宋晓光 左智华 李杏龙 李旭培 王永亮 孙中航

摘 要：通过研究塔形复合绝缘子用缠绕管的结构设计、工艺设计以及产品试验，确定了环氧玻纤缠绕管的缠绕角度，以及制造过程中原材料的预处理工艺、模具处理方法、缠绕过程控制、固化及机械加工过程。同时，阐述了塔形复合绝缘子用缠绕管的试验项目。

关键词：复合绝缘子;缠绕管;缠绕角;玻璃纤维

中图分类号：TM216文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0056-03

Abstract： By studying the structure design， process design and product test of winding pipe for tower composite insulator， this paper determined the winding angle of epoxy glass fiber winding pipe， as well as the pretreatment process of raw materials in the manufacturing process， mold processing method， winding process control， curing and machining process. At the same time， the test items of winding pipe for tower composite insulator were described.

Keywords： composite insulator;winding pipe;winding angle;glass fiber

复合绝缘子是近十几年发展起来的新型材料结构的绝缘子，由环氧玻纤缠绕管、硅橡胶护套、法兰等部件构成，其核心制造技术主要包括环氧玻纤缠绕管制造技术、硅橡胶配方及制造技术、伞裙注射成型制造技术及法兰的浇装技术等。环氧玻纤缠绕管是复合绝缘子的核心部件，因此，复合绝缘子机械性能的高低取决于内部环氧玻纤缠绕管的强度[1]。通过对缠绕管的受力状态进行分析可知，根据不同设计方案制造的缠绕管，其机械性能差别很大，特别是玻璃纤维的强度和缠绕角度对其性能影响较大。

1 结构设计

环氧玻纤缠绕管设计过程中，最重要的是确定缠绕角，因塔形的管子是变径的，需要确定是否需要变角度缠绕。确定了缠绕角后，还需要借助有限元分析软件模拟产品的受力状况，进行设计校核，确定设计出的管子满足要求。根据空心绝缘子耐受3.5 MPa内压和12 kN破坏弯曲载荷的具体技术指标要求，结合绝缘子锥形几何形状特点，空心绝缘子采用不同缠绕角度（65°、55°、45°、30°）和等角度（53°）缠绕进行铺层设计。

将计算好的缠绕角数据输入软件中，将未浸胶的纤维引出，先在端部手工缠绕数圈固定好，然后启动设备，用玻璃纤维干缠，调整出合适的线型（见图1），调整后保证纤维能铺满模具表面，无大的空洞出现，纤维铺满模具为一层，一般需要21个来回。在缠到第五或第六层时，因纤维已达到一定的厚度，若出现纤维在端头部位打滑现象，可在模具大头处均匀钉上8颗钉子，纤维刚好能从钉子上绕过。

2 工藝流程

塔形复合绝缘子用缠绕管制造工艺主要有原材料的预处理、模具清理、缠绕成型、固化及加工等过程。其中需要确定的是原材料预处理（主要是树脂和纤维是否需要烘干）、模具清理（主要是确定涂脱模剂的要求）、胶含量控制、缠绕速度、环境温度、固化温度、固化时间等内容。具体流程如图2所示。

2.1 玻璃纤维的干燥

因为玻璃纤维表面含有水分，影响复合绝缘子的电气性能和力学性能，因此，其在使用前需要进行干燥处理，一般要在60～80 ℃烘干24 h。本文中，研究者选用型号为ER468A-1200的玻璃纤维。其是由“E”玻璃制成的连续纤维单股粗纱，适合于缠绕、挤拉成型工艺;硅烷型浸润剂处理;张力均匀，具有良好的成带性;具有良好的耐磨性，毛丝少;纤维线密度稳定，单丝强度高;与环氧树脂有良好的相容性，能快速、彻底地浸透[2]。

2.2 树脂预热及配置

研究者选用的Dow System TP202是专为缠绕复合气瓶和高压管道而开发的环氧树脂体系。缠绕开始前，应先把树脂在50 ℃的烘箱里预烘8 h。在配料前必须计算好环氧树脂、固化剂及增韧剂等各组分的用量;称量树脂倒入称量桶中并记录树脂净重;按照计算好的量加入固化剂和增韧剂，并搅拌均匀，配料过程产生大量气泡，所以要对混合料真空脱气。树脂要求具有优异的耐热变形性能和柔韧性;具有优异的断裂韧度，能有效地防止开裂;在50 ℃下应有较长的适用期，并保证树脂材料的黏度、凝胶时间等参数变化不大，工艺性良好;良好的纤维浸润性能。

