专利名称：整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压电力设备上的绝缘传动部件，尤其涉及高压断路器上传递扭转、 拉伸载荷的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒。
背景技术：
绝缘传动构件是高压断路器、GIS等电力设备上的关键部件，质量好坏直接影响上 述设备乃至整个电网运行的可靠性与安全性。所以，高压断路器等设备的生产厂家都对 绝缘传动构件提出了较高的机械性能与电气性能要求。
目前，高压断路器等设备使用的传递扭力的绝缘扭杆大多是氧化铝填充环氧树脂浇 铸体镶嵌金属嵌件形式制品，该种结构形式产品不能承受大力矩载荷，且环氧树脂浇铸 体的质量分散性大，产品必须严格检验，即使如此，设备运行的可靠性也不高。如果采 用真空浸渍管粘结金属嵌件形式的产品，测试结果显示，受到胶粘剂性能的限制，这种 粘结方式生产的产品的金属附件的粘结强度也不能满足大扭转载荷的要求。
高压断路器等设备使用的传递拉力的绝缘拉杆大多采用无碱玻璃纤维增强环氧树脂 复合材料管为绝缘体，该复合材料管采用真空压力浸胶工艺生产，按设计要求截取一定 长度，在复合材料管两端与金属嵌件之间靠胶粘剂粘结。为了提高复合材料管两端与金 属嵌件之间粘结强度，有人在金属嵌件上加工出多条深度为03 0.7mm环形沟槽，将绝 缘管与金属嵌件接触的部分加工粗糙，表面粗糙度Ra为12.5 50lim,然后在二者之间 填充环氧胶粘剂，将二者粘结在一起。受到胶粘剂性能的限制，这种粘结方式生产的产 品的机械性能仍然偏低，不能满足高机械负荷的开关设备的使用要求。同时，受到粘结 工艺的限制，绝缘管与金属嵌件的粘结过程容易产生胶粘剂流挂和填充不满等质量隐患。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种机械性能能够满足 设计要求，质量分散性小，性能稳定可靠的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒。 为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。
一种整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，它包括一体成型的带金属嵌件部的 复合材料绝缘棒以及连接附件，所述金属嵌件部位于复合材料绝缘棒的两端，连接附件
通过金属嵌件部与复合材料绝缘棒相连。
所述金属嵌件部套设于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料芯棒上并在芯棒和金属 嵌件部的外表面包覆复合材料层后成型为复合材料绝缘棒。
所述复合材料层由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层和涤纶布增强环氧树脂复 合材料层构成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层包覆于芯棒和金属嵌件部的外表 面，涤纶布增强环氧树脂复合材料层包覆于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层上。
所述金属嵌件部上与复合材料层的结合处开设有一条或一条以上的沟槽。
所述沟槽的截面为u型。
所述沟槽内填设有无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层。 所述沟槽为轴向沟槽、环向沟槽或轴向沟槽和环向沟槽。 所述金属嵌件部与复合材料层相接的一端设有可避免场强集中的圆角。 与现有技术相比，本实用新型的优点就在于-
1、 复合材料绝缘棒上带有一体成型的金属嵌件部，它是通过将金属嵌件部套设在无 碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成的芯棒上，在该芯棒和金属嵌件部的外表面巻绕 增强材料，浸渍环氧树脂并固化后， 一体成型为带嵌件的复合材料绝缘棒。该种整体成 型结构的产品，金属嵌件部与复合材料绝缘棒之间的结合不需要通过胶粘实现，可免去 粘结工序。同时，相比于现有技术中环氧浇铸形式的产品，本实用新型可以承担更高扭
转载荷，而且产品质量稳定和可靠性高；相比与真空浸渍管粘结金属附件形式的产品， 本实用新型的复合材料与金属嵌件部之间的结合强度成倍增加，通过复合材料与金属嵌 件部结合界面的设计，可以使产品满足不同载荷的电力设备的要求。
2、 复合材料绝缘棒的复合材料层由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层和涤纶布 增强环氧树脂复合材料层构成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层包覆于芯棒和金 属嵌件部的外表面；涤纶布增强环氧树脂复合材料层包覆于无碱玻璃纤维增强环氧树脂 复合材料层上，起到防腐的作用。
