CN102942767A - 绝缘组合物、应用其的绝缘材料、伞套和绝缘子及制法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种绝缘组合物、应用其的绝缘材料、伞套和绝缘子及制法。以重量份计，该组合物包括：100重量份A组分，包括：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比为70-90：30-10；80-120重量份B组分，包括：固化剂和促进剂，其中固化剂与促进剂的重量比为100:1-5；以及200-400重量份C组分，包括：填料。该绝缘材料组合物具有优良的憎水性、憎水迁移性、高机械强度、良好的抗磨损性能和抗外力破坏能力，能够满足绝缘子加工和运行要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘用组合物及将该组合物应用在绝缘子中，尤其是涉及一种包括憎水性脂环族环氧化合物的组合物及将其应用于制备高压复合绝缘子。
背景技术
复合绝缘子在重量、测零值、耐污闪电压等方面，尤其是污闪电压高上相比瓷质绝缘子有很大的优越性，因此越来越受到行业的青睐。传统环氧树脂，其电气机械性能和加工工艺性能都十分优良，因此可以作为结构性绝缘材料用作绝缘子的伞套。在国外，环氧树脂在电力行业的应用已经有40年的成功使用经验。脂环族环氧树脂的化学结构是含有饱合脂环而不含苯核，因此有良好的抗紫外线能力和耐候性能，因此即使在恶劣应用环境下也能保持上述性能。同时，脂环族环氧树脂固化物交联度高，具有很高的耐温性，可耐热190℃以上，热分解温度320℃以上，适用于户外使用，受到各行业日益广泛垂识。
然而，高压复合绝缘子行业具有其使用工况的特殊要求，如：耐污秽性能、多种条件下的耐老化性能、耐电弧性能和耐漏电起痕性能等。需要通过使伞套材料具有优良的憎水性、憎水性迁移和憎水性恢复来达到上述这样的要求。然而现有单一的现有脂环族环氧树脂应用于高压复合绝缘子领域不能满足相应的性能要求，特别是不能满足复合绝缘子加工与运行过程中的特殊性，如抗弯、韧性、耐低温以及优良的密封性能等。
研究发现，复合绝缘子的伞裙结构与污闪电压之间存在一定的关系，使得其他条件相同但伞裙结构不同的复合绝缘子其污闪电压不同。伞径对复合绝缘子污闪特性的影响如下：伞径加大，则复合绝缘子的等效直径增大，对污闪特性有消极影响；伞径过小则会导致泄漏距离的不足。
虽然复合绝缘子的爬电距离相应增大，在一定程度上可以提高污闪电压，但是提高的程度有限，反而导致爬电距离的利用率相对降低，并且过大的伞径会消耗过多的材料，不具有经济效益。因此选择伞径的首要原则是，在保证整支绝缘子满足泄漏距离的前提下选择具有经济效益的伞径。
伞间距对复合绝缘子污闪特性的影响如下：伞间距增大，首先可以提高复合绝缘子的积污特性；其次，可以有效地抑制伞间桥接，防止严重覆冰覆雪以及阻滞电弧的串接；第三，可以提升爬电距离的利用率。但是伞间距增大的前提条件是保证整支复合绝缘子具有充足的爬电距离。相反的，伞间距减小，在绝缘高度一定的情况下可以提高复合绝缘子的爬电距离，但是污闪电压并不随爬电距离的增加而线性增长。并且，伞间距过小，伞间容易发生桥接，爬电距离的利用率相对降低。
据不完全统计，国内电力系统发生的绝缘子脆断事故已达多起，脆断往往发生在复合绝缘子场强集中的高压端，发生脆断事故的复合绝缘子一般都存在伞套、端部密封破损的情况。一般认为：脆断发生的概率很小，无法预防，无法检测，但对电网、接触网的危害极大。所以，复合绝缘子端部密封设计质量的好坏和工艺质量的好坏是杜绝复合绝缘子发生脆断事故的关键。
复合绝缘子运行地理范围广，不同地区具有其地理特殊性，从而造成运行工况复杂，同时复合绝缘子在运输、安装与维护过程存在外界不确定因素，从而影响复合绝缘子的安全运行。
发明内容
本发明所要解决的第一技术问题是：提供了一种绝缘材料组合物，具有优良的憎水性、憎水迁移性、高机械强度、良好的抗磨损性能和抗外力破坏能力，并且能够满足绝缘子加工和运行要求。
本发明所要解决的第二技术问题是：提供了一种应用上述绝缘材料组合物作为伞套的绝缘子，该绝缘子是一种适用于输变电线路、电气化铁路及城市轨道交通接触网系统的高压复合绝缘子，污闪电压高，并且在使用过程中能防止发生脆断，同时该产品具有防鸟害、抗风沙、抗外力破坏和可攀踏等性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供的第一技术方案是：一种绝缘材料组合物，以重量份计，该组合物包括，
