专利名称：用液体聚酯改性的高电压复合绝缘子用耐应力腐蚀芯棒的制作方法
技术领域：
本发明属于纤维增强塑料制造技术领域、特别涉及高电压绝缘材料制造技术。
复合绝缘子因其耐污闪性能好、比强度高、无零值、运行维护方便等优点，近十几年来在我国电力系统高电压外绝缘领域得到了广泛的应用。其基本结构为玻璃钢芯棒套装有机材料伞套的复合结构，两端为金属金具。其中玻璃钢芯棒作为内绝缘件和机械负荷的载体，其电气与机械性能直接关系到复合绝缘子的运行可靠性。用于高电压复合绝缘子的玻璃钢芯棒一般由单向玻璃纤维浸渍环氧树脂基体后经连续拉挤(或称引拔)工艺制造而成。
由拉挤工艺制造的环氧玻璃钢芯棒的组成为玻璃纤维重量占2/3～4/5，其余1/5～1/3为环氧树脂基体，对于普遍使用的卧式拉挤设备来说，玻璃纤维重量所占范围更窄，为3/4～4/5。环氧树脂基体配方是由一种环氧树脂或几种环氧树脂的混合物，按比例加入必要的固化剂、促进剂、内脱模剂，有时还加入其它助剂如消泡剂、稀释剂、介面处理剂、着色剂等。
经过十几年来材料和工艺上的不断改进，这种玻璃钢材料具有了较好的电气性能。但在实际运行中，绝缘子处于电气、机械和化学的综合作用之下，经过一段时间的运行后，在一些线路上出现了绝缘子芯棒的脆性断裂(简称脆断)事故。由于芯棒脆断可能造成掉线这样的电力系统恶性事故，因此就对芯棒的电气和机械两方面的综合指标提出了更高的要求。目前用应力腐蚀试验已经成功地在实验室中进行了芯棒脆断的模拟，国际电工委员会(IEC)关于复合绝缘子用芯棒的耐应力腐蚀性能也有了相应的标准草案。
目前复合绝缘子芯棒材料的主体是基于E玻璃纤维的的环氧树脂玻璃钢芯棒。E玻璃纤维环氧树脂芯棒电气性能优异，机械强度也很好，但耐应力腐蚀性能较差，且分散性大，不易控制。德国赫斯特陶瓷技术公司(Hoechst CeramTec)用一种ECR纤维代替E玻璃纤维制得的芯棒，其耐应力腐蚀性能优良，但其电气性能不理想。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种用液体聚酯改性的高电压复合绝缘子用耐应力腐蚀芯棒，在E玻璃纤维环氧树脂芯棒的制造过程中，加入液体聚酯改性剂，使其保持原有的优异电气、机械性能，并兼具耐应力腐蚀性能，以得到一种电气性能与耐应力腐蚀性能综合性能优异的复合绝缘子芯棒。
本发明提出一种用液体聚酯改性的高电压复合绝缘子用耐应力腐蚀芯棒。该芯棒采用环氧树脂基体，以及以单向、无捻的直接纱或合股纱的E玻璃纤维作为增强材料。同时在环氧树脂基体中还加入了一种液体的聚酯物质改性剂。该液体聚酯改性剂由二元酸、二元醇及低聚物二醇共缩聚合而成，其分子量为3,000～30,000。
所说的二元酸可有二种己二酸3～40％葵二酸1～35％。所说的二元醇可有二种一缩二乙二醇1～30％；2-甲基1，3-丙二醇1～20％。所说的低聚物二醇可有三种聚氧化丙烯二醇，分子量为500～4,000，羟值25～120毫克氢氧化钾每克物质，用量1～55％；聚四氢呋喃一氧化丙烯共聚二醇，分子量500～2,000，羟值50～100毫克氢氧化钾每克物质，用量0～40％；羟端基聚己二醇/六次甲基二异氰酸酯，简称聚氨酯二醇，分子量可为2,000～3,000，羟值20～30毫克氢氧化钾每克物质，用量0～30％。总投料比可为羟基/羧基＝1.1～1.15/1。
所说的液体聚酯改性剂，其用量可为环氧树脂量的3～40％。在液体聚酯改性剂中，聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃一氧化丙烯共聚二醇，即聚醚二醇的用量最好高于20％。
本发明是以现有的E玻璃纤维环氧玻璃钢芯棒为基础，在环氧树脂基体配方中另外加入改性剂，以现有的制造E玻璃纤维环氧玻璃钢芯棒的生产工艺为基础制作而成。改性剂的作用是提高耐腐蚀性能、降低玻璃钢芯棒的固化应力和介面应力，以提高玻璃钢芯棒的耐应力腐蚀性能。因此采用本发明制造的玻璃钢芯棒，完全保持了现有的E玻璃纤维环氧玻璃钢芯棒的优异电气、机械性能。并明显赋予了其耐应力腐蚀性能，直径φ10毫米～φ50毫米各种规格的产品都达到了在300兆帕机械应力及1当量硝酸溶液的同时作用下，脆断时间从原来的几小时至几十小时提高到100小时以上，且分散性大为降低。