3、 金属嵌件部上与复合材料层的结合处开设有沟槽，可根据传动构件的机械性能要 求和复合材料层的力学性能设计沟槽的数量、方向和截面尺寸，在产品的制作过程中用 无碱玻璃纤维布和无碱玻璃纤维将沟槽填满，再浸渍树脂并固化形成复合材料，使复合 材料层与金属嵌件部粘结在一起，并形成环环相扣的整体结构，最终实现复合材料层与 金属嵌件部的机械咬合，从而提高该结合处的抗扭性能和抗拉性能。
4、 以实芯棒为绝缘传动构件，可以增强绝缘传动构件的电气绝缘能力，在同等长度
情况下，绝缘电压等级更高。
5、金属嵌件部与复合材料层相接的一端设有圆角，该圆角根据金属嵌件部形状对电 场分布的影响设计，可减少金属嵌件部端部的场强集中。
图l是实施例l的立体图2是实施例1的主视图3是图2中金属嵌件部与复合材料层相接处的放大图； 图4是实施例1的金属嵌件部的立体图； 图5是实施例2的立体图； 图6是实施例2的主视图7是图6中金属嵌件部与复合材料层相接处的放大图8是实施例2的第一金属嵌件部的立体图9是实施例2的第二金属嵌件部的立体图IO是本实用新型复合材料绝缘棒的坯体示意图11是本实用新型复合材料绝缘棒的坯体经车削加工后的示意图。
图中各标号表示
I、 复合材料绝缘棒 2、连接附件
II、 棒体 12、金属嵌件部 13、复合材料层 14、沟槽
15、圆角 120、第一金属嵌件部
121、第二金属嵌件部
131、 无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层
132、 涤纶布增强环氧树脂复合材料层
141、轴向沟槽 142、环向沟槽
具体实施方式
本实用新型的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，它包括复合材料绝缘棒1 以及连接附件2，该复合材料绝缘棒1是通过将两个金属嵌件部12套设在芯棒11的两 端，并在芯棒11和金属嵌件部12的外表面覆盖复合材料层13，采用复合材料绝缘传 动构件整体成型工艺浸渍环氧树脂并固化后， 一体成型的带金属嵌件部12的复合材料 绝缘棒l，该芯棒11用无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成，连接附件2通过金
属嵌件部12与复合材料绝缘棒1相连。为了保证绝缘传动构件的力学性能，可在金属 嵌件部12上与复合材料层13的结合处开设截面为U型的沟槽14，沟槽14的数量、方 向和截面尺寸均根据传动件的机械性能要求和复合材料层13的力学性能设计，在产品 的制作过程中用无碱玻璃纤维布和无碱玻璃纤维将沟槽14填满，再浸渍树脂并固化形 成复合材料，最终实现复合材料层13与金属嵌件部12的机械咬合，从而提高该结合处 的抗扭性能和抗拉性能。该复合材料层13由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131 和涤纶布增强环氧树脂复合材料层132构成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层 131包覆于芯棒11和金属嵌件部12的外表面；漆纶布增强环氧树脂复合材料层132包 覆于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131上，起到防腐的作用。在制作复合材料 绝缘棒1时，先将两个金属嵌件部12套设在芯棒11的两端，用无碱玻璃纤维布和无碱 玻璃纤维将金属嵌件部12上的沟槽14填满，再用无碱玻璃纤维布和涤纶布巻绕，固定 该铺层后放入模具中，真空干燥处理后，采用真空辅助树脂传递模塑(Resin Transfer Molding)工艺专用的树脂传递模塑注射机(即RTM注射机)进行环氧树脂注射，并使 环氧树脂完全浸渍无碱玻璃纤维、无碱玻璃纤维布和漆纶布，再将环氧树脂固化形成复 合材料层13，并使复合材料层13、芯棒11和金属嵌件部12结合成一体，脱模后得到 如图IO所示的复合材料绝缘棒1的坯体，再用车床对该复合材料绝缘棒1的坯体进行 车削加工，去掉金属嵌件部12上安装连接附件2处的多余的复合材料和树脂固化物， 形成如图11所示的复合材料绝缘棒1,再将连接附件2与金属嵌件部12装配在一起， 形成整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒成品。
实施例l:如图1至图4所示，本实用新型的一种主要用于承载拉力的整体成型的 带嵌件的复合材料绝缘传动棒，它包括一体成型的带金属嵌件部12的复合材料绝缘棒 1以及两件连接附件2，金属嵌件部12位于复合材料绝缘棒1的两端，两件连接附件2 分别与一金属嵌件部12以螺纹方式连接。该复合材料绝缘棒1是通过将两个金属嵌件 部12套设在芯棒11的两端，并在芯棒11和金属嵌件部12的外表面覆盖复合材料层 13，采用整体成型工艺浸渍环氧树脂并固化后， 一体成型的带金属嵌件部12的复合材 料绝缘棒l，该芯棒11用无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成。该复合材料层13 由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131和涤纶布增强环氧树脂复合材料层132构 成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131包覆于芯棒11和金属嵌件部12的外表 面；涤纶布增强环氧树脂复合材料层132包覆于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层 131上，起到防腐的作用。在金属嵌件部12上与复合材料层13的结合处开设有截面为
