CN106653242A - 一种高压输电线路用的绝缘子及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种高压输电线路用的绝缘子及其制作方法，该绝缘子包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，基料由高岭土、木节粘土和石英组成，填充料由蓝晶石细粉、活性氧化铝微粉和改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由碳化硅细粉、碳酸氢钠和碱石灰组成。本发明烧制的绝缘子体可以浸泡在无机或有机绝缘材料中，从而使这些绝缘材料填充到绝缘子体中的气孔内，进一步增强绝缘子体的防电击穿性能。
Description
技术领域
本发明涉及到电力系统的高压输电，具体的说是一种高压输电线路用的绝缘子及其制作方法。
背景技术
绝缘子是起绝缘作用和机械固定的电气元件，能够在架空输电线路中起到重要作用。早年间绝缘子多用于电线杆，慢慢发展于高型高压电线连接塔的一端挂了很多盘状的绝缘体，它是为了增加爬电距离的，就叫绝缘子。绝缘子在输电线路中数量最多，属于最薄弱环节，造价低廉，约为线路造价的2%，是输电线路的最重要环节之一。
对高压输电线路所使用的高压绝缘子具有以下要求：分为电气负荷和电气性能要求、机械负荷和机械性能要求、热负荷和热性能要求、环境作用因素和各种负荷的联合作用以及对绝缘子的要求；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机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，就会损害整条线路的使用和运行寿命。
现有的绝缘子通常由玻璃或陶瓷制成，和盘形悬式陶瓷绝缘子相比，玻璃绝缘子制造工艺线路短，便于机械化大批量生产，但自爆率较高（一般自爆率在万分之二以下），影响输电线路的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压输电线路用的绝缘子及其制作方法，通过该方法制作的陶瓷绝缘子，不仅重量相比较于现有的陶瓷绝缘子有了降低，而且其抗电击穿性能以及在各种环境中的适应性得到了很大的提高，大幅度提高了绝缘子在用于高压输电线路的安全性能。
本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种高压输电线路用的绝缘子，包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，按照重量比，所述基料由30-32份高岭土、8-10份的木节粘土和16-18份的石英组成，填充料由4-5份细度不超过45微米的蓝晶石细粉、5-7份细度不超过5微米的活性氧化铝微粉和3-4份的改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由7-9份细度不超过30微米的碳化硅细粉、1-2份的碳酸氢钠和2-3份的碱石灰组成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂混合得到，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。
所述表面改性剂中还加入有0.2-0.4份的氯化钾。
所述填充料中还含有0.2-0.4份的改性六钛酸钾晶须，所述改性六钛酸钾晶须为市售六钛酸钾晶须与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米二氧化钛按照重量比100：3:2:8-10。
所述制孔剂中还含有0.5-0.7份的锰酸钾。
上述高压输电线路用的绝缘子的制作方法，首先按照上述要求选取各原料并对原料进行处理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中压铸成型，最后烧结即得到产品，所述对原料进行处理是指，将市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂混合得到改性纳米二氧化硅，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。
所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料总重35%的水、各原料总重2%的丙酮、各原料总重1%的工业植物油和各原料总重0.8%的碳粉，而后拌合均匀并研磨制成细度为300目的粉料。
所述烧结分为低温段、中温段和氧化烧结段三部分，其中，低温段是指使炉内温度从常温在6h均匀升高到420℃，并保持该温度1-2h，在此过程中，保持炉内氧气含量不高于4%；
所述中温段是指，使炉内温度从420℃在4h均匀升高到1050℃，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%；
所述氧化烧结段是指，使炉内温度从1050℃在2h均匀升高到1450℃，并保持该温度3h，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%。
