一种固封极柱用绝缘材料、固封极柱及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201610382520.2 | 申请日 | 2016-06-01 | 公开(公告)号 | CN105907091A | 公开(公告)日 | 2016-08-31 |
| 申请人 | 天津平高智能电气有限公司; 平高集团有限公司; 国家电网公司; 全球能源互联网研究院; 国网天津市电力公司; | 发明人 | 王茂玉; 齐大翠; 刘良; 郝凡宇; 刘随军; 廉继英; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种固封极柱用绝缘材料、固封极柱及其制备方法，属于固封极柱技术领域。本发明的固封极柱用绝缘材料由如下重量百分比的组分制成：尼龙25.0％?28.0％、玻璃 纤维 48.0％?51.5％、增韧剂2.0％?3.0％、阻燃剂20.0％?23.0％、抗 氧 剂0.2％、 润滑剂 0.3％、色母1.0％；所述增韧剂为三元乙丙 橡胶 ；所述润滑剂为 脂肪酸 酯类润滑剂；色母为 炭黑 。本发明的固封极柱用绝缘材料采用尼龙和玻璃纤维，在保证机械强度和电气性能的同时，能够有效减少固封极柱外部的绝缘壳体的厚度，采用本发明的固封极柱用绝缘材料制成的固封极柱绝缘壳体的厚度只需3?5mm。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种固封极柱用绝缘材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分制成：尼龙 |
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| 说明书全文 | 一种固封极柱用绝缘材料、固封极柱及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种固封极柱用绝缘材料、固封极柱及其制备方法，属于固封极柱技术领域。 背景技术[0002] 中压环网柜气体绝缘当前大多采用SF6气体，SF6气体化学性质非常稳定，具有优异的绝缘和灭弧性能，在电力设备中应用十分广泛。SF6气体绝缘开关柜的体积小，结构紧凑，不受外界环境因素的影响，适应性极强。但是，SF6气体是国际公认的六种温室气体之一，从环境保护的角度，应当少用或不用SF6气体。随着绝缘材料技术的进步，基于环氧树脂的固态环网柜得到了长足发展。 [0003] 随着技术的发展，人们对于中压电气产品的质量要求也不断提高，特别是要求中压环网柜具有更小的体积并更加轻便。为了提高产品的安全性，目前的固态环网柜利用环氧树脂对模块单元母线系统、电缆连接器、真空灭弧室实行集成化浇注，形成了一个环氧树脂的绝缘壳体，但是由于环氧树脂在机械强度、电气绝缘性能等方面具有一定的局限性，其浇注层厚度大致在10～12mm，使得固态环网柜虽然实现了器件的集成化，但其体积仍然较大，与气体绝缘环网柜相比质量有所提升，但体积并未减小，限制了固态环网柜的应用范围受到了限制。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种能够减小固封极柱体积的固封极柱用绝缘材料。本发明的目的还在于提供一种使用上述绝缘材料的固封极柱及其制备方法。 [0005] 为了实现以上目的，本发明的固封极柱用绝缘材料的技术方案如下： [0006] 一种固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分制成：尼龙25.0％-28.0％、玻璃纤维48.0％-51.5％、增韧剂2.0％-3.0％、阻燃剂20.0％-23.0％、抗氧剂0.2％、润滑剂0.3％、色母1.0％；所述增韧剂为三元乙丙橡胶；所述润滑剂为脂肪酸酯类润滑剂；色母为炭黑。 [0007] 所述尼龙为现有技术中常用的尼龙，一般的，优选为PA66。 [0008] 所述玻璃纤维优选为短切玻璃纤维。进一步优选的，短切玻璃纤维的单丝直径为10±2μm，长度为3.0-4.0mm。 [0009] 所述阻燃剂为磷系阻燃剂。优选的，阻燃剂为聚磷酸铵。 [0010] 所述抗氧剂为受阻酚型抗氧剂，一般的，所述受阻酚型抗氧剂为己二胺受阻酚型抗氧剂、有机亚磷酸酯抗氧剂中的一种或几种。进一步优选的，受阻酚型抗氧剂为己二胺受阻酚型抗氧剂和有机亚磷酸酯抗氧剂，二者协同使用。