2.3 模具清理

按装配要求，将模具架在支撑工装上，用浸有丙酮的棉纱清洁模具，经目测光洁无油污后涂脱模剂。一般第一次使用模具需涂5遍脱模剂，以后涂3遍即可。每次需要将脱模剂细细擦拭在模具表面，确定无漏涂，涂完后放置15 min，使脱模剂在模具表面形成一层膜，然后涂第二遍。依次涂均匀后即可使用。

2.4 缠绕成型

缠绕过程中主要通过刮胶来控制胶含量。缠绕第一层（纤维铺满模具表面为第一层）时不需要刮胶，从第二层开始，每层都需要刮一次胶，刮胶板需要顺着纤维的绕制方向刮下。缠绕时刮胶用力适当，防止过分刮胶，纤维分层，刮掉的胶可倒进胶槽重复使用;缠绕过程中若出现纤维扯断，应暂停缠绕，将断了的纤维搭接到玻纤管上后再开始缠绕。工作场地应保持清洁，避免树脂到处滴落，减少灰尘等异物，以保证制件质量，做到文明生产，缠绕完成后应认真清洗胶槽和设备，避免影响下次缠绕。产品刮胶实践如图3所示。

2.5 缠绕制品的固化

固化制度是保证缠绕制品充分固化的重要条件，直接影响缠绕制品的性能及质量。加热固化制度可提高化学反应速度，缩短固化时间，从而缩短生产周期、提高生产效率。加热固化比常温固化的缠绕制品强度可提高20%～30%[3]。对于较厚的缠绕制品，需要采用分层固化的缠绕工艺。第一次、第二缠绕时的固化温度-时间如表1和表2所示。

2.6 环境温度

树脂的黏度随着温度的降低而增大。为了保证胶纱在制件上的浸渍，要求缠绕制品的环境温度高于15 ℃，用红外线加热缠绕制品的表面温度控制在40～60 ℃，这样可有效提高生产效率和质量。

2.7 制品机械加工

按产品图纸和技术要求进行加工，加工图与环氧玻纤缠绕管的外形图一致，将小头处多余部分切掉，先加工2个圆筒段，再加工锥段，分粗车和精车，每次开始加工前需量一下尺寸;车完后，慢速转动，同时用砂纸将表面打毛[4]。

2.8 制品脱模

检查和空试脱模设备运转情况，正常运转方可脱模。脱模前必须把脱模环和两端杂物擦净方可脱模。脱模后模具放到指定位置，并清理表面待用。

3 试验验证

3.1 树脂性能测试项目

主要进行黏度、凝胶时间、玻璃化转变温度、热变形温度、拉伸性能、弯曲性能、冲击强度的测试，测试结果如表3所示。

产品完成后，还需要进行试验验证，满足设计要求后方可投产使用。需要进行的试验项目见表4和表5。

弯曲试验如图4所示。

4 结语

本文以玻纤缠绕管中结构较为复杂的110 kV塔形缠绕管为研究对象，对其缠绕管设计、缠绕工艺、后固化工艺等方面进行了系统研究。结果表明：采用自主技术及工艺制造的产品通过了规定的试验检验，符合公司的技术要求。

参考文献：

[1]唐厚元.有机硅在绝缘子防污闪方面的应用[J].有机硅材料，2000（2）：14-18.

[2]梁曦东，张仁豫.有机外绝缘在特高压输电中的地位及发展方向[J].高电压技术，1995（2）：3-6.

[3]陈允，何少波，吴昱怡，等.微/纳米氧化铝填料对环氧树脂浇注体系性能的影響[J].绝缘材料，2016（9）：47-52.

[4]邓丹，陈允，崔博源，等.盆式绝缘子用环氧浇注材料的固化工艺及性能研究[J].绝缘材料，2017（10）：21-25.