本发明中，以烧制陶瓷的常规原料高岭土、木节粘土和石英作为主料，其中混入碳化硅、碳酸氢钠和碱石灰作为制孔剂，既可确保烧成后的陶瓷中含有一些开放型气孔（或称开口气孔），而且也不会影响其强度；碳化硅在高温氧化气氛中容易发生氧化反应：SiC+2O2→CO2+SiO2，该反应开始温度较高，1000℃开始明显氧化，颗粒越细，则氧化速度越快，反应产物CO2的逸出容易造成陶瓷坯体表面形成开口气孔，而反应产物SiO2具有较高活性，与氧化铝反应生成莫来石，从而在陶瓷内形成莫来石增强体；碳酸氢钠高温生成碳酸钠，同时碱石灰中的氢氧化钠和氢氧化钾在高温下并不会参与任何反应，而且由于其熔点高，所以高温下弥散在整个体系内，当这些颗粒进入到气孔内及气孔边缘时，会增加陶瓷表面及气孔的面积，从而在其与其它物质结合时，提供更强的结合力；同时，本发明中填充料在高温下，其中的蓝晶石细粉，既可确保生成较多的莫来石相，保证制品的力学强度，蓝晶石从1100℃左右开始分解、生成莫来石和SiO2，1300℃以后显著分解转化，由于该莫来石化反应伴随有16-18%的体积膨胀，因此还可填充由于碳化硅氧化产生的孔隙，使单个孔隙变小，整体孔隙率降低，并且会改变陶瓷内孔隙的形状和分布。
本发明中，利用氢氧化钡和碳酸钠混合作为催化剂让纳米级的 SiO2粒子的表面能够受到羟基的作用，从而含有一定数量的含氧官能团，增加了纳米级SiO2粒子的有关表面相容性，在纳米级SiO2粒子作为填充料与其余原料充分混合时，因为SiO2颗粒很小，且比表面积大，细微化的结构使得其余物料与其的接触面积增大，使SiO2粒子可以在物料中均匀分散，从而便于SiO2与其余物质在高温下发生化学键合或者物理结合。此外，均匀分散的纳米级SiO2相当于“锚点”，其能够使高温环境下生成的强化基体与其结合，在受到外力冲击作用下，能够产生 “应力集中”的效应，使得其周围的一些基体“屈服”并吸收较多的变形功，此外也能够产生 “钉扎-攀越”效应，增大裂纹在扩展时所受到的阻力，消耗变形功，从而使其韧性增加。
本发明中，在绝缘子体烧结完成后，可以将其置于融化的丁腈橡胶内，并保持融化状态浸泡20-30min，以使其表面形成绝缘橡胶层；
当然，也可以将其置于水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维形成的混合物中，且水泥浆、塑料粉末和玻璃纤维的重量比为10:1:2，水泥浆采用水泥与水按照重量比1:10-20的比例混合得到。
有益效果：本发明与现有技术相比，具备以下优点：
1）本发明以烧制陶瓷的常规原料高岭土、木节粘土和石英作为主料，其中混入碳化硅、碳酸氢钠和碱石灰作为制孔剂，既可确保烧成后的陶瓷中含有一些开放型气孔（或称开口气孔），而且也不会影响其强度，通过加入高温下体积膨胀的蓝晶石粉，使得开放型气孔明显缩小，从而在陶瓷内部和表面形成细小的气孔，从而助于烧制后的绝缘子体与其余绝缘材料的结合，如塑料和橡胶等；
2）本发明在混料时，除了加入常规的水之外，还加入了丙酮、工业植物油和碳粉，这两种物质混合后，在低温段能够缓慢的气化，从而脱离泥胎，并在泥胎表面形成微小的气孔，而且也能增强混合料的粘性，防止烧制时表面出现裂纹导致在后续烧制中损坏；
3）本发明中，纳米二氧化硅经改性后其分散性以及与基体、界面的结合强度得到增强，当其作为填充料时，其在烧结时的高温条件下，能够与烧结时形成的莫来石增强体紧密结合，大幅度提高整体性和强度，而且在高温下也可以作为类似成核剂的存在，使其中的氧化铝和氧化硅能够更好的形成莫来石增强体结构；
4）本发明烧制的绝缘子体可以浸泡在无机或有机绝缘材料中，从而使这些绝缘材料填充到绝缘子体中的气孔内，进一步增强绝缘子体的防电击穿性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述，以下各实施例中所用的原料均为本领域常规的原料或者是从市面上能够购买得到。
实施例1
一种高压输电线路用的绝缘子，包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，按照重量比，所述基料由30份高岭土、8份的木节粘土和16份的石英组成，填充料由4份细度不超过45微米的蓝晶石细粉、5份细度不超过5微米的活性氧化铝微粉和3份的改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由7份细度不超过30微米的碳化硅细粉、1份的碳酸氢钠和2份的碱石灰组成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3%的表面改性剂混合得到，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；
上述高压输电线路用的绝缘子的制作方法，首先按照上述要求选取各原料并对原料进行处理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中压铸成型，最后烧结即得到产品，所述对原料进行处理是指，将市售纳米二氧化硅与其重量3%的表面改性剂混合得到改性纳米二氧化硅，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3:1:30的比例混合而成；
所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料总重35%的水、各原料总重2%的丙酮、各原料总重1%的工业植物油和各原料总重0.8%的碳粉，而后拌合均匀并研磨制成细度为300目的粉料；