100重量份A组分，包括：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比为70-90：30-10；
80-120重量份B组分，包括：固化剂和促进剂，其中固化剂与促进剂的重量比为100:1-5；以及
200-400重量份C组分包括：填料。
前述的绝缘材料组合物，包括100重量份A组分：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，其中所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比例为70-90：30-10；80-100重量份B组分：固化剂和促进剂；以及270-350重量份C组分：填料。
前述的绝缘材料组合物，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯是六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯，
其结构式为：
前述的绝缘材料组合物，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯是4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯，
其结构式为：
前述的绝缘材料组合物，所述柔性环氧树脂是弹性体增韧环氧树脂。
前述的绝缘材料组合物，所述柔性环氧树脂是丁腈橡胶、聚氨酯、有机硅或聚丙烯酸酯增韧环氧树脂。
前述的绝缘材料组合物，所述柔性环氧树脂是端羧基丁腈橡胶（CTBN）增韧双酚A环氧树脂，所述丁腈橡胶与双酚A环氧树脂的重量比为100：12-18，其中所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为10-26%，数均分子量为3400-4000，平均官能度为1.8-2.3；所述双酚A环氧树脂的环氧当量为160～200。
前述的绝缘材料组合物，所述双酚A环氧树脂是双酚A二缩水甘油醚。
前述的绝缘材料组合物，所述固化剂是甲基六氢苯酐。
前述的绝缘材料组合物，所述促进剂是叔胺类促进剂或咪唑类促进剂。
前述的绝缘材料组合物，所述叔胺类促进剂是DMP-30（2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚）或二甲基苯胺；所述咪唑类促进剂是2-甲基咪唑或2-乙基咪唑。
前述的绝缘材料组合物，所述填料是二氧化硅或氢氧化铝中的至少一种。
前述的绝缘材料组合物，所述填料由5wt%的38微米＜粒径≤48微米（300目）的粒子，80wt%的23微米＜粒径≤38微米（400目）的粒子、10wt%的13微米＜粒径≤23微米（600目）的粒子，以及5wt%的粒径≤13微米（1000目）的粒子混合配制而成。
前述的伞套绝缘材料组合物，以C组分总重量百分比计，所述C组分进一步包括0.1-1%紫外光吸收剂、0.1-1%稳定剂、0.1-1%阻燃剂或0.1-1%偶联剂中的一种或多种。
前述的绝缘材料组合物，所述紫外光吸收剂是4-二羟基二苯甲酮。
前述的绝缘材料组合物，所述稳定剂是硬质酸锌或硬脂酸镁。
前述的绝缘材料组合物，所述阻燃剂是氢氧化镁、氢氧化铝或红磷。
前述的绝缘材料组合物，所述偶联剂是硅烷偶联剂，包括：KH-560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）、KH-550（γ-氨基丙基三乙氧基硅烷）、A-174（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）、A186（β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷）。
本发明提供的第二技术方案是：上述绝缘材料组合物在绝缘子伞套中的应用。
本发明提供的第三技术方案是：一种绝缘材料，采用上述的绝缘材料组合物固化而成。
本发明提供的第四技术方案是：一种绝缘子伞套，采用上述的绝缘材料组合物固化而成。
本发明提供的第五技术方案是：一种复合绝缘子，该复合绝缘子包括芯棒、金具，以及外表面上带有多个伞裙的伞套；其中，芯棒两端分别插入于金具的中心孔与两端金具紧密结合；其中，所述伞套由上述的绝缘材料组合物固化形成于芯棒的外表面且延伸至金具表面形成密封。
本发明提供的第六技术方案是：一种带有伞套的复合绝缘子的制备方法，该方法包括：
（1）将芯棒插入到金具的中心孔中，然后压紧得到芯棒-金具复合体；
（2）将步骤（1）所得复合体放入到模具中的相应位置；
