本实用新型涉及一种芯棒及其绝缘子，尤其是一种复合支柱绝缘子用芯棒及其绝缘子。
背景技术：
随着特高压线路在我国逐年增多，输变电用支柱绝缘子的用量也随之增加。目前，输变电用的支柱绝缘子包括三种：全瓷型、瓷芯加硅橡胶伞裙型、复合材料内芯外加硅橡胶伞裙型。全瓷型支柱绝缘子重量重，容易出现断裂、脆断，电压等级高后长度加大。瓷芯加硅橡胶伞裙型的支柱绝缘子则存在外伞裙硅橡胶材料与陶瓷芯棒粘接不牢，产生气泡的现象，影响了产品的电气性能和寿命。随着输变电电压等级的提高，复合材料芯棒外加硅橡胶伞裙型支柱绝缘子(以下简称“复合支柱绝缘子”)的用量占比随之增大。
复合支柱绝缘子的芯棒采用复合材料制成，由于直径较大，采用拉挤工艺很难一次拉挤成型。芯棒的成型方式包括：(1)将各种规格的小拉挤棒捆绑在一起，进行整体灌注。这种工艺由于较细的多只芯棒结构导致粘接层过多，在芯棒的横截面积中占据了较大的面积比例；固化过程中内部产生较大而不均的内应力，应力不均导致内部产生裂纹，因而在实际使用过程中很难达到理想的使用效果。(2)内部采用拉挤芯棒，外层进行三次缠绕，缠绕角度为30～60°。这种方式虽然可以满足实际使用要求，但是生产效率较低，外层进行三次缠绕即需固化三次，对于缠绕过程中的工序要求较多，且耗能较大，大大提高了产品的制造成本。申请号为200810235759.2的中国专利申请公开了一种特高压支柱复合绝缘子用芯棒，所述芯棒由棒芯和缠绕管组成，缠绕管由三个铺层组成，每个铺层均由内层和外层组成，且内层的缠绕角度在25～35°，外层的缠绕角度在55～65°。这样的芯棒仅能满足常规的支柱绝缘子的要求，但是生产效率依然低下，成本较高。
技术实现要素：
传统的观点认为，芯棒需要两次以上的缠绕，形成两个以上缠绕层，其性能才能满足使用要求。本申请的发明人则意外地发现，仅仅通过一次缠绕，形成唯一缠绕层即可让芯棒及其绝缘子的性能满足使用要求。
本实用新型的目的之一在于提供一种芯棒，该芯棒能够满足弯曲性能要求高的绝缘子，特别是支柱绝缘子使用要求，并且生产效率高、生产成本低。
本实用新型的目的之二在于提供一种包括上述芯棒的绝缘子，所述绝缘子弯曲性能高，并且生产效率高、生产成本低。
本实用新型的芯棒包括内芯和唯一缠绕层，所述的缠绕层缠绕在所述内芯的外部；所述缠绕层包括第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组的缠绕角度为3°～8°，第二缠绕组的缠绕角度为80°～89°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为7～9:1～3；所述的第一缠绕组和所述的第二缠绕组交替排列；并且所述的缠绕层的厚度为80～150mm。
根据本实用新型的芯棒，所述的缠绕层的厚度可以为80～150mm，优选为90～130mm，更优选为100～120mm。
根据本实用新型的芯棒，所述第一缠绕组的缠绕角度可以为3°～8°，优选为3°～6°，更优选为3°～5°；所述第二缠绕组的缠绕角度可以为80°～89°，优选为82°～87°，更优选为83°～85°。所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例可以为7～9:1～3，优选为7.5～8.5:1.5～2.5。根据本实用新型一种优选的实施方式，所述第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为8:2。由于采用本实用新型的缠绕层结构，特别是特定的缠绕组的角度和厚度比例，使得芯棒的弯曲性能并没有降低，并且仅仅通过一次缠绕即可成型。
根据本实用新型的芯棒，优选地，所述第一缠绕组的厚度为4～16mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。更优选地，所述第一缠绕组的厚度为4.5～15mm，所述第二缠绕组的厚度为1～3.5mm。再优选地，所述第一缠绕组的厚度为5～12mm，所述第二缠绕组的厚度为1.25～3mm。由于采用本实用新型的缠绕方式和厚度比例时，芯棒的弯曲强度得到提高，并且仅仅通过一次缠绕即可成型。
根据本实用新型的芯棒，所述的唯一缠绕层包含多个所述第一缠绕组和第二缠绕组，且第一缠绕组和第二缠绕组交替排列，缠绕组的数量根据芯棒的实际需要的厚度确定。优选地，唯一缠绕层包含10～30个第一缠绕组和10～30个第二缠绕组，更优选地，该缠绕层包含15～20个第一缠绕组和15～20个第二缠绕组。
根据本实用新型的芯棒，所述内芯的直径可以为90～130mm。本实用新型的结构尤其适合大直径的芯棒，因此，更优选地，所述内芯(例如拉挤棒)的直径为105～125mm。
根据本实用新型的芯棒，优选地，所述内芯采用纯拉挤棒或灌注拉挤棒，优选为灌注拉挤棒。所述内芯的外表面优选具有螺纹，以利于缠绕层与内芯的首次缠绕接触。根据本实用新型的一种实施方式，所述螺纹深度为0.2mm～0.7mm，优选为0.3mm～0.6mm，更优选为0.5mm；螺纹螺距为1mm～6mm，优选为2mm～4mm，更优选为3mm。
根据本实用新型的芯棒，优选地，所述缠绕层的缠绕材料可采用无碱无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系、无碱无硼无捻纤维+胺类固化环氧树脂体系、无碱无捻纤维+胺类固化环氧树脂体系、无碱无硼无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系。优选地，所述缠绕层的缠绕材料采用无碱无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系，或者无碱无硼无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系，更优选为无碱无硼无捻纤维+酸酐类环氧树脂体系。