所述烧结分为低温段、中温段和氧化烧结段三部分，其中，低温段是指使炉内温度从常温在6h均匀升高到420℃，并保持该温度1h，在此过程中，保持炉内氧气含量不高于4%；
所述中温段是指，使炉内温度从420℃在4h均匀升高到1050℃，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%；
所述氧化烧结段是指，使炉内温度从1050℃在2h均匀升高到1450℃，并保持该温度3h，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述表面改性剂中还加入有0.2份的氯化钾；
又如，所述填充料中还含有0.2份的改性六钛酸钾晶须，所述改性六钛酸钾晶须为市售六钛酸钾晶须与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米二氧化钛按照重量比100：3:2:8；
再如，所述制孔剂中还含有0.5份的锰酸钾。
实施例2
一种高压输电线路用的绝缘子，包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，按照重量比，所述基料由32份高岭土、10份的木节粘土和18份的石英组成，填充料由5份细度不超过45微米的蓝晶石细粉、7份细度不超过5微米的活性氧化铝微粉和4份的改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由9份细度不超过30微米的碳化硅细粉、2份的碳酸氢钠和3份的碱石灰组成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量5%的表面改性剂混合得到，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；
上述高压输电线路用的绝缘子的制作方法，首先按照上述要求选取各原料并对原料进行处理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中压铸成型，最后烧结即得到产品，所述对原料进行处理是指，将市售纳米二氧化硅与其重量5%的表面改性剂混合得到改性纳米二氧化硅，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比4:2:30的比例混合而成；
所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料总重35%的水、各原料总重2%的丙酮、各原料总重1%的工业植物油和各原料总重0.8%的碳粉，而后拌合均匀并研磨制成细度为300目的粉料；
所述烧结分为低温段、中温段和氧化烧结段三部分，其中，低温段是指使炉内温度从常温在6h均匀升高到420℃，并保持该温度2h，在此过程中，保持炉内氧气含量不高于4%；
所述中温段是指，使炉内温度从420℃在4h均匀升高到1050℃，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%；
所述氧化烧结段是指，使炉内温度从1050℃在2h均匀升高到1450℃，并保持该温度3h，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述表面改性剂中还加入有0.4份的氯化钾；
又如，所述填充料中还含有0.4份的改性六钛酸钾晶须，所述改性六钛酸钾晶须为市售六钛酸钾晶须与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米二氧化钛按照重量比100：3:2:10；
再如，所述制孔剂中还含有0.7份的锰酸钾。
实施例3
一种高压输电线路用的绝缘子，包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，按照重量比，所述基料由31份高岭土、9份的木节粘土和17份的石英组成，填充料由4.5份细度不超过45微米的蓝晶石细粉、6份细度不超过5微米的活性氧化铝微粉和3.5份的改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由8份细度不超过30微米的碳化硅细粉、1.5份的碳酸氢钠和2.5份的碱石灰组成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量4%的表面改性剂混合得到，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；
上述高压输电线路用的绝缘子的制作方法，首先按照上述要求选取各原料并对原料进行处理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中压铸成型，最后烧结即得到产品，所述对原料进行处理是指，将市售纳米二氧化硅与其重量4%的表面改性剂混合得到改性纳米二氧化硅，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3.5:1.5:30的比例混合而成；
所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料总重35%的水、各原料总重2%的丙酮、各原料总重1%的工业植物油和各原料总重0.8%的碳粉，而后拌合均匀并研磨制成细度为300目的粉料；