（3）将如上所述的A组分，B组分以及C组分混合，搅拌，然后抽真空，真空度为（-0.06）-0.15Mpa，得到混和胶；
（4）将步骤（3）所得混合胶注射入到模具中，并进行第一次固化，固化温度为130-170℃；
（5）脱模然后进行第二次固化，固化温度为110-130℃，得到带有伞套的复合绝缘子，其中，伞套外表面上带有多个伞裙，且伞套覆盖芯棒的外表面且延伸至金具表面形成密封。
前述的绝缘子的制备方法，步骤（1）中压紧的压接参数为绝缘子强度-时间曲线斜率为4%时的压接参数。
前述的绝缘子的制备方法，压接力为80-180bar。
前述的绝缘子的制备方法，步骤（4）中，所述注射工艺为自动压力凝胶成型工艺，进料压力为0.1-0.4MPa，进料时间为3-5min。
本发明提供的第七技术方案是：一种带有伞套的复合绝缘子，采用上述的制备方法制成。
本发明通过对绝缘材料组合物A、B、C三组分配比和成分的优化改性，制备了一种满足高压复合绝缘子伞套要求的组合物，该组合物在具有优良的电气性能和机械强度的同时，具有优异的憎水性、憎水性迁移性和憎水性恢复特性。
附图说明
图1是本发明一种具体实施方式复合绝缘子的结构示意图。
图2是图1复合绝缘子沿A剖面示意图。
图3是本发明另一种具体实施方式复合绝缘子的结构示意图。
图4是图3复合绝缘子沿B剖面示意图。
图5是本发明又一种具体实施方式复合绝缘子的结构示意图。
图6是图5复合绝缘子沿C剖面示意图。
具体实施方式
为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。
本发明公开了一种绝缘材料组合物及其制备的复合绝缘子。通过对脂环族环氧树脂组分的优化，获得了满足高压复合绝缘子伞套要求，同时满足复合绝缘子加工与运行过程要求的绝缘材料组合物。
复合绝缘子包括芯棒、芯棒两端设置的金具以及芯棒外覆盖的带有若干伞裙的伞套。本发明采用绝缘材料组合物制备伞套，并通过对伞裙结构的合理优化设计，使所得产品污闪特性最佳。另外，通过伞套用材料在金具外表面固化成型的密封结构，实现复合绝缘子的高强度的密封。本发明复合绝缘子产品在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时，提高了防鸟啄、抗风沙、抗外力破坏的能力，并且在一定范围内使其具有了可攀踏性能。
一种绝缘材料组合物，以重量份计，包括，
100重量份A组分，包括：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比为70-90：30-10；
80-120重量份B组分，包括：固化剂和促进剂，其中固化剂与促进剂的重量比为100:1-5；以及
200-400重量份C组分，包括：填料。
表1所示是本发明各组分的性能参数。
表1
在一个优选的实施方式中，绝缘材料组合物，包括100重量份A组分：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比例为70-90：30-10；80-100重量份B组分：固化剂、促进剂；以及270-350重量份C组分：填料。
本发明所用环己烷二甲酸二缩水甘油酯优选六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯，
其结构式为：
或4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯，
其结构式为：
本发明所用环己烷二甲酸二缩水甘油酯（环氧化合物）可以市购得到，也可以自行制备。例如将六氢邻苯二甲酯与环氧氯丙烷进行反应得到脂环族六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯。六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯现有型号有S-184，CY-184，CY-179等。4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯现有型号有TDE-85等，这些环氧化合物均可应用于本发明。
由于环己烷二甲酸二缩水甘油酯（憎水性脂环族环氧化合物）分子结构中不含苯核结构，为饱和脂环结构，因而耐紫外光照射和耐侯性强，在户外使用时具有优异的耐紫外线能力。另外其固化后具有较高的耐热性与弯曲、拉伸强度。
本发明人考虑到户外运行环境冷热温差变化较大，需要环氧树脂的固化物具有较好的耐冷热冲击与机械冲击强度，以避免因温差变化太大出现开裂。因此在环己烷二甲酸二缩水甘油酯（脂环族环氧化合物）中加入适量的不含苯环结构的柔韧性环氧树脂，以改善注射料的耐冷热冲击与抗开裂性。优选的柔性环氧树脂是弹性体增韧环氧树脂。例如丁腈橡胶、聚氨酯、有机硅或聚丙烯酸酯增韧环氧树脂。这些弹性体增韧环氧树脂均可以市购得到。
