探究绝缘支撑杆复合材料研制

胡朝政

国网浙江省电力有限公司金华供电公司金东供电分公司  邮编:321035

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摘要：介绍了一种绝缘支撑杆复合材料的研制情况。这种绝缘支撑杆复合材料的树脂基体具有良好的工艺性能，其力学性能与进口树脂相当。采用合适的成型工艺，制成的复合材料具有优异的电气绝缘性能和力学性能，属于环保材料，绝缘性能高,结构强度大，耐腐蚀，价格便宜，性价比高并能取代进口产品。

关键词：支撑杆；绝缘；复合材料

1、引言

复合材料是绝缘支撑杆的重要组件，绝缘支撑杆主要起到支撑导线的作用，将挂落户联线撑起足够的高度，减少抢修到来前因导线挂落造成事故。将电线对地距离提高到4米，下盘有地钉和膨胀螺丝加以固定，稳固。传统的支撑部件多为浇注成型的环氧树脂型盆式绝缘子，由于该盆式绝缘子机械强度欠佳，在运输过程中极易破碎，因此国际上已逐步采用复合材料绝缘支撑杆结构。然而该绝缘部件对机械强度、电气绝缘强度和电气性能等要求苛刻，国内目前尚无产品供应。从成型质量、研制成本、产品性能等因素考虑，采用工艺方法对绝缘支撑杆复合材料，其力学性能与电气绝缘性能优良，可以替代进口产品。

2 、绝缘支撑杆主要原材料

方案目标： 1 、杆体需要有足够的机器强度，有足够的绝缘程度； 2 、结构简单，安装方便； 3 、成本低，经济性高。
部位	材料	分析	选择
线夹	聚丙烯（PP）	优点：环保材料；较高的耐冲击性；机械性质强韧；抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。 缺点：低温时变脆，不耐磨、易老化。	否
	胶木	优点：环保材料，耐磨、不易老化，绝缘性好；	是
底座与连接器	不锈钢	优点：机械性质强韧，耐磨。 缺点：会被酸性腐蚀。	否
	45#铜	优点：电气设备常用材料，比较经济，耐磨、不易氧化，耐腐蚀、机械性质强韧。	是
杆体	聚丙烯（PP）	优点：环保材料；较高的耐冲击性；机械性质强韧；抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。 缺点：低温时变脆，不耐磨、易老化。	否
	丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）	优点：抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药 品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸 稳定、表面光泽性好等特点， 缺点：不耐硫酸腐蚀，遇硫酸就粉碎性破裂；热 变形温度低可燃，耐候性较差。	否
	环氧树脂	优点：环保材料，绝缘性能高，结构强度大，耐腐蚀，价格便宜，性价比高。	是

3 结果与讨论

3.1 树脂配方设计原则

环氧树脂按照工艺性能、力学性能、电绝缘性优良的选用原则，选用CTD-128环氧树脂；固化剂选用电绝缘性优异及黏度较低的液体酸酥:为降低固化物的脆性，选用适当的增韧剂进行增韧;促进剂选用综合性能优良的基二甲胺。按照上述配方设计原则，所研制的树脂配方为:mcTD-128环氧树脂:m液体限研：m切剂:m基二甲酸=100:70~8510~30:0.5~3。

3.2 基体材料工艺性研究

工艺要求基体材料具有较低的黏度，一般为0.5~1.0 Pa·s。低黏度基体材料有利于增强材料的充分湿润并排除织物层间和纤维束内的气泡，还有利于降低注胶压力。图1、图2分别为树脂的黏度－温度曲线及30C时的黏度-时间曲线。图1表明，在所测试的温度范围内，树脂体系随着温度的升高，其黏度显著降低。由图2可以看出，树脂黏度在30C下经过8 h后其黏度值由初始的205.5mPa·s升至545 mPa·s，仍在要求范围内。表明所研制的树脂体系适用期较长。

图1 树脂体系的黏度－温度曲线

图2 树脂体系的黏度 - 时间曲线

3.3树脂浇铸体性能研究

按照70°C/1h—100C/2h—150C/5h的固化工艺进行固化，实验中测试了所研制的高电压绝缘支撑杆配方性能，并与进口绝缘支撑杆树脂配方进行了对比，如表1所示。

