一种高可靠性光纤复合绝缘子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高可靠性光纤复合绝缘子，包括芯棒、骨架、第一绝热层、伞裙和金具，芯棒包括光纤固化体、第二绝热层和芯棒本体层，光纤固化体为环氧树脂棒，环氧树脂棒内设有至少两根轴向设置且相互间隔的光纤，第二绝热层包覆固化于光纤固化体之外，芯棒本体层包覆固化于第二绝缘层外，骨架为固化于芯棒外周面的若干轴向间隔设置的环氧树脂环，第一绝热层包覆固化于骨架之外且填充连接相邻的环氧树脂环，伞裙包覆固化于第一绝热层之外且在环氧树脂环的位置形成各个伞面，第一绝热层由玻璃纤维制成，第二绝热层由玻璃纤维与硅酸盐混合制成。本发明专利技术还公开了由内到外依次固化的制备方法。本发明专利技术解决绝缘子内部光纤受到外部高温和牵引力作用而产生拉断导致失效影响寿命的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性光纤复合绝缘子及其制备方法
本专利技术涉及一种绝缘子及其制备方法，尤其是涉及一种高可靠性光纤复合绝缘子及其制备方法。
技术介绍
复合绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种应力而失效，否则会损害整条线路的使用和运行寿命。而将复合绝缘子和光纤结合，能够实现高电压下的监测、信息采集与传输，便于输变电线路的安全运行和及时维护。现有技术中光纤复合绝缘子，光纤设置在芯棒的内部。其芯棒具体的结构包括中空的芯棒本体和光纤，光纤设置在芯棒的中部后，采用环氧树脂进行填充，这种结构的光纤和绝缘子中芯棒本体的结合不好，容易出现脱落分离，同时气密性不好。而在长期高压、高温和巨大牵引力的作用下，该类绝缘子及其容易发生形变，且容易拉断内部的光纤，从而导致绝缘子的数据传输失效，从而带来巨大的风险。另外基体芯棒的生产工艺一般是由单向玻璃纤维浸渍环氧树脂基体后，经连续拉挤(引拔)工艺制造而成。根据工艺需要，需在环氧树脂体系中按比例加入固化剂、促进剂和内脱模剂；同时，为改善纤维和树脂间的粘接性能，还须添加偶联剂对玻璃纤维进行表面处理；另外，有时还在环氧树脂体系中加入其他功能助剂或填料已达到某种性能要求。现有技术芯棒工艺良率较低、控制不好时会在芯棒本体内留下空洞缺陷，运行中持续发展会出现断串、击穿故障，导致极化损耗、局部放电、泄漏电流等。另外，芯棒本体材料容易受到外部环境影响。阳光、可见光较强时，会造成绝缘子向阳面、背阳面温度的差异，造成芯棒不同侧面的温差。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种高可靠性光纤复合绝缘子，解决绝缘子内部光纤受到外部高温和牵引力作用而产生拉断导致失效影响寿命的问题。本专利技术的另一个目的是提供这种高可靠性光纤复合绝缘子的制备方法。本专利技术技术方案如下：一种高可靠性光纤复合绝缘子，包括芯棒、骨架、第一绝热层、伞裙和金具，所述芯棒包括光纤固化体、第二绝热层和芯棒本体层，所述光纤固化体为环氧树脂棒，所述环氧树脂棒内设有至少两根轴向设置的光纤，所述光纤之间相互间隔设置，所述第二绝热层包覆固化于所述光纤固化体之外，所述芯棒本体层包覆固化于所述第二绝缘层外，所述骨架为固化于所述芯棒外周面的若干轴向间隔设置的环氧树脂环，所述第一绝热层包覆固化于所述骨架之外且填充连接相邻的所述环氧树脂环，所述伞裙包覆固化于所述第一绝热层之外且在所述环氧树脂环的位置形成各个伞面，所述第一绝热层由玻璃纤维制成，所述第二绝热层由玻璃纤维与硅酸盐混合制成。进一步地，所述芯棒本体层由以下质量百分比组分组成：环氧树脂28～34％、玻璃纤维55～62％、固化剂8～9％以及绝缘导热材料1.5～2％。进一步地，所述伞裙由以下质量百分比组分组成：甘油酯18～20％、环氧树脂28～30％、丙烯酯树脂20～22％、失水山梨醇脂肪酸酯5～6％、石英砂粉末16～18％和双叔丁基过氧异丙基苯8～10％。进一步地，所述第二绝热层的玻璃纤维与硅酸盐的质量比为1︰1～2。进一步地，所述光纤是纤芯+包层的结构，其中纤芯直径≥3mm，光纤的外径≥5mm，且纤芯折射率n1与包层的折射率n2需要满足：n1-n2≥0.6，光纤允许抗拉强度≥15牛。在满足这样的条件下，该结构可以使光纤在绝缘子本体材料发生温度变化或者外力作用下产生形变时，依然可以具有足够的抗损、抗拉升能力，确保光纤通信的稳定可靠。进一步地，所述光纤数量为2至20。一种高可靠性光纤复合绝缘子的制备方法，依次包括以下步骤：S1、在第一模具中布置至少两根光纤，在光纤之间填充隔离光纤的环氧树脂进行固化得到光纤固化体，所述光纤沿所述光纤固化体的轴向设置；S2、通过第二模具在所述光纤固化体外包覆固化由玻璃纤维与硅酸盐混合制成的第二绝热层，光纤固化体的截面处于第二绝热层截面的中心位置；S3、通过第三模具在所述第二绝热层外包覆固化芯棒本体层；S4、通过第四模具在所述芯棒本体层的外周面的以轴向间隔设置的方式固化若干环氧树脂环作为伞裙骨架；S5、通过第五模具在所述骨架之外包覆固化由玻璃纤维制成的第一绝热层，所述第一绝热层填充连接相邻的所述环氧树脂环；S6、通过第六模具在所述第一绝热层外包覆固化伞裙，将两端边缘多余的伞裙去除，并安装对应的金具。本专利技术所提供的技术方案的优点在于：(1)采用多根光纤，且相互之间隔离，互不干扰，即使有其中某一根在巨大应力作用下发生断裂，其他光纤也可以正常采集传输数据，确保输变电线路的数据传输正常，提高了数据传输的可靠性。(2)在芯棒外部设置多个环氧树脂环作为骨架，可以有效解决绝缘子伞裙因为受到外力磕碰而破碎，韧性强度不够的问题。在芯棒内部和骨架外部均设置有绝热层，可以有效阻隔复合绝缘子在长期高温工作条件下，热量从伞裙往芯棒及内部光纤的传递，同时也可以减少外力对内部光纤的传导，极大地阻止热量传输到芯棒内部，保证了光纤的稳定可靠的工作。同时热量的阻隔，可以极大地降低绝缘子芯棒内部材料由于材料热胀冷缩带来的体积变化，从而导致光纤拉断的可能性。因此可以进一步提高了绝缘子在高压、高温条件下长期工作的稳定性和可靠性。(3)常规的硅橡胶结合补强剂、阻燃剂、硫化剂等构成的伞裙工作数年后容易变硬、变脆、耐候性能下降，同时机械性能退化明显，严重影响绝缘子的寿命和工作可靠性，本专利技术伞裙材料相比于现有伞裙材料具有好的电绝缘性、憎水性、抗老化、耐腐蚀、抗高压以及具有较强的机械性能，且原材料构成简单，容易获得，制备工艺与常规工艺兼容，具有成本优势。(4)本专利技术芯棒本体材料具有优良的机械性能，不易断裂，芯棒本体材料内缺陷少，极大地降低了绝缘子在长期恶劣环境下泄露吸湿的风险。同时，该芯棒本体材料具有优良的热传导特性，导热均匀，端点温差较小。采用该芯棒本体材料制备得到的绝缘子具有更高的耐候性和抗击穿性能，极大地提升了绝缘子长期工作的可靠性和安全性。附图说明图1是本专利技术实施例的高可靠性光纤复合绝缘子结构示意图。图2是本专利技术实施例的芯棒断面结构示意图。图3是对比例的光纤复合绝缘子结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。实施例1，请结合图1和图2所示，本实施例所涉及的高可靠性光纤复合绝缘子，包括芯棒1、骨架2、第一绝热层3、伞裙4和金具5，芯棒1包括光纤固化体10、第二绝热层11和芯棒本体层12，光纤固化体10为环氧树脂棒，环氧树脂棒内可设有2至20根轴向设置的光纤101，本实施例为6根，6根光纤之间相互间隔设置，光纤之间的间隙即由环氧树脂102填充。光纤101是纤芯+包层的结构，其中纤芯直径≥3mm，光纤101的外径≥5mm，且纤芯折射率n1与包层的折射率n2需要满足：n1-n2≥0.6，光纤101允许抗拉强度≥15牛。第二绝热层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高可靠性光纤复合绝缘子，其特征在于：包括芯棒、骨架、第一绝热层、伞裙和金具，所述芯棒包括光纤固化体、第二绝热层和芯棒本体层，所述光纤固化体为环氧树脂棒，所述环氧树脂棒内设有至少两根轴向设置的光纤，所述光纤之间相互间隔设置，所述第二绝热层包覆固化于所述光纤固化体之外，所述芯棒本体层包覆固化于所述第二绝缘层外，所述骨架为固化于所述芯棒外周面的若干轴向间隔设置的环氧树脂环，所述第一绝热层包覆固化于所述骨架之外且填充连接相邻的所述环氧树脂环，所述伞裙包覆固化于所述第一绝热层之外且在所述环氧树脂环的位置形成各个伞面，所述第一绝热层由玻璃纤维制成，所述第二绝热层由玻璃纤维与硅酸盐混合制成。/n