在一个优选的实施方式中，所述柔性环氧树脂是端羧基丁腈橡胶（CTBN）增韧双酚A环氧树脂，所述丁腈橡胶与双酚A环氧树脂的重量比为100：12-18，其中所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为10-26%，数均分子量为3400-4000，平均官能度为1.8-2.3；所述双酚A环氧树脂的环氧当量为160～200。更优选的，所述双酚A环氧树脂是双酚A二缩水甘油醚。
为了让本发明组合物具有良好的耐紫外线能力，选择具有饱和六元环稳定结构的甲基六氢苯酐作为B组分，即固化剂。但是，本领域技术人员应当理解，其它的具有相同性能的固化剂，也可以应用于本发明。优选的可以其进行适当改性，增加其韧性。
在无促进剂的条件下，脂环族环氧树脂与酸酐反应非常慢。因此，考虑到生产效率与固化物性能，优选的选用促进剂，例如叔胺类或咪唑类促进剂，通常促进剂占B组分总重量的0.1-5%。
在一个具体实施方式中，叔胺类促进剂是2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚（DMP-30）或二甲基苯胺。在另一个具体实施方式中，咪唑类促进剂是2-甲基咪唑或2-乙基咪唑。
C组份填料的作用除了降低成本外，最主要的作用是降低固化过程的体积收缩与固化物膨胀系数。另外，C组份还可提高工件的导热性，散热性。因此，填料也是本发明组合物中不可缺少的组分。本发明C组分填料主要是无机填料，优选二氧化硅或氢氧化铝中的至少一种。
此外，本发明人发现填料的颗粒形状与粒径分布对消除固化物内应力，增加强度，减少局部放电，消除在固化过程中因填料沉降而产生膨胀系数不同导致工件开裂现象具有不可忽视的作用。因此，优选的填料由5wt%的38微米＜粒径≤48微米（300目）的粒子，80wt%的23微米＜粒径≤38微米（400目）的粒子、10wt%的13微米＜粒径≤23微米（600目）的粒子，以及5wt%的粒径≤13微米（1000目）的粒子混合配制而成。
优选的，为了使无机填料与有机高分子材料充分结合，C组分进一步包括紫外光吸收剂、稳定剂、阻燃剂或偶联剂中的至少一种。优选的，以C组分总重量百分比计，所述C组分包括0.1-1%紫外光吸收剂、0.1-1%稳定剂、0.1-1%阻燃剂或0.1-1%偶联剂中的一种或多种。
常规户外环氧树脂填料用紫外光吸收剂、稳定剂、阻燃剂和偶联剂均可应用于本发明。例如紫外光吸收剂是4-二羟基二苯甲酮。稳定剂是硬质酸锌或硬脂酸镁。阻燃剂是氢氧化镁、氢氧化铝或红磷。偶联剂是硅烷偶联剂，包括：KH-560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）、KH-550（γ-氨基丙基三乙氧基硅烷）、A-174（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）、A186（β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷）。
本发明绝缘材料组合物经固化而形成绝缘材料。
本发明绝缘材料组合物可以制作成伞套而应用于复合绝缘子。现有的具有伞套结构设计的复合绝缘子均可以使用本发明伞套用绝缘材料组合物。下面详细说明几种具体的复合绝缘子的结构。
如图1和2所示，一种具体实施方式的复合绝缘子，包括芯棒1、金具2，以及外表面上带有多个伞裙3的伞套4；金具2为柱形体，其中心带有不贯穿的中心孔，芯棒1插入到金具2的中心孔中；伞套4覆盖芯棒1外表面，并且延伸过芯棒1与金具2接口部位覆盖到金具2表面形成密封结构5。市售常规芯棒与金具均可应用于本发明，例如采用优质碳素结构钢锻造材料作为金具，采用玻璃纤维增强树脂棒作为芯棒。本发明所述的不贯穿的中心孔是指金具2部分为实心的柱形体。
所述伞裙3的上倾角为6°～12°，下倾角为0°。本实施方式伞裙3可以是多种结构。例如伞裙3包括直径不同的两种伞裙，下文称为大伞和小伞。多个直径相等的大伞分别同轴的设置在伞套4上，每相邻的大伞之间设置直径相等的一个或两个小伞。伞间距与伞伸出（大伞伸出）之比大于0.8，大伞和小伞伞伸出之差大于15mm，大伞伞伸出为30mm～65mm。本发明参数伞伸出指复合绝缘子伞裙外沿与伞套之间的径向距离。
如图3和图4所示的复合绝缘子。该复合绝缘子的结构与图1所示绝缘子结构相同，不同之处在于伞间距与伞伸出之比大于0.8，大伞和小伞伸出之差大于15mm，大伞伞伸出为45mm～65mm。