进一步优选的，己二胺受阻酚型抗氧化剂为N，N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酰基)己二胺，有机亚磷酸酯抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)。 [0011] 所述增韧剂为乙丙橡胶(EPDM)。进一步优选为接枝型乙丙橡胶，如马来酸酐接枝EPDM。所述润滑剂为脂肪酸酯类润滑剂，如季戊四醇四脂肪酸酯。进一步优选的，季戊四醇四脂肪酸酯为季戊四醇四正丁酸酯。色母优选为PA接枝炭黑母粒。 [0012] 本发明的固封极柱的技术方案如下： [0013] 一种固封极柱，包括绝缘壳体，所述绝缘壳体采用上述的固封极柱用绝缘材料制成。 [0014] 所述绝缘壳体内设置有真空灭弧室以及分设于灭弧室上下两端的上端子和下端子。 [0015] 所述上端子包括与真空灭弧室相连的上连接端和用来接线的上出线端，所述上端子的上连接端与上出线端之间连接有延长段，上连接端、延长段、上出线端呈Z形设置，且延长段从上连接端向下延伸，使上出线端在竖直方向的高度低于上连接端在竖直方向的高度。 [0016] 所述绝缘壳体位于真空灭弧室和上端子延长段之间的部分上设置有伞裙，所述伞裙包括沿水平方向延伸的伞裙板，所述伞裙板的两端分别与真空灭弧室和延长段外部的绝缘壳体部分固定连接。 [0017] 下端子包括用来与真空灭弧室相连的下连接端和用来接线的下出线端，上出线端和下出线端分别设置在真空灭弧室的左右两侧。 [0018] 本发明的固封极柱的制备方法的技术方案如下： [0019] 上述的固封极柱的制备方法，包括：将固封极柱零部件及浇铸模具预热，将固封极柱零部件置于模具中；将原料尼龙、玻璃纤维、增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母混合，加热熔融后注入模具型腔中成型，脱模即得。 [0020] 所述加热熔融在注塑机中进行，注塑机料筒的加热温度采用六段式设定：第一段为270-290℃、第二段为270-290℃、第三段为260-280℃、第四段为250-270℃、第五段为240-260℃、第六段为230-250℃。 [0021] 注塑机的储料射退采用三段设定：位置分别为40cm、80cm、230cm，三段的压力分别为6MPa、8MPa、8MPa，速度均为35％，背压均为0.4MPa；三段射出的压力分别为3.5MPa、6.5MPa、8MPa，速度为20％、50％、80％。 [0022] 所述注塑机的热流道温度设定为260-310℃。 [0023] 所述固封极柱零部件预热的温度为160℃。所述模具预热的温度为120℃。 [0024] 所述固封极柱零部件中的真空灭弧室的外表面在预热前进行表面清理，并涂覆底涂液。 [0025] 本发明的固封极柱用绝缘材料采用尼龙和玻璃纤维，在保证机械强度和电气性能的同时，能够有效减少固封极柱外部的绝缘壳体的厚度，采用本发明的固封极柱用绝缘材料制成的固封极柱绝缘壳体的厚度只需3-5mm。本发明的固封极柱用绝缘材料中加入了增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母，制成的固封极柱的绝缘壳体的拉伸强度在130MPa以上、介电击穿强度在30kV/mm以上、热变形温度在220℃以上，具有优异的机械性能，而且有利于产品生产脱模。由于加入了阻燃剂，本发明的绝缘材料还具有较强的阻燃性。 [0027] 本发明的固封极柱的绝缘外壳采用上述绝缘材料制成，厚度较小，而且该材料密度较小，有利于减轻固封极柱的整体质量，有利于固封极柱和环网柜的轻便化。采用该材料的固封极柱整体没有尖角，所有过渡部分均圆滑过渡，工程塑料壳体厚度均匀，因而固封极柱周围电场分布十分均匀，不会造成电场过大、集中，从而避免闪络和电晕的产生。进一步的，上端子设计为Z型形状，可以将上端子的出线部位与其连接部分变换到极柱中间位置，从而达到降低环网柜宽度或者高度的目的。进一步的，本发明的固封极柱的上下端子分别置于灭弧室两侧，能够有效的减小上下端子之间高度尺寸，简化结构，提高电气性能。避免了传统固封极柱上下端子位于灭弧室同侧上下位置，需要上下端子之间保持足够的绝缘距离的问题。本发明的固封极柱顶端至下端子的距离可由现有技术中的250mm减少到170mm左右。 [0029] 图1为本发明的实施例1中的固封极柱的结构示意图； [0030] 图2为本发明的实施例1中的环网柜的结构示意图。 具体实施方式[0031] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。 [0032] 实施例1 [0033] 本实施例的固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙25.0％、玻璃纤维51.5％、增韧剂2.0％、阻燃剂20.0％、抗氧剂0.2％、润滑剂0.3％、色母1.0％；其中尼龙为聚己二酰己二胺PA66，玻璃纤维为短切玻璃纤维，具体的，短切玻璃纤维的单丝直径为10±2μm，长度为3.0mm，增韧剂为接枝型为接枝型乙丙橡胶，具体为马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶EPDM，阻燃剂为磷系阻燃剂聚磷酸铵，抗氧剂为受阻酚型抗氧剂己二胺受阻酚型抗氧剂，具体为N，N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酰基)己二胺，润滑剂为脂肪酸酯季戊四醇四脂肪酸酯，具体为季戊四醇四正丁酸酯，色母为PA接枝炭黑母粒。 [0034] 如图1所示，本实施例的固封极柱包括绝缘壳体201以及固封在绝缘壳体中的上端子203、真空灭弧室202、下端子204，绝缘壳体采用上述固封极柱用绝缘材料制成，上端子和下端子分设于真空灭弧室的上下两侧，上端子包括与真空灭弧室相连的上连接端2031和用来接线的上出线端2033，下端子包括用来与真空灭弧室相连的下连接端和用来接线的下出线端，上出线端和下出线端分别设置在真空灭弧室的左右两侧，上端子的上连接端与上出线端之间连接有延长段2032，上连接端、延长段、上出线端呈Z形设置，且延长段从上连接端向下延伸，使上出线端在竖直方向的高度低于上连接端在竖直方向的高度。所述绝缘壳体位于真空灭弧室和上端子延长段之间的部分上设置有伞裙205，所述伞裙包括沿水平方向延伸的伞裙板，所述伞裙板的两端分别与真空灭弧室和延长段外部的绝缘壳体部分固定连接。 [0035] 上述固封极柱的制备方法，包括如下步骤： [0036] 1)将真空灭弧室外表面清洗干净，涂覆底涂液，将真空灭弧室、上端子、下端子放入160℃的烘箱中预热； [0037] 将模具预热至120℃；将真空灭弧室、上端子、下端子放入模具中； [0038] 将原料尼龙、玻璃纤维、增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母共混后，经双螺杆挤出改性制得绝缘材料混料，该绝缘材料混料在80℃下干燥4hr； [0039] 2)将干燥后的材料加入注塑机中，加热熔融后注入模具型腔中成型，脱模即得； [0040] 注塑机料筒温度采用六段式设定：第一段为270℃、第二段为270℃、第三段为260℃、第四段为250℃、第五段为240℃、第六段为230℃；温度设定的上偏差不超过50℃，下偏差不超过30℃；注塑机的储料射退采用三段设定：位置分别为40cm、80cm、230cm，三段的压力分别为6MPa、8MPa、8MPa，速度均为35％，背压均为0.4MPa；三段射出的压力分别为3.5MPa、6.5MPa、8MPa，速度为20％、50％、80％；热流道温度设定为260℃。 [0041] 如图2所示，本实施例的环网柜包括柜体1及设置在柜体中的上述固封极柱2，所述固封极柱的上端子上连接有静端连接部3。 [0042] 实施例2 [0043] 本实施例的固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙26.5％、玻璃纤维49.0％、增韧剂2.0％、阻燃剂21.0％、抗氧剂0.2％、润滑剂0.3％、色母1.0％；其中尼龙为聚己二酰己二胺PA66，玻璃纤维为短切玻璃纤维，具体的，短切玻璃纤维的单丝直径为10±2μm，长度为4.0mm，增韧剂为接枝型为接枝型乙丙橡胶，具体为马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶EPDM，阻燃剂为磷系阻燃剂聚磷酸铵，抗氧剂为受阻酚型抗氧剂己二胺受阻酚型抗氧剂，具体为N，N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酰基)己二胺，润滑剂为脂肪酸酯季戊四醇四脂肪酸酯，具体为季戊四醇四正丁酸酯，色母为PA接枝炭黑母粒。 [0044] 本实施例的固封极柱包括绝缘壳体以及固封在绝缘壳体中的上端子、真空灭弧室、下端子，绝缘壳体采用上述固封极柱用绝缘材料制成，上端子和下端子分设于真空灭弧室的上下两侧，上端子包括与真空灭弧室相连的上连接端和用来接线的上出线端，下端子包括用来与真空灭弧室相连的下连接端和用来接线的下出线端，上出线端和下出线端分别设置在真空灭弧室的左右两侧，上端子的上连接端与上出线端之间连接有延长段，上连接端、延长段、上出线端呈Z形设置，且延长段从上连接端向下延伸，使上出线端在竖直方向的高度低于上连接端在竖直方向的高度。所述绝缘壳体位于真空灭弧室和上端子延长段之间的部分上设置有伞裙，所述伞裙包括沿水平方向延伸的伞裙板，所述伞裙板的两端分别与真空灭弧室和延长段外部的绝缘壳体部分固定连接。 [0045] 上述固封极柱的制备方法，包括如下步骤： [0046] 1)将真空灭弧室外表面清洗干净，涂覆底涂液，将真空灭弧室、上端子、下端子放入160℃的烘箱中预热； [0047] 将模具预热至120℃；将真空灭弧室、上端子、下端子放入模具中； [0048] 将原料尼龙、玻璃纤维、增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母共混后，经双螺杆挤出改性制得绝缘材料混料，该绝缘材料混料在95℃下干燥4hr； [0049] 2)将干燥后的材料加入注塑机中，加热熔融后注入模具型腔中成型，脱模即得； [0050] 注塑机料筒温度采用六段式设定：第一段为290℃、第二段为290℃、第三段为280℃、第四段为270℃、第五段为260℃、第六段为250℃；温度设定的上偏差不超过50℃，下偏差不超过30℃；注塑机的储料射退采用三段设定：位置分别为40cm、80cm、230cm，三段的压力分别为6MPa、8MPa、8MPa，速度均为35％，背压均为0.4MPa；三段射出的压力分别为3.5MPa、6.5MPa、8MPa，速度为20％、50％、80％；热流道温度设定为310℃。 [0051] 本实施例的环网柜包括柜体及设置在柜体中的上述固封极柱，所述固封极柱的上端子上连接有静端连接部。 [0052] 实施例3 [0053] 本实施例的固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙28.0％、玻璃纤维48.0％、增韧剂2.5％、阻燃剂20.0％、抗氧剂0.2％、润滑剂0.3％、色母1.0％；其中尼龙为聚己二酰己二胺PA66，玻璃纤维为短切玻璃纤维，具体的，短切玻璃纤维的单丝直径为10±2μm，长度为4.0mm，增韧剂为接枝型为接枝型乙丙橡胶，具体为马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶EPDM，阻燃剂为磷系阻燃剂聚磷酸铵，抗氧剂为己二胺受阻酚型抗氧剂与有机亚磷酸酯抗氧剂组成的混合抗氧剂，具体的己二胺受阻酚型抗氧剂为N，N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酰基)己二胺，有机亚磷酸酯抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)，二者的质量比为1:1，润滑剂为脂肪酸酯季戊四醇四脂肪酸酯，具体为季戊四醇四正丁酸酯，色母为PA接枝炭黑母粒。 [0054] 本实施例的固封极柱包括绝缘壳体以及固封在绝缘壳体中的上端子、真空灭弧室、下端子，绝缘壳体采用上述固封极柱用绝缘材料制成，上端子和下端子分设于真空灭弧室的上下两侧，上端子包括与真空灭弧室相连的上连接端和用来接线的上出线端，下端子包括用来与真空灭弧室相连的下连接端和用来接线的下出线端，上出线端和下出线端分别设置在真空灭弧室的左右两侧，上端子的上连接端与上出线端之间连接有延长段，上连接端、延长段、上出线端呈Z形设置，且延长段从上连接端向下延伸，使上出线端在竖直方向的高度低于上连接端在竖直方向的高度。所述绝缘壳体位于真空灭弧室和上端子延长段之间的部分上设置有伞裙，所述伞裙包括沿水平方向延伸的伞裙板，所述伞裙板的两端分别与真空灭弧室和延长段外部的绝缘壳体部分固定连接。 [0055] 上述固封极柱的制备方法，包括如下步骤： [0056] 1)将真空灭弧室外表面清洗干净，涂覆底涂液，将真空灭弧室、上端子、下端子放入160℃的烘箱中预热； [0057] 将模具预热至120℃；将真空灭弧室、上端子、下端子放入模具中； [0058] 将原料尼龙、玻璃纤维、增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母共混后，经双螺杆挤出改性制得绝缘材料混料，该绝缘材料混料在85℃下干燥4hr； [0059] 2)将加热塑化后的原料加入注塑机中，加热熔融后注入模具型腔中成型，脱模即得； [0060] 注塑机料筒温度采用六段式设定：第一段为280℃、第二段为280℃、第三段为270℃、第四段为260℃、第五段为250℃、第六段为240℃；温度设定的上偏差不超过50℃，下偏差不超过30℃；注塑机的储料射退采用三段设定：位置分别为40cm、80cm、230cm，三段的压力分别为6MPa、8MPa、8MPa，速度均为35％，背压均为0.4MPa；三段射出的压力分别为3.5MPa、6.5MPa、8MPa，速度为20％、50％、80％；热流道温度设定为280℃。 [0061] 本实施例的环网柜包括柜体及设置在柜体中的上述固封极柱，所述固封极柱的上端子上连接有静端连接部。 [0062] 实施例4 [0063] 本实施例的固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙25.0％、玻璃纤维48.0％、增韧剂3％、阻燃剂22.5％、抗氧剂0.2％、润滑剂0.3％、色母1.0％；其中尼龙为聚己二酰己二胺PA66，玻璃纤维为短切玻璃纤维，具体的，短切玻璃纤维的单丝直径为10±2μm，长度为3.5mm，增韧剂为接枝型为接枝型乙丙橡胶，具体为马来酸酐接枝的三元乙丙橡胶EPDM，阻燃剂为磷系阻燃剂聚磷酸铵，抗氧剂为己二胺受阻酚型抗氧剂与有机亚磷酸酯抗氧剂组成的混合抗氧剂，具体的己二胺受阻酚型抗氧剂为N，N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4羟基苯基)丙酰基)己二胺，有机亚磷酸酯抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(抗氧剂168)，二者的质量比为1:1，润滑剂为脂肪酸酯季戊四醇四脂肪酸酯，具体为季戊四醇四正丁酸酯，色母为PA接枝炭黑母粒。 [0064] 本实施例的固封极柱包括绝缘壳体以及固封在绝缘壳体中的上端子、真空灭弧室、下端子，绝缘壳体采用上述固封极柱用绝缘材料制成，上端子和下端子分设于真空灭弧室的上下两侧，上端子包括与真空灭弧室相连的上连接端和用来接线的上出线端，下端子包括用来与真空灭弧室相连的下连接端和用来接线的下出线端，上出线端和下出线端分别设置在真空灭弧室的左右两侧，上端子的上连接端与上出线端之间连接有延长段，上连接端、延长段、上出线端呈Z形设置，且延长段从上连接端向下延伸，使上出线端在竖直方向的高度低于上连接端在竖直方向的高度。所述绝缘壳体位于真空灭弧室和上端子延长段之间的部分上设置有伞裙，所述伞裙包括沿水平方向延伸的伞裙板，所述伞裙板的两端分别与真空灭弧室和延长段外部的绝缘壳体部分固定连接。 [0065] 上述固封极柱的制备方法，包括如下步骤： [0066] 1)将真空灭弧室外表面清洗干净，涂覆底涂液，将真空灭弧室、上端子、下端子放入160℃的烘箱中预热； [0067] 将模具预热至120℃；将真空灭弧室、上端子、下端子放入模具中； [0068] 将原料尼龙、玻璃纤维、增韧剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂、色母共混后，经双螺杆挤出改性制得绝缘材料混料，该绝缘材料混料在85℃下干燥4hr； [0069] 2)将加热塑化后的原料加入注塑机中，加热熔融后注入模具型腔中成型，脱模即得； [0070] 注塑机料筒温度采用六段式设定：第一段为280℃、第二段为280℃、第三段为270℃、第四段为260℃、第五段为250℃、第六段为240℃；温度设定的上偏差不超过50℃，下偏差不超过30℃；注塑机的储料射退采用三段设定：位置分别为40cm、80cm、230cm，三段的压力分别为6MPa、8MPa、8MPa，速度均为35％，背压均为0.4MPa；三段射出的压力分别为3.5MPa、6.5MPa、8MPa，速度为20％、50％、80％；热流道温度设定为280℃。 [0071] 本实施例的环网柜包括柜体及设置在柜体中的上述固封极柱，所述固封极柱的上端子上连接有静端连接部。 [0072] 采用本发明的固封极柱用绝缘材料制成的固封极柱绝缘壳体的厚度只需3-5mm。本发明的固封极柱的绝缘壳体的拉伸强度在130MPa以上、介电击穿强度在30kV/mm以上、热变形温度在220℃以上，具有优异的机械性能，而且有利于产品生产脱模。本发明的固封极柱顶端至下端子的距离可由现有技术中的250mm减少到170mm左右。 |
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