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性光纤复合绝缘子，其特征在于：包括芯棒、骨架、第一绝热层、伞裙和金具，所述芯棒包括光纤固化体、第二绝热层和芯棒本体层，所述光纤固化体为环氧树脂棒，所述环氧树脂棒内设有至少两根轴向设置的光纤，所述光纤之间相互间隔设置，所述第二绝热层包覆固化于所述光纤固化体之外，所述芯棒本体层包覆固化于所述第二绝缘层外，所述骨架为固化于所述芯棒外周面的若干轴向间隔设置的环氧树脂环，所述第一绝热层包覆固化于所述骨架之外且填充连接相邻的所述环氧树脂环，所述伞裙包覆固化于所述第一绝热层之外且在所述环氧树脂环的位置形成各个伞面，所述第一绝热层由玻璃纤维制成，所述第二绝热层由玻璃纤维与硅酸盐混合制成。


2.根据权利要求1所述的高可靠性光纤复合绝缘子，其特征在于，所述芯棒本体层由以下质量百分比组分组成：环氧树脂28～34％、玻璃纤维55～62％、固化剂8～9％以及绝缘导热材料1.5～2％。


3.根据权利要求1所述的高可靠性光纤复合绝缘子，其特征在于，所述伞裙由以下质量百分比组分组成：甘油酯18～20％、环氧树脂28～30％、丙烯酯树脂20～22％、失水山梨醇脂肪酸酯5～6％、石英砂粉末16～18％和双叔丁基过氧异丙基苯8～10％。


4.根据权利要求1所述的高可靠性光纤复合绝缘子，其特征在于，所述第二绝热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书昶，丁恒，娄祎祎，穆久涛，况亚伟，刘玉申，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32