U型的沟槽14，沟槽14的数量、方向和截面尺寸均根据传动件的机械性能要求和复合 材料层13的力学性能设计。由于本实施例的绝缘传动棒主要用于承载拉力，故在金属 嵌件部12上设有三条环向开设的环向沟槽142，三条环向沟槽142沿金属嵌件部12的 轴向分布，在辅设增强材料时用无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布将三条环向沟槽142填 满，注射树脂时，环氧树脂浸入环向沟槽142内的无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布中， 再将环氧树脂固化形成复合材料层13，并使复合材料层13和金属嵌件部12结合成一 体，并形成环环相扣的整体结构，最终实现复合材料层13与金属嵌件部12的机械咬合， 使本实施例的绝缘传动棒的抗拉能力成倍提高；同时，金属嵌件部12与复合材料层13 之间的结合不需要通过胶粘实现，可免去粘结工序；产品的机械性能和质量稳定性都大 大提高，生产工艺得到简化，生产效率得到提高。在金属嵌件部12与复合材料层13相 接的一端设有圆角15，该圆角15根据金属嵌件部形状对电场分布的影响设计，可减少 金属嵌件部12端部的场强集中。
实施例2:如图5至图9所示，本实用新型的一种主要用于承载扭力、同时还需要 承载一定拉力的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘;专动棒，它包括一体成型的带金属嵌 件部12的复合材料绝缘棒1以及一件连接附件2，金属嵌件部12包括分别位于复合材 料绝缘棒1两端的第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121，第一金属嵌件部120上 带有与开关设备连接的六方头，第二金属嵌件部121与连接附件2通过销钉连接。该复 合材料绝缘棒1是通过将第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121分别套设在芯棒 11的两端，并在芯棒11、第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121的外表面覆盖复 合材料层13，采用整体成型工艺浸渍环氧树脂并固化后， 一体成型的带金属嵌件部12 的复合材料绝缘棒1，该芯棒11用无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料制成。该复合 材料层13由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131和涤纶布增强环氧树脂复合材 料层132构成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131包覆于芯棒11、第一金属 嵌件部120和第二金属嵌件部121的外表面；涤纶布增强环氧树脂复合材料层132包覆 于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层131上，起到防腐的作用。在第一金属嵌件部 120和第二金属嵌件部121上与复合材料层13的结合处均开设有截面为U型的沟槽14, 沟槽14的数量、方向和截面尺寸均根据传动件的机械性能要求和复合材料层13的力学 性能设计。由于本实施例的绝缘传动棒主要承载扭力、同时还需要承载一定拉力，故在 第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121上设有八条轴向沟槽141和四条环向沟槽 142，轴向沟槽141沿轴向开设，并沿周向均匀布置；环向沟槽142沿环向开设，并沿