如图5和图6所示的复合绝缘子。该复合绝缘子的结构与图1所示绝缘子结构相同，不同之处在于伞间距与伞伸出之比大于0.8，大伞和小伞伞伸出之差大于15mm，大伞伞伸出为45mm～85mm。本实施方式采用短节组合式结构方式，单支产品等同于同吨级盘形悬式瓷或玻璃绝缘子1片、3片或4片的尺寸及性能。
本发明复合绝缘子伞套用如上文所述的绝缘材料组合物制成，具有很高的机械强度、良好抗磨损性能和抗外力破坏的能力，可以提高复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄、鼠咬对复合绝缘子伞套的破坏，同时施工人员在一定范围内可攀踏。与其他几种绝缘材料制备的绝缘子相比，本发明所述高压复合绝缘子优点明显。几种绝缘材料具体对比表2所示。
表2
●●●优异●●良好●好○○○差○○较差○一般
下面详细说明本发明绝缘材料组合物应用于复合绝缘子的方法。
一种复合绝缘子的制备方法，该方法包括如下步骤：
（1）将芯棒1插入到金具2的中心孔中，然后压紧得到芯棒1-金具2复合体。
优选的，可以采用常规市售压接机对芯棒1和金具2进行挤压，使得芯棒1-金具2得以压紧。
高压复合绝缘子在线路上运行时，将受到机电负荷的长期作用，复合绝缘子的机械强度随时间推移会降低，造成这一现象的主要原因是芯棒材料本身具有蠕变特性。同时，如果压接过程中参数设计不合理，造成金具和芯棒之间的压接区应力过于集中，在长期负荷作用下，绝缘子机械强度下降速度会加快。
GB/T 19519附录A复合绝缘子机械拉伸负荷-时间试验原理中用绝缘子强度-时间曲线对复合绝缘子的蠕变衰减做了规定：衰减曲线斜率不得超过8%。为确保复合绝缘子产品的机械可靠性，本发明力争把复合绝缘子的蠕变特性曲线斜率降到4%。本发明通过大量试验做出不同的端部金具压接强度对应的绝缘子强度-时间曲线斜率，并找出绝缘子强度-时间曲线斜率为4%时对应的压接参数。
复合绝缘子的机械强度与负荷施加时间的对数关系曲线的斜率可以通过3个时间点破坏试验做出：1min平均破坏负荷、24h平均破坏负荷、96h平均破坏负荷。试验过程中1min破坏负荷很容易测得，而24h和96h的破坏负荷则不易测得。因此本发明对24h和96h的破坏负荷做适当改变，即把24h和96h的破坏负荷试验改为24h和96h耐受试验，只要复合绝缘子能过耐受0.74Mav和0.73Mav（曲线的斜率不超过每时间对数刻度的4%）24h和96h，那么就认为蠕变特性曲线斜率最大为4％，复合绝缘子产品拥有更高的机械可靠性。
1min破坏负荷试验：采用如上述实施例制备的3支相同复合绝缘子进行破坏负荷试验，求出平均破坏值Mav和标准偏差б。由于试验支数为3，因此用作试验数据的标准偏差б取0.08Mav。
24h和96h耐受试验：对于24h的耐受试验仍然采用与上述实验相同的3支复合绝缘子，根据蠕变特性曲线斜率4%的要求，得出24h对数时刻对应的破坏负荷值M24，只要复合绝缘子能够承受M24的拉伸负荷24h，就可以认为复合绝缘子的蠕变特性曲线斜率至少为4%。
T24=Lg（24×60）=3.16
M24=（1-3.16×0.04）Mav=0.87Mav
根据高斯分布原理，3支复合绝缘子通过概率为90%的24h耐受试验负荷为：
0.87Mav（1-1.82×0.08）=0.74Mav
对于96h耐受试验，同理可以得出3支复合绝缘子通过率为90%的96h耐受试验负荷为：
T96=Lg（96×60）=3.76
M24=（1-3.76×0.04）Mav=0.85Mav
0.85Mav（1-1.82×0.08）=0.73Mav
通过这三个点就可以画出斜率最大为4%的复合绝缘子的蠕变特性曲线，而对应这个曲线的复合绝缘子的端部金具压接参数，就是理想的压接参数。通常压接力为80-180bar。
（2）将步骤（1）所得复合体放入到模具中的相应位置。该模具按照上述描述的绝缘子结构进行相应的设计，本领域技术人员很容易根据产品的结构设计所需的模具的结构。
（3）以重量份计，将100重量份A组分，80-120重量份B组分以及200-400重量份C组分混合，搅拌，然后抽真空，真空度为（-0.06）-0.15MpaMpa，得到混和胶；其中A组分包括环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，其中环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比例为70-90：10-30：B组分是固化剂和促进剂；C组分是填料。优选的各组分成分和含量如上文所述，这里不再赘述。本发明优选现有AH型搅拌抽真空混料装置进行步骤（3）。
