強(qiáng)度達(dá)不到有機(jī)復(fù)合絕緣子硫化工藝的要求，公開了一種動(dòng)態(tài)真空浸膠拉擠工藝，該工藝可提高絕緣芯棒橫向的耐熱下的保留強(qiáng)度值，保證芯棒的橫向的耐熱強(qiáng)度。其工藝步驟為a.將分散的玻纖紗輸送至一個(gè)盛有樹脂膠的膠槽中進(jìn)行第一次浸膠；b.將第一次浸膠后的玻纖紗輸送至一個(gè)前后分別開有進(jìn)紗、出紗口的封閉箱體中進(jìn)行抽真空預(yù)成型；c.將抽真空預(yù)成型的玻纖紗輸送至拉擠模具，經(jīng)拉擠模具擠壓變?yōu)槌尚托景?；d.將成型芯棒通過一個(gè)固化加熱裝置固化后，輸送至切割機(jī)，最后切斷成所需要的長(zhǎng)度的芯棒產(chǎn)品，其中的樹脂材料包括環(huán)氧樹脂和聚酯材料; 此工藝制得芯棒的橫向力學(xué)性能提高10-30%。工藝在真空下進(jìn)行，生產(chǎn)過程需要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行密封抽真空，這對(duì)芯棒的大規(guī)模生產(chǎn)有一定的阻礙。又如申請(qǐng)?zhí)枮镃N20051004^03. 4、發(fā)明名稱為“用玻璃纖維浸漬樹脂基纏繞式復(fù)合絕緣子芯棒及制備方法”的發(fā)明專利，提供一種電力電網(wǎng)輸電線路高壓用芯棒，該發(fā)明專利采用外層纏繞玻纖提高絕緣子芯棒彎曲性能，樹脂采用環(huán)氧樹脂。
3CN 102504523 A
說明書
2/5頁 要更為有效的解決芯棒彎曲性能較差，易斷折的問題，在成分設(shè)計(jì)方面，開發(fā)高韌性樹脂體系是一條有效途徑，且芯棒成分的改善不會(huì)增加制備工藝難度。目前，針對(duì)高韌性樹脂制作的復(fù)合絕緣子芯棒，尚未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒及其制備方法，在保證芯棒抗拉強(qiáng)度的前提下，芯棒韌性提高，可以有效解決復(fù)合絕緣子芯棒只能懸式使用的問題， 水平放置的芯棒在承受人體重量的鉛垂載荷時(shí)不折斷；本發(fā)明的制備方法可實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其改進(jìn)之處在于所述芯棒的材料為聚氨酯樹脂和玻璃纖維復(fù)合材料；所述聚氨酯樹脂為化學(xué)計(jì)量配比的異氰酸酯和聚醚多元醇，所述異氰酸酯為選自二苯甲烷二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體中的一種或兩種；所述玻璃纖維包括無捻玻璃纖維或無緯玻纖布。其中聚氨酯樹脂中引入擴(kuò)鏈劑，所述擴(kuò)鏈劑為任意選自丙三醇、三羥基甲基丙烷、有機(jī)硅或聚酰亞胺環(huán)中的一種或多種。其中至少一種所述聚醚多元醇的官能度為3。其中所述無捻玻璃纖維的絲束為3k-4^。其中所述無捻玻璃纖維的絲束為1 或Mk。一種制備如權(quán)利要求1所述芯棒的方法，其改進(jìn)之處在于所述方法包括如下步驟1)將異氰酸酯和聚醚多元醇100°C -120°C真空脫水3_4h，擴(kuò)鏈劑80°C _10(TC真空脫水2-3h ；2)過量的異氰酸酯中高速攪拌加入聚醚多元醇形成A組分，真空脫氣3-5分鐘，；3)擴(kuò)鏈劑，聚醚多元醇和填料高速攪拌混合后形成B組分，其中填料為有機(jī)累托石或納米二氧化鈦；4)真空混料設(shè)備真空度為-0. IMpa, A，B組分在混料設(shè)備中快速混合3_5分鐘；5)將玻璃纖維進(jìn)行除塵、防潮處理后平鋪于溫度為的可冷卻膠槽底部，其中除潮溫度為110°C -130°C，膠槽溫度為3°C -80C ；6)除穿紗孔外，膠槽內(nèi)為密封結(jié)構(gòu)，通入一定正壓力惰性氣體進(jìn)行保護(hù)；7)A，B組分混合均勻后，聚氨酯樹脂從真空混料設(shè)備出料口加入鋪有玻璃纖維的膠槽，為加速聚氨酯快速浸潤(rùn)玻璃纖維表面，膠槽底部放置高頻機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置，振動(dòng)頻率為 300-500Hz ；8)將步驟7中經(jīng)浸漬的玻璃纖維勻速牽引通過芯棒成型模具和高溫固化箱；其中牽引速度為l_3m/min，成型模具長(zhǎng)度為0. 5-lm，溫度為120_180°C，高溫固化箱長(zhǎng)度為3-5m，溫度為120°C _160°C。其中所述牽引速度優(yōu)選1. 5-2m/min。