轴向分布，在辅设增强材料时用无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布将各轴向沟槽141和环 向沟槽142填满，在树脂注射过程中将环氧树脂浸入轴向沟槽141和环向沟槽142内的 无碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维布中，待环氧树脂固化后在环向沟槽142内形成复合材 料，使复合材料层13与第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121粘结在一起，并形 成环环相扣的整体结构，最终实现复合材料层13与第一金属嵌件部120和第二金属嵌 件部121的机械咬合，使本实施例的整体成型复合材料绝缘传动棒的抗扭能力和抗拉能 力成倍提高；同时，复合材料层13与第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121之间 的结合也不再需要通过胶粘实现，可免去粘结工序；相比于现有技术中用胶粘剂将绝缘 棒和金属嵌件连接在一起的结构，本实用新型的机械性能和质量稳定性都有提高，生产 工艺得到简化，生产效率得到提高。在第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121与复 合材料层13相接的一端设有圆角15,该圆角15根据金属嵌件部12形状对电场分布的 影响设计，可减少第一金属嵌件部120和第二金属嵌件部121端部的场强集中。
权利要求1、一种整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于它包括一体成型的带金属嵌件部(12)的复合材料绝缘棒(1)以及连接附件(2)，所述金属嵌件部(12)位于复合材料绝缘棒(1)的两端，连接附件(2)通过金属嵌件部(12)与复合材料绝缘棒(1)相连。
2、 根据权利要求1所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述金属嵌件部(12)套设于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料芯棒(11)上并在芯 棒(11)和金属嵌件部(12)的外表面包覆复合材料层(13)后成型为复合材料绝缘棒(1)。
3、 根据权利要求2所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述复合材料层(13)由无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层(131)和涤纶布增强环 氧树脂复合材料层(132)构成，无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层(131)包覆于 芯棒(11)和金属嵌件部(12)的外表面，涤纶布增强环氧树脂复合材料层(132)包覆 于无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层(131)上。
4、 根据权利要求2或3所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在 于所述金属嵌件部(12)上与复合材料层(13)的结合处开设有一条或一条以上的沟 槽(14)。
5、 根据权利要求4所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述沟槽(14)的截面为U型。
6、 根据权利要求5所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述沟槽(14)内填设有无碱玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层(131)。
7、 根据权利要求6所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述沟槽(14)为轴向沟槽(141)、环向沟槽(142)或轴向沟槽(141)和环向沟槽(142)。
8、 根据权利要求2或3所述的整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，其特征在 于所述金属嵌件部(12)与复合材料层(13)相接的一端设有可避免场强集中的圆角(15)。
9、 根据权利要求7所述的整体成型的复带嵌件的合材料绝缘传动棒，其特征在于 所述金属嵌件部(12)与复合材料层(13)相接的一端设有可避免场强集中的圆角(15)。
专利摘要一种整体成型的带嵌件的复合材料绝缘传动棒，包括整体成型的带金属嵌件部的复合材料绝缘棒以及连接附件，金属嵌件部位于复合材料绝缘棒的两端，连接附件通过金属嵌件部与复合材料绝缘棒相连。该整体成型的金属嵌件部与复合材料层的结合强度可以根据绝缘传动构件的要求进行设计，二者间的结合强度与胶粘剂粘结结构相比有成倍增加，且稳定性与可靠性高。由于用整体成型工艺制作复合材料绝缘棒，免除了金属附件的粘结过程，简化了生产工艺。同时在环氧树脂中添加了无碱玻璃纤维等增强材料，使复合材料绝缘棒的机械性能大幅度升高。金属嵌件部与复合材料层结合端根据嵌件形状对电场分布的影响设计成圆角，可减少金属嵌件部端部场强的集中。
文档编号H01B17/56GK201188335SQ20082005282
公开日2009年1月28日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者付智军, 张长安 申请人:张长安;付智军