（4）将步骤（3）所得混合胶注入到模具中，并进行第一次固化，凝胶时间为8-40min，成型时间为12-50min，固化温度为130-170℃。该步骤优选采用现有自动压力凝胶成型工艺（APG）。更优选的进料口径为16mm，进料时间为3-5min，进料压力为约0.1-0.4MPa。采用现有APG工艺，产品具有很高的绝缘性能和机械强度，可将传统真空浇铸所需时间缩短到十几分钟，并具有较好的控制放热效应等突出优点。
（5）脱模然后进行第二次固化，固化时间为8-10小时，固化温度为110-130℃。第二次固化可以在电热箱等常规设备中。
本发明绝缘子固化过程分第一次固化与第二次固化两阶段，在第一次固化阶段宜采用低温凝胶工艺，这样可减少固化过程体积收缩所产生的内应力。由于第一次固化较慢，收缩的料可及时补充，气泡可及时排出，可减少内部孔洞的形成。不同温度下的注射料凝胶化时间与固化时间如表3所示。
表3
| 温度 | 凝胶化时间 | 成型时间 |
| 130℃ | 30～40min | 40～50min |
| 140℃ | 15～20min | 25～30min |
| 150℃ | 12～15min | 15～20min |
| 160℃ | 8～10min | 12～15min |
| 170℃ | 6～8min | 10min |
通过上述方法所得绝缘子，伞套4覆盖芯棒1外表面，并且延伸过芯棒1与金具2接口部位覆盖到金具2表面，形成密封结构5。
本发明通过对绝缘材料组合物A、B、C三组分配比和成分的优化改性，制备了一种满足高压复合绝缘子伞套要求的组合物，该组合物在具有优良的电气性能和机械强度的同时，具有优异的憎水性、憎水性迁移性和憎水性恢复特性。
本发明通过对伞伸出、大小伞伞伸出之差以及伞间距与伞伸出之比的合理设定，达到高压复合绝缘子污闪特性最佳的效果。
本发明将绝缘材料组合物在金具与芯棒接口处固化成型形成密封结构，实现了复合绝缘子的高强度的密封，防止复合绝缘子在使用过程中发生脆断事故。
本发明通过使用绝缘材料组合物，提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄、鼠咬对复合绝缘子伞套的破坏。同时工程人员施工过程中必要时在一定范围内可以踩踏在伞裙上，从而便利了施工，提高了工程人员施工过程中的安全系数。
下面通过具体的实施例来阐述本发明的方法的实施，本领域技术人员应当理解的是，这不应被理解为对本发明权利要求范围的限制。
组合物制备和性能测试
以下实施例中用到的原料如下表所所示：
实施例1
准备如下成分：A组分，70kg六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯，和30kg端羧基丁腈橡胶增韧双酚A二缩水甘油醚(丁腈橡胶与双酚A二缩水甘油醚的重量比为100：12-18)；
B组分，97.5kg甲基六氢苯酐，和2.5kg的DMP-30（2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚）；
C组分，310kg二氧化硅。其中二氧化硅由5wt%的38微米＜粒径≤48微米（300目）的粒子，80wt%的23微米＜粒径≤38微米（400目）的粒子、10wt%的13微米＜粒径≤23微米（600目）的粒子，以及5wt%的粒径≤13微米（1000目）的粒子混合配制而成。
采用AH型搅拌抽真空混料装置将A组分，B组分，C组分混合并抽真空至得到混和胶。将上述混合胶采用自动压力凝胶成型工艺注塑到模具中，进料口径为16mm，进料时间为5min，进料压力为约0.4MPa。在模具中进行第一次固化，固化温度为130℃，凝胶时间为35min，成型时间为45min。然后脱模，放入到电热箱中进行第二次固化，固化时间为10小时，固化温度为110℃，得到样品1#。
实施例2-10
实施例2-10所用方法与实施例1基本相同，不同之处如表4所示。
表4
将上述实施例1-10得到的样品1-10#进行材料性能测试，所得结果如表5所示。
表5
由上表数据可以看出，本发明实施例制备的组合物，其拉伸强度在30-80N/mm2之间，冲击强度在10-18KJ/m2之间，弯曲强度在80-135N/mm2，煮沸吸水率为0.1-0.2％，击穿强度在18-25kV/mm之间，耐漏电起痕在2.5-4.5级，适用于用作绝缘子的伞套材料。
绝缘子制备及性能测试
制备如图1所示的绝缘子，具体方法包括