4
其中所述高溫固化箱的溫度優(yōu)選130°C -150°C。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括1)該芯棒在滿足現(xiàn)有芯棒的基體要求外，還具有韌性高，抗彎折能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明用于制備芯棒的材料為聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合材料，聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合材料缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度(錘7. 5J)為140-170KJ/m2之間，而傳統(tǒng)的芯棒制備材料環(huán)氧樹脂/玻璃纖維，其缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度(錘7. 5J)為80-110KJ/m2之間，采用聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合材料制備的芯棒，具有高韌性，抗彎折能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；2)耐高溫性能優(yōu)良，為了提高芯棒材料聚氨酯樹脂的耐高溫性能，在聚氨酯中引入內(nèi)聚能較高，熱穩(wěn)定性較好的有機(jī)雜環(huán)基團(tuán)或擴(kuò)鏈劑，主要包括丙三醇、三羥基甲基丙烷，有機(jī)硅或聚酰亞胺環(huán)等基團(tuán)；3)疲勞壽命長(zhǎng)，聚氨酯復(fù)合材料芯棒在90%靜應(yīng)力水平下經(jīng)歷1*109機(jī)械疲勞之后，沒有發(fā)生機(jī)械性能衰減，可視為無限疲勞壽命。4)生產(chǎn)速度快，利于工業(yè)化生產(chǎn)本發(fā)明制備方法中通過對(duì)成型模具和固化成型裝置長(zhǎng)度的合理設(shè)計(jì)，配合成型溫度和固化溫度，使得牽引裝置的牽引速度達(dá)到l-3m/min，相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中小于Im/ min的牽引速度，本發(fā)明制備方法的生產(chǎn)效率顯著提高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種高韌性聚氨酯樹脂/玻璃纖維復(fù)合絕緣子芯棒制備技術(shù)，該芯棒滿足現(xiàn)有芯棒的基體要求外，還具有韌性高，抗彎折能力強(qiáng)，疲勞壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)速度快等特點(diǎn)。其中復(fù)合絕緣子芯棒采用聚氨酯樹脂/玻璃纖維材料，材料的具體組分如下。聚氨酯樹脂包括異氰酸脂組分二苯甲烷二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體及他們的組合；至少一種官能度為3的聚醚多元醇，二者為化學(xué)劑量配比。為了提高聚氨酯樹脂的耐高溫性能，需要在聚氨酯中引入內(nèi)聚能較高，熱穩(wěn)定性較好的有機(jī)雜環(huán)基團(tuán)或擴(kuò)鏈劑，主要包括丙三醇、三羥基甲基丙烷，有機(jī)硅或聚酰亞胺環(huán)等基團(tuán)。玻璃纖維可采用高強(qiáng)度耐酸無捻玻璃纖維或無緯玻纖布，無捻纖維絲束數(shù)可采用 3k-48k，最好采用1 或者M(jìn)k。纖維布可采用單層或雙層在單向無捻纖維布外層進(jìn)行纏繞成型。成型模具表面通過化學(xué)氣相沉積工藝制備了類金剛石耐磨自潤(rùn)滑涂層，因此可以不使用脫模劑。其中類金剛石的每個(gè)原子都以SP3雜化軌道與另外的原子形成共價(jià)鍵，具有與金剛石相類似的正四面體結(jié)構(gòu)。類金剛石具有很高的硬度、高導(dǎo)熱性、高絕緣性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、從紅外到紫外的高光學(xué)透過率等。復(fù)合絕緣子芯棒采用復(fù)合材料拉擠工藝制備而成。經(jīng)過除塵、除潮處理的玻璃纖維平鋪于膠槽底部，聚氨酯樹脂經(jīng)過精確計(jì)量真空混料設(shè)備按照雙組分質(zhì)量配比進(jìn)行快速混合后，經(jīng)過出料口進(jìn)入膠槽浸漬玻璃纖維。充分浸漬的玻璃纖維在牽引裝置的牽引下勻速通過加熱后芯棒成型模具，然后再經(jīng)過高溫固化箱進(jìn)行后固化處理。