所述烧结分为低温段、中温段和氧化烧结段三部分，其中，低温段是指使炉内温度从常温在6h均匀升高到420℃，并保持该温度1.5h，在此过程中，保持炉内氧气含量不高于4%；
所述中温段是指，使炉内温度从420℃在4h均匀升高到1050℃，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%；
所述氧化烧结段是指，使炉内温度从1050℃在2h均匀升高到1450℃，并保持该温度3h，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%。
以上为本实施例的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的改进、优化和限定：
如，所述表面改性剂中还加入有0.3份的氯化钾；
又如，所述填充料中还含有0.3份的改性六钛酸钾晶须，所述改性六钛酸钾晶须为市售六钛酸钾晶须与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米二氧化钛按照重量比100：3:2:9；
再如，所述制孔剂中还含有0.6份的锰酸钾。
对比试验
按照本发明实施例1-3的方法分别制备三个外形完全相同的绝缘子，并编号样品1、样品2、样品3，然后用本发明的方法另外制备与样品1、样品2、样品3样品外形完全相同的绝缘子，记为样品4，且样品4中使用的是市售纳米二氧化硅，并未经本发明的方法进行改性；按照制备样品4的方法制备样品5，且样品5中使用的是改性纳米二氧化硅，但该改性纳米二氧化硅在改性时，与本发明的改性方法相比，并未加入碳酸钠；
分别对以上样品在相同条件下进行电击穿实验，当电压为10KV时，样品4的绝缘子被击穿；
当电压升高到18KV时，样品5被击穿；
当电压继续升高至21KV时，样品1被击穿；
当电压继续升高至23KV时，样品3被击穿；
当电压继续升高至25KV时，样品2被击穿。
Claims (7)
1.一种高压输电线路用的绝缘子，包括绝缘子体和设置在绝缘子体两端的两个固定件，沿绝缘子体的长度方向环绕其表面分布有若干大伞和小伞，且大伞与小伞间隔排布，其特征在于：所述绝缘子体由基料、填充料和制孔剂烧制而成，按照重量比，所述基料由30-32份高岭土、8-10份的木节粘土和16-18份的石英组成，填充料由4-5份细度不超过45微米的蓝晶石细粉、5-7份细度不超过5微米的活性氧化铝微粉和3-4份的改性纳米二氧化硅组成，制孔剂由7-9份细度不超过30微米的碳化硅细粉、1-2份的碳酸氢钠和2-3份的碱石灰组成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂混合得到，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用的绝缘子，其特征在于：所述表面改性剂中还加入有0.2-0.4份的氯化钾。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用的绝缘子，其特征在于：所述填充料中还含有0.2-0.4份的改性六钛酸钾晶须，所述改性六钛酸钾晶须为市售六钛酸钾晶须与十二烷基硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、纳米二氧化钛按照重量比100：3:2:8-10。
4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用的绝缘子，其特征在于：所述制孔剂中还含有0.5-0.7份的锰酸钾。
5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路用的绝缘子的制作方法，首先按照权利要求1的要求选取各原料并对原料进行处理，然后按比例混料、磨粉后送入模具中压铸成型，最后烧结即得到产品，其特征在于：所述对原料进行处理是指，将市售纳米二氧化硅与其重量3-5%的表面改性剂混合得到改性纳米二氧化硅，所述表面改性剂由氢氧化钡、碳酸钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成。
6.根据权利要求5所述的一种高压输电线路用的绝缘子的制作方法，其特征在于：所述混料、磨粉是指，依次向混合后的各原料中加入各原料总重35%的水、各原料总重2%的丙酮、各原料总重1%的工业植物油和各原料总重0.8%的碳粉，而后拌合均匀并研磨制成细度为300目的粉料。
7.根据权利要求5所述的一种高压输电线路用的绝缘子的制作方法，其特征在于：所述烧结分为低温段、中温段和氧化烧结段三部分，其中，低温段是指使炉内温度从常温在6h均匀升高到420℃，并保持该温度1-2h，在此过程中，保持炉内氧气含量不高于4%；
所述中温段是指，使炉内温度从420℃在4h均匀升高到1050℃，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%；
所述氧化烧结段是指，使炉内温度从1050℃在2h均匀升高到1450℃，并保持该温度3h，在此过程中，保持炉内氧气含量不低于45%。
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