（1）将玻璃纤维增强树脂棒1（西安高强绝缘电气有限责任公司）插入到碳素结构钢锻造金具2（如皋市大生线路器材有限公司）的中心孔中，采用常规市售压接机按照4%衰减斜率的压接参数，对芯棒1和金具2进行挤压，压接压力为130bar（4%衰减斜率的压接参数），得到芯棒1-金具2复合体。
（2）将步骤（1）所得复合体放入到模具中的相应位置。该模具按照如下绝缘子结构相应制造：伞裙3的上倾角为10°，下倾角为0°；5个直径相等的大伞分别同轴的设置在伞套4上，每相邻的大伞之间设置直径相等的两个小伞；伞间距与伞伸出之比为0.9，大伞和小伞伞伸出之差为18mm，大伞伞伸出为45mm。
（3）采用AH型搅拌抽真空混料装置，按照实施例6的配比将A组分，B组分和C组分混合并抽真空至得到混和胶。
（4）将上述混合胶采用自动压力凝胶成型工艺注塑到模具中，进料口径为16mm，进料时间为5min，进料压力为约0.4MPa。在模具中进行第一次固化，固化温度为130℃，凝胶时间为35min，成型时间为45min。
（5）脱模然后放入到电热箱中进行第二次固化，固化时间为10小时，固化温度为110℃，得到如图1所示的绝缘子。
按照上述方法压接生产3支相同的复合绝缘子进行1.2SML的24h耐受试验：
24h时间对数刻度为：
T24=lg（24×60）=3.16
50年时间对数刻度为：
T24=lg（50×365×24×60）=7.42
如果24h能耐受1.2SML，则以4%衰减斜率计算，50年后复合绝缘子产品的机械负荷为：
1.2SML[1-(7.42-3.16)×0.04]=1SML
因此，可知本发明生产的绝缘子以4%衰减斜率，50年后其还至少具有额定机械负荷的拉伸负荷值。
1.2SML耐受24h后，对产品进行机械拉伸破坏试验，可以加以验证。
综上所述，本发明包含憎水性脂环族环氧化合物的绝缘材料组合物通过调整优化A、B、C三组份的成分和重量比，获得了一种满足输变电线路、电气化铁路及城市轨道交通接触网用高压复合绝缘子要求的伞套材料。此组合物在具有优良电气性能和机械强度的同时，满足高压复合绝缘子加工与运行过程的特殊性要求，并以此组合物采用自动压力凝胶成型工艺制备了本发明所述的高压复合绝缘子。
本发明所述的输变电线路、电气化铁路及城市轨道交通接触网用高压复合绝缘子通过对伞裙结构、伞间距、伞间距与伞伸出之比、大小伞伞伸出之差、爬电系数以及剖面系数的合理设计，优化伞裙结构，得到污闪特性最佳的效果。
本发明通过形成固化成型密封结构，实现了复合绝缘子的高强度的密封，防止复合绝缘子在使用过程中发生脆断事故。本发明所述高压复合绝缘子系列产品在具有优良的憎水性、憎水迁移性和电气性能的同时提高了复合绝缘子的抗风沙能力、抗外力破坏的能力，可以防止鸟啄对复合绝缘子伞套的破坏，并且在一定范围内使复合绝缘子具有了可攀踏性能，便利了工程人员的施工，提高了施工过程中的安全系数。
Claims (24)
1.一种绝缘材料组合物，其特征在于，以重量份计，该组合物包括：
100重量份A组分，包括：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比为70-90：30-10；
80-120重量份B组分，包括：固化剂和促进剂，其中固化剂与促进剂的重量比为100:1-5；以及
200-400重量份C组分，包括：填料。
2.根据权利要求1所述的绝缘材料组合物，其特征在于，以重量份计，该组合物包括：
100重量份A组分，包括：环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯和柔性环氧树脂的重量比例为70-90：30-10；
80-100重量份B组分，包括：固化剂和促进剂；以及
270-350重量份C组分，包括：填料。
3.根据权利要求1或所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯是六氢邻苯二甲酸双缩水甘油酯，
其结构式为：
4.根据权利要求1或所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述环己烷二甲酸二缩水甘油酯是4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸二缩水甘油酯，
其结构式为：
5.根据权利要求1-4任一项所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述柔性环氧树脂是弹性体增韧环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述柔性环氧树脂是丁腈橡胶、聚氨酯、有机硅或聚丙烯酸酯增韧环氧树脂。