玻璃纖維除潮溫度為110°C -130°C ；牽引速度為1-3米/分鐘，最好選擇1. 5米到2米/分鐘；成型模具長(zhǎng)度為0. 5到1米，成型模具溫度為120-150°C ；高溫固化箱長(zhǎng)度為3-5米，溫度可取100°C到160°C之間，最好選擇130°C到 140 "C。[實(shí)施例1]本實(shí)施例的聚氨酯/玻璃纖維絕緣子芯棒制備工藝為聚胺酯原料采用4，4_ 二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)聚醚多元醇，110度真空脫水3 小時(shí)，交聯(lián)擴(kuò)鏈劑采用三羥基甲基丙烷，90度真空脫水池。真空混料設(shè)備中加入過量的4， 4- 二苯甲烷二異氰酸酯，攪拌下加入聚醚多元醇反應(yīng)0. 5h形成A組分，真空脫氣，再將聚醚多元醇，交聯(lián)擴(kuò)鏈劑三羥基甲基丙烷均勻脫氣后混成形成B組分，AB兩者混合3分鐘后從出料口進(jìn)入膠槽，膠槽溫度冷卻保持5°C低溫狀態(tài)，玻璃纖維在振動(dòng)膠槽中經(jīng)過充分浸漬后，由牽引裝置快速引入170°C，直徑18mm的成型模具內(nèi)進(jìn)行固化成型，然后通過160°C高溫后處理提高固化度。[實(shí)施例2]本實(shí)施例的聚氨酯/玻璃纖維絕緣子芯棒制備工藝為聚胺酯原料采用4-4 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，聚醚多元醇，110度真空脫水3. 5 小時(shí)，交聯(lián)擴(kuò)鏈劑采用丙三醇，90度真空脫水2.證。真空混料設(shè)備中加入過量的4-4 二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯，攪拌下加入聚醚多元醇反應(yīng)0. 2h形成A組分，真空脫氣，再將聚醚多元醇，交聯(lián)擴(kuò)鏈劑丙三醇均勻脫氣后混成形成B組分，AB兩者混合4分鐘后從出料口進(jìn)入膠槽，膠槽溫度冷卻保持8°C低溫狀態(tài)，24k玻璃纖維在振動(dòng)膠槽中經(jīng)過充分浸漬后，由牽引裝置快速引入180°C，直徑24mm的成型模具內(nèi)進(jìn)行固化成型，然后通過120°C高溫后處理提高固化度。[實(shí)施例3]本實(shí)施例的聚氨酯/玻璃纖維絕緣子芯棒制備工藝為聚胺酯原料采用1-4反式環(huán)己烷二異氰酸酯，聚醚多元醇，110度真空脫水4小時(shí)， 交聯(lián)擴(kuò)鏈劑采用丙三醇，90度真空脫水池。真空混料設(shè)備中加入化學(xué)劑量的1-4反式環(huán)己烷二異氰酸酯，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌下加入聚醚多元醇反應(yīng)30分鐘，真空脫氣，再將聚醚多元醇，填料納米二氧化鈦和擴(kuò)鏈劑均勻脫氣后，兩者混合5分鐘后從出料口進(jìn)入膠槽，膠槽溫度可用冷卻液保持10°C低溫狀態(tài)，1 無捻玻璃纖維再膠槽中經(jīng)過充分浸漬，外面再由單層無緯玻纖布預(yù)浸料進(jìn)行纏繞包裹后，由牽引裝置快速引入120°C，直徑^mm的成型模具內(nèi)進(jìn)行固化成型，然后通過140°C高溫后處理提高固化度。聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合材料缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度(錘7. 5J)為140_170KJ/m2 之間，而傳統(tǒng)的芯棒制備材料環(huán)氧樹脂/玻璃纖維，其缺口試樣簡(jiǎn)支梁沖擊強(qiáng)度(錘7. 5J) 為80-110KJ/m2之間，采用聚氨酯/玻璃纖維復(fù)合材料制備的芯棒，具有高韌性，抗彎折能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。上述3個(gè)實(shí)施例中制備得到的芯棒，放置于水平地面，體重為50_100kg的人站立與芯棒上，芯棒不會(huì)折斷，表面本發(fā)明方法制備的芯棒相比于傳統(tǒng)芯棒具有高韌性。