图1为现有的制造E玻璃纤维环氧玻璃钢芯棒的拉挤工艺示意图。
实施例以制造直径φ18毫米的芯棒为例，按表1中的原材料配比合成液体聚酯改性剂。然后按照如图1所示的现有拉挤工艺，按表2中的增强材料、环氧树脂组份和改性剂三种基本材料的配比拉制芯棒。
表1<
>表2<
>液体聚酯改性剂的合成按表1的配比将原材料装入反应釜中，升温至80℃时开始搅拌。继续升温至140℃时，开始将氮气通入到反应釜中。同时，开始控制升温，要求在1小时内将物料从140℃升温到160℃。在160℃下保温2～3小时，收集生成的反应水。然后将温度在3小时内升到210℃，保温反应4～6小时。测酸值，当酸值小于1毫克氢氧化钾/克时，即降温到150℃，抽真空除去挥发物即可。
分别用表1中所列原材料配比合成的4种液体聚酯改性剂，按表2要求的用量拉制芯棒。
芯棒的拉制过程如下从纱饼1引出纱束2，共90团，经导纱板3和分纱板4，穿过直径从φ22毫米减小到φ18.2毫米的挤胶环5，6，7，8和成型模具9，至牵引装置10。长度为1.2米的成型模具9的三区温度从入口端起分别设定为130℃、185℃和180℃。
按表1配比将环氧树脂E51，甲基四氢苯二甲酸酐JHY906，内脱模剂，介面处理剂和改性剂搅拌混合均匀后备用。待模具温度达到设定值后，加入DMP-30搅拌均匀配制成树脂胶液11，每次配制的树脂胶液11使用时间不应超过6小时。将配制完成的树脂胶液11倒入胶槽12，将纱束2压入胶槽12即可启动牵引装置10。
为使各组份，特别是改性剂与环氧树脂组份充分混合，在胶槽12上装有摇摆式搅拌器13对树脂胶液11进行连续搅拌。纱束2在胶槽12中浸润上树脂胶液11后，经牵引装置10以每分钟10厘米的牵引速度通过分纱板4，挤胶环5，6，7，8挤去多余的胶液。未固化的树脂纤维体14经过加热的成型模具9后，固化成芯棒15，牵引过牵引装置10后，由切割锯16切割成所需要的长度。
权利要求
1.一种用液体聚酯改性的高电压复合绝缘子用耐应力腐蚀芯棒，其特征在于，采用环氧树脂基体，以及以单向、无捻的直接纱或合股纱的E玻璃纤维作为增强材料，同时在环氧树脂基体中还加入了一种液体的聚酯物质改性剂，该液体聚酯改性剂由二元酸、二元醇及低聚物二醇共缩聚合而成，其分子量为3,000～30,000。
2.根据权利要求1所述的高电压复合绝缘子用耐应力腐蚀芯棒，其特征在于二元酸二种己二酸3～40％，葵二酸1～35％；二元醇二种一缩二乙二醇1～30％，2-甲基1，3-丙二醇1～20％；低聚物二醇三种聚氧化丙烯二醇，分子量为500～4,000，羟值25～120毫克氢氧化钾每克物质，用量1～55％，聚四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，分子量500～2,000，羟值50～100毫克氢氧化钾每克物质，用量0～40％，羟端基聚己二醇/六次甲基二异氰酸酯，简称聚氨酯二醇，分子量为2,000～3,000，羟值20～30毫克氢氧化钾每克物质，用量0～30％，总投料比为羟基/羧基＝1.1～1.15/1。
3.根据权利要求1或2，其中所说的液体聚酯改性剂，其原料组成中，聚氧化丙烯二醇和聚四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇，即聚醚二醇的用量应高于20％。
4.根据权利要求1或2，其中所说的液体聚酯改性剂，其用量为环氧树脂量的3～40％。
全文摘要
本发明属于纤维增强塑料制造技术领域,采用环氧树脂基体,以及以单向、无捻的直接纱或合股纱的E玻璃纤维作为增强材料,同时在环氧树脂基体中还加入了一种液体的聚酯物质改性剂,该液体聚酯改性剂由二元酸、二元醇及低聚物二醇共缩聚合而成,其分子量为3,000～30,000。本发明可保持原有的优异电气、机械性能,并兼具耐应力腐蚀性能,以得到一种电气性能与耐应力腐蚀性能综合性能优异的复合绝缘子芯棒。
文档编号H01B17/02GK1267063SQ0010563
公开日2000年9月20日 申请日期2000年4月14日 优先权日2000年4月14日
发明者梁曦东, 李泽文, 范炬, 李路, 汤存燕 申请人:清华大学, 哈尔滨市森龙绝缘材料研究所