7.根据权利要求6所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述柔性环氧树脂是端羧基丁腈橡胶增韧双酚A环氧树脂，所述丁腈橡胶与双酚A环氧树脂的重量比为100：12-18，其中所述丁腈橡胶中丙烯腈含量为10-26wt%，数均分子量为3400-4000，平均官能度为1.8-2.3；所述双酚A环氧树脂的环氧当量为160～200。
8.根据权利要求7所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述双酚A环氧树脂是双酚A二缩水甘油醚。
9.根据权利要求1-8任一项所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述固化剂是甲基六氢苯酐。
10.根据权利要求1-9任一项所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述促进剂是叔胺类促进剂或咪唑类促进剂。
11.根据权利要求10所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述叔胺类促进剂是2，4，6-三（二甲胺基甲基）苯酚或二甲基苯胺；所述咪唑类促进剂是2-甲基咪唑或2-乙基咪唑。
12.根据权利要求1-11任一项所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述填料是二氧化硅或氢氧化铝中的至少一种。
13.根据权利要求12所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述填料由5wt%的38微米＜粒径≤48微米的粒子，80wt%的23微米＜粒径≤38微米的粒子、10wt%的13微米＜粒径≤23微米的粒子，以及5wt%的粒径≤13微米的粒子混合配制而成。
14.根据权利要求1-13任一项所述的绝缘材料组合物，其特征在于，以C组分总重量百分比计，所述C组分进一步包括0.1-1%紫外光吸收剂、0.1-1%稳定剂、0.1-1%阻燃剂或0.1-1%偶联剂中的一种或多种。
15.根据权利要求14所述的绝缘材料组合物，其特征在于，所述紫外光吸收剂是4-二羟基二苯甲酮；所述稳定剂是硬脂酸镁或硬脂酸锌；所述阻燃剂是氢氧化镁、氢氧化铝或红磷；所述偶联剂是硅烷偶联剂，优选γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或β-(3，4-环氧环己基乙基)三甲氧基硅烷。
16.如权利要求1-15任一项所述的绝缘材料组合物在绝缘子伞套中的应用。
17.一种绝缘材料，采用权利要求1-15任一项所述的绝缘材料组合物固化而成。
18.一种绝缘子伞套，采用权利要求1-15任一项所述的绝缘材料组合物固化而成。
19.一种复合绝缘子，其特征在于，该复合绝缘子包括芯棒、金具，以及外表面上带有多个伞裙的伞套；其中，芯棒两端分别插入于金具的中心孔与两端金具紧密结合；其中，所述伞套由权利要求1-15任一项所述的绝缘材料组合物固化形成于芯棒的外表面且延伸至金具表面形成密封。
20.一种带有伞套的复合绝缘子的制备方法，该方法包括：
（1）将芯棒插入到金具的中心孔中，然后压紧得到芯棒-金具复合体；
（2）将步骤（1）所得复合体放入到模具中的相应位置；
（3）将权利要求1-15任一项所述的绝缘材料组合物的A组分，B组分以及C组分混合，搅拌，然后抽真空，真空度为（-0.06）-0.15Mpa，得到混和胶；
（4）将步骤（3）所得混合胶注射入到模具中，并进行第一次固化，固化温度为130-170℃；
（5）脱模然后进行第二次固化，固化温度为110-130℃，得到带有伞套的复合绝缘子，其中，伞套外表面上带有多个伞裙，且伞套覆盖芯棒的外表面且延伸至金具表面形成密封。
21.根据权利要求20所述的绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤（1）中压紧的压接参数为绝缘子强度-时间曲线斜率为4%时的压接参数。
22.根据权利要求21所述的绝缘子的制备方法，其特征在于，压接力为80-180bar。
23.根据权利要求21或22所述的绝缘子的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述注射工艺为自动压力凝胶成型工艺，进料压力为0.1-0.4MPa，进料时间为3-5min。
24.一种带有伞套的复合绝缘子，采用权利要求20的制备方法制成。
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