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其特征在于所述芯棒的材料為聚氨酯樹脂和玻璃纖維復(fù)合材料；所述聚氨酯樹脂為化學(xué)計(jì)量配比的異氰酸酯和聚醚多元醇，所述異氰酸酯為選自二苯甲烷二異氰酸酯、二苯甲烷二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體中的一種或兩種；所述玻璃纖維包括無捻玻璃纖維或無緯玻纖布。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其特征在于聚氨酯樹脂中引入擴(kuò)鏈劑，所述擴(kuò)鏈劑為任意選自丙三醇、三羥基甲基丙烷、有機(jī)硅或聚酰亞胺環(huán)中的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其特征在于至少一種所述聚醚多元醇的官能度為3。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其特征在于所述無捻玻璃纖維的絲束為3k-4^i。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒，其特征在于所述無捻玻璃纖維的絲束為1 或Mk。
6.一種制備如權(quán)利要求1所述芯棒的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟1)將異氰酸酯和聚醚多元醇100°c-120°c真空脫水3-4h，擴(kuò)鏈劑80°C _10(TC真空脫水 2-3h ；2)過量的異氰酸酯中高速攪拌加入聚醚多元醇形成A組分，真空脫氣3-5分鐘，；3)擴(kuò)鏈劑，聚醚多元醇和填料高速攪拌混合后形成B組分，其中填料為有機(jī)累托石或納米二氧化鈦；4)真空混料設(shè)備真空度為-0.IMpa, A，B組分在混料設(shè)備中快速混合3_5分鐘；5)將玻璃纖維進(jìn)行除塵、防潮處理后平鋪于溫度為的可冷卻膠槽底部，其中除潮溫度為 110°C _130°C，膠槽溫度為 3°C -80C ；6)除穿紗孔外，膠槽內(nèi)為密封結(jié)構(gòu)，通入一定正壓力惰性氣體進(jìn)行保護(hù)；7)A，B組分混合均勻后，聚氨酯樹脂從真空混料設(shè)備出料口加入鋪有玻璃纖維的膠槽， 為加速聚氨酯快速浸潤(rùn)玻璃纖維表面，膠槽底部放置高頻機(jī)械振動(dòng)發(fā)生裝置，振動(dòng)頻率為 300-500Hz ；8)將步驟4中經(jīng)浸漬的玻璃纖維勻速牽引通過芯棒成型模具和高溫固化箱；其中牽引速度為l-3m/min，成型模具長(zhǎng)度為0. 5-lm，溫度為120-180°C，高溫固化箱長(zhǎng)度為3-5m，溫度為120°C _160°C。
7.如權(quán)利要求7所述的一種復(fù)合絕緣子芯棒的制備方法，其特征在于所述牽引速度優(yōu)選 1. 5-2m/min。
8.如權(quán)利要求7所述的一種復(fù)合絕緣子芯棒的制備方法，其特征在于所述高溫固化箱的溫度優(yōu)選130°C _150°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高韌性聚氨酯復(fù)合絕緣子芯棒及其制備方法，屬于電力電網(wǎng)輸電線路用絕緣子芯棒領(lǐng)域。芯棒采用快速拉擠工藝制備，在保證抗拉強(qiáng)度的前提下，韌性提高，可以有效解決復(fù)合絕緣子芯棒只能懸垂式使用、施工人員不能踩踏的問題。本發(fā)明芯棒力學(xué)性能、電學(xué)性能滿足實(shí)際應(yīng)用的前提下，具有成型速度快，生產(chǎn)效率高，抗老化性能好，疲勞壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以降低絕緣子芯棒脆性斷裂事故發(fā)生率，并擴(kuò)展復(fù)合絕緣子在輸電線路耐張串中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)C08K7/00GK102504523SQ201110344428
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者何州文, 蘭逢濤, 劉輝, 張卓, 陳新 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院