性能	研制树脂体系	进口树脂体系
拉伸强度/MPa	82.4	85.6
拉伸模量/GPa	3.0	2.8
断裂伸长率/%	3.2	3.5
弯曲强度/MPa	158.6	167.3
弯曲模量/GPa	5.8	5.5
压缩强度/MPa	162.7	—
压缩模量/GPa	4.3	一
T/℃	162	138

由表1可以看出，所研制的绝缘支撑杆树脂体系力学性能与进口树脂体系相当，前者耐热性略高于后者

3.4绝缘支撑杆复合材料成型工艺及其性能研究

3.4.1绝缘支撑杆复合材料成型工艺

研究绝缘支撑杆复合材料成型工艺主要的工艺参数为：注射温度、注射压力、注射时间，这些参数是相互关联、相互影响的。

（1）注射温度

复合材料工艺中，注射温度是关键参数。适当升高温度，胶液黏度降低，有利于纤维织物的浸渍。但温度过高会引起胶液交联反应加快，黏度迅速增加，甚至引起爆聚。通过对树脂体系的黏度特性分析可知，本产品RTM工艺注射温度以30～50C为宜，即可以充分保证树脂在凝胶以前完全充满模具并湿润纤维织物。

（2）注射压力

注射压力的作用，一是推动树脂充满纤维之间的孔隙；二是有利于树脂对纤维的湿润。当注射压力较小时，树脂不易充满整个模腔，不易使增强体充分湿润；当压力过大时，树脂来不及湿润纤维，而形成孔隙，处于孔隙中的纤维就会缺胶，并且对铺放好的增强纤维有冲刷现象根据树脂体系的黏度特性以及织物结构紧密程度，经多次试验，确定本产品的注射压力为较低的1.0~3.5MPa。

（3）注射时间

注射时间取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及黏度，受树脂的适用期、模具的刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。较短的注射时间可以提高生产效率，也有利于排除气泡；时间过长会使注射压力升高。本产品中确定工艺为先采用低速注射15～25min，再以高速注射20~30 min，此时高速注入不会影响模腔内压力变动和预成型体结构，且有利于排除气泡。

3.4.2绝缘支撑杆复合材料性能

由表2明显看出，研制的绝缘支撑杆复合材料电气绝缘性能达到了进口产品水平，其弯曲强度、剪切强度略高于进口产品。图3为研制的绝缘支撑杆与进口产品的微观结构对比图。从图3可以看出，研制的产品，大量的树脂黏附在增强体上，而且铺覆得很均匀，孔隙率也较低，表明复合材料中的基体与增强材料具有优良的界面粘接性，基本达到了进口产品的水平。

表2为绝缘支撑杆复合材料性能

项 目	进口产品	研制产品	标准
密度/(g/cm)	1.3	1.25	GB/T        5132—1985
吸水性/%	0.30	0.33	GB/T         1034-1985
耐化学性	耐SF6	耐SF6
弯曲强度/MPa	400	447	GB/T1304-1985
剪切强度/MPa	32.1	40.5/54.14	GB/T1304—1985
工频电气强度（轴向）/(kV/mm)	8～10	8.5~12	GB/T        5132—1985
工频电气强度/(kV/mm)	16～18	17.3	GB/T        5132—1985
介质损耗因数/%	0.3～0.50	0.39	GB/T        5132—1985
介电常数	3.4～3.6	3.49	GB/T        5132—1985

4 结论

所研制的绝缘支撑杆复合材料的树脂基体具有良好的工艺性能，其树脂力学性能与进口树脂相当。绝缘支撑杆复合材料电气绝缘性能优异，达到了进口产品水平，且其弯曲强度、剪切强度略高于进口产机，研制的绝缘支撑杆复合材料环保材料，绝缘性能高，结构强度大，耐腐蚀，价格便宜，性价比高可以替代进口产品。

参考文献

[1]张桂花.树脂传递模塑工艺中工艺参数对树脂－纤维界面的影响[J].玻璃钢/复合材料，2021,(2):24-26.

[2]MoinarG A.Liquid flow in moulds with prelocated fibremates[J].Polymer Composites,2020(6):414-423.