根据本实用新型的芯棒，优选地，所述内芯与所述缠绕层之间设有粘结层，以利于增加内芯与缠绕层之间的结合性能。所述粘结层材料为环氧树脂，例如可以采用酸酐固化类环氧树脂体系、胺类固化环氧树脂体系等，优选采用酸酐类环氧树脂体系。
本实用新型的芯棒可采用如下方法制造。
(1)清洁：对所述内芯的外表面进行清洁处理；
(2)形成唯一缠绕层：将树脂涂覆在清洁后的内芯的外表面，然后交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，再进行固化处理，形成唯一缠绕层。
(3)加工：按产品要求尺寸进行加工处理。
在步骤(1)之前，还可以包括对内芯的外表面进行车加工处理的步骤。在内芯的外表面车加工出螺纹，螺纹深度可以为0.2～0.7mm，优选为0.3～0.65mm，更优选为0.5～0.6mm；螺纹螺距为1～6mm，优选为2～5mm，更优选为3～4mm。
步骤(1)中，采用酒精擦拭进行清洁。例如，采用豆包布蘸酒精擦拭2～5次，优选为3～4次；每次间隔时间5～15分钟，优选8～12分钟。步骤(2)中，所述第一缠绕组的厚度为4～16mm，所述第二缠绕组的厚度为1～4mm。所述第一缠绕组的厚度优选为4.5～15mm，所述第二缠绕组的厚度优选为1～3.5mm。所述的缠绕层的厚度可以为80～150mm，优选为90～130mm，更优选为100～120mm。
本实用新型还提供一种绝缘子，所述绝缘子包括上述芯棒。优选地，所述绝缘子为支柱绝缘子。由于采用本实用新型的芯棒，得到的绝缘子具有优良的弯曲性能。
与现有的芯棒相比，本实用新型的芯棒仅仅包括一个缠绕层。本实用新型采用了特殊的角度设计和厚度排布，因而具有更优良的弯曲性能，能够满足对弯曲性能等力学要求高的支柱绝缘子的要求。本实用新型的芯棒仅仅通过一次缠绕即可成型，大大提高了芯棒及其绝缘子的生产效率，同时芯棒的弯曲性能没有降低。
附图说明
图1为实施例1的芯棒结构示意图。
附图标记说明如下：
1-螺纹；2-拉挤棒内芯；3-缠绕层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。本实用新型中，所述缠绕组的缠绕角度是指缠绕材料与内芯轴向之间的角度。
实施例1
图1为实施例1的芯棒结构示意图。该芯棒包括拉挤棒内芯2和缠绕层3，缠绕层3缠绕在拉挤棒内芯2的外部。拉挤棒内芯2的外表面具有螺纹1，螺纹1的深度0.5mm，螺纹1的螺距为3mm。缠绕层3的缠绕丝的材料为无碱无硼无捻玻璃纤维。拉挤棒内芯2的直径为110mm，缠绕层3厚度为100mm。拉挤棒内芯2与缠绕层3之间设有粘结层，粘结层的材料为酸酐固化环氧树脂。缠绕层3由交替排列的第一缠绕组和第二缠绕组组成，第一缠绕组的缠绕角度为8°，第二缠绕组的缠绕角度为85°，且第一缠绕组与第二缠绕组的厚度比例为8:2。
以下介绍芯棒的制造方法：
首先对拉挤棒内芯2进行表面车加工处理，车加工出螺纹1。然后进用毛刷刷掉表面加工出的碎屑，用豆包布蘸酒精擦拭3遍，每遍间隔时间为10分钟。将清洁后的内芯用毛滚蘸缠绕用树脂在内芯棒表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，交替缠绕第一缠绕组和第二缠绕组，第一缠绕组和第二缠绕组的缠绕角度分别为8°、85°，厚度比为：8°：85°＝8:2；缠绕厚度达到100mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到缠绕层3。按产品要求尺寸进行加工处理。
对比例1
首先对直径为110mm的拉挤棒内芯进行表面车加工处理，车加工出螺纹，螺纹深度约0.5mm，螺纹螺距控制在约3mm。然后用毛刷刷掉表面加工出的碎屑，然后用豆包布蘸酒精擦拭3遍，每遍间隔时间为10分钟。将清洁后的内芯用毛滚蘸缠绕用树脂在内芯棒表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，第一缠绕组缠绕角度为30°，缠绕至厚度约25mm；再缠绕第二缠绕组，第二缠绕组的缠绕角度为60°，厚度约25mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到第一缠绕层。将第一缠绕层的外表面涂刷树脂，架于缠绕机上进行缠绕，第一缠绕组缠绕角度为30°，缠绕至厚度约25mm；再缠绕第二缠绕组，第二缠绕组的缠绕角度为60°，厚度约25mm时，停止缠绕，进行固化处理，得到第二缠绕层。按产品要求尺寸进行加工处理。
实验例
采用吸红试验对实施例1和对比例1的芯棒进行检验，结果显示，产品内部未出现缺陷。
取实施例1和对比例1的芯棒，按照常规方法分别安装3个伞裙的伞套，两端安装金属法兰，分别得到实施例1和对比例1的绝缘子。采用GB/T25096-2010中《9.3.1弯曲破坏负荷试验》的方法，测试实施例1和对比例1的绝缘子的弯曲负荷，测得对比例1的绝缘子的最大弯曲负荷为19.2kN，实施例1的的绝缘子最大弯曲负荷为26kN。
在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。