复合绝缘吊杆芯棒的材料选择及主要拉挤成型工艺参数的确定

复合绝缘吊杆是近年来研制的新型绝缘结构带电作业工具。它是由有机聚合绝缘为主要材料制造的复合绝缘结构形式的产品。具有机械强度高、绝缘性能好、不受潮、易维护、保存等特点，现已在输电线路带电作业中得到推广使用。复合绝缘吊杆是在输电线路上人工带电操作时所使用的绝缘设备，其性能十分重要。它不仅涉及线路安全运行，而且还涉及人身安全问题，应绝对安全可靠。因此，对于复合绝缘吊杆承拉部件芯棒，要保证较高机械强度和良好绝缘性能，就必须根据芯棒中材质构成的特点。考虑到芯棒拉制成型过程的具体情况，通过分析对芯棒所组成的原材料进行合理择，芯棒拉制成型各道工序、工艺参数应用优化方式来确定。
1、芯棒材质的合理确定
      芯棒是由玻璃纤维体和树脂组成的。它是利用纤维圆柱体浸渍树脂经模具拉挤加热固化而形成整体的。这种成型工艺所形成的芯棒使得纤维圆柱体周围充实树脂而粘合，其整体性能首先取决于纤维圆柱体构成材质成分和树脂各组成部分的性能。
1.1纤维圆柱体材质成分选择
      纤维圆柱体是芯棒中的主体材料，起着骨架作用。就国内复合绝缘所采用的芯棒而言，纤维圆柱体的含量占芯棒总重的80%左右。其所占的空间
体积也约占芯棒体积的65%。可见纤维柱体材质性能在芯棒中起着主导作用。
       芯棒中的纤维圆柱体是采用无碱玻璃原料制成的。无碱玻璃材料基本上都是由二氧化硅、氧化铝和氧化硼构成的。这些氧化物分子结构性能是较为稳定的，而且在材料中都以绝缘性能极好晶体相结构状态出现。玻璃材料中所含有难以清除掉的微量氧化钾和氧化钠，是属于碱金属氧化物。在材料中极容易以离子状态存在。这对绝缘材料性能是不利的。但可以利用钾、钠离子浓度比为某一定值的
“中和效应”来降低其存在对材料绝缘性能的影响程度[2]。玻璃材料中所含有少量的氧化钙和氧化镁，是属于碱金属氧化物。它们的存在可以促使材料中晶体相的氧化物结构组成更紧密，起着阻碍碱金属离子通路的“压抑效应”，明显提高材料中的绝缘性能。
1.2树脂材料的确定
       树脂是芯棒中的基体材料，起着包裹粘合纤维圆柱的作用。树脂虽然只占芯棒重量的20%左右，但空间体积却占35%以上。它的结构性能对芯棒
起着关键作用，尤其对芯棒采用无碱玻璃纤维的防护性能更显得十分重要。它直接关系到芯棒性能的稳定性。
       芯棒所采用的树脂主要是由环氧树脂基体、固化剂、促进剂和脱模剂组成。参与组成树脂体形网状结构的固化剂，经与环氧树脂基体充分混合后，其结构中的羟基、醚基和极活泼的环氧基的存在，使得具有极强结合性。由此在芯棒拉制固化成型后，树脂不但有较好机械绝缘性能，而且与纤维圆柱体有很高的粘接强度。同时，树脂体表网状结构中又含有的苯环、醚键，其结构既稠密又封闭，使其具有良好的防护性能。所以占有树脂中相当比例固化剂的确定是非常重要的。在选择固化剂过程中，首先应考虑到树脂固化后，避免树脂中固化残留生成物所造成树脂网状结构微观破坏。防止外部介质利用这些部位通过吸附渗透扩散进入内部来破坏整体性能。其次应注意树脂固化拉伸强度和压缩弹性变形量。这些技术参数将直接关系到芯棒整体性能和产品端部压接界面结构连接性能的稳定。接着在树脂固化过程中应采取体积膨胀性措施来消除树脂网状结构内部残余应力。
       芯棒所采用树脂中的促进剂是为了缩短树脂固化时间，节约能源，适应控制设备性能要求的添加剂。它虽然占树脂中少量部分，但除了应有缩短树脂固化时间外，还对树脂其他性能带来影响。因此，在确定树脂固化促进剂时，应在尽量缩短树脂固化时间的基础上，考虑加入促进剂的树脂固化反应活动性变化状态、室温储存的稳定性和玻璃化转变温度变化情况等因素，结合加入促进剂后的固化样品介损、力学性能、热稳定性以及耐介质腐蚀程度的对比试验数据，通过综合性分析后加以确定。这样就会满足芯棒性能的要求。
       芯棒所采用树脂中的脱模剂，是力了改善芯棒拉制过程中操作工艺性和脱模性能而添加一种助剂。树脂中脱模剂选择除了要求与树脂不发生任何反应、与金属模具内腔表面有润滑作用外，还应与树脂在常温下有较好的相容性，在一定固化温度下能够迅速从树脂预凝胶表面迁移到拉制芯棒表面，从而起到良好的脱模作用。
2、 芯棒拉挤成型主要工艺参数的确定
       芯棒的拉挤成型过程，是把偶联剂处理好的无捻直接粗纱，以适当的牵引速度从浸胶槽浸渍树脂由专用装置预成型后，进入模具腔内，经过特定的冷却区、预热区、胶凝区和固化反应区，通过复杂物理变化和化学反应进行复合而成型的。芯棒的拉挤固化成型最基本工艺过程是在模具腔内来实现的。芯棒在模具腔内各个区域的工艺参数，应根据浸透树脂的纤维在模具腔内的连接运动过程所出现的变化状态，通过分析后进行合理选择。模具腔冷却区的设置，是防止腔内回流树脂在模具口处固化，保证浸渍树脂纤维通过。模具腔内足够长预热区，是利用树脂回流迁移对完成直化精确定位的纤维进行充分的再浸渍。同时也利用树脂导热率低引起由内向外流动的特点，迫使浸渍树脂的纤维向模具中心聚集。模具腔内的胶凝区，是在模具温区不断升高的条件下，利用纤维聚集，树脂粘度降低，体积膨胀的三重作用，促使其在模具腔壁上所逐渐形成压力增加和积累。并在胶凝区凝胶点处达到最大值。模具腔内的固化反应区是在通过凝胶点处引发树脂凝和固化反应所发生放热，引起树脂温度急剧升高，促使树脂粘度增加而迅速转为坚硬的固体。芯棒在模具腔内的成型过程，可以综合认为是浸渍树脂纤维在模具腔内通过牵引状态的树脂流动、压力分布、热量传递和树脂固化动力等作用来实现的。利用这些在模具腔内交叉存在的变量，均作为确定芯棒成型工艺参数是难以办到的，只能从芯棒在模具腔所出现变化参量有直接因果关系来考虑。从芯棒在模具腔内完成树脂由液体向固化状态转变而成型过程来看，其树脂的固化是模具腔内最根本也是最关键的变化。它是通过树脂固化反应来实现的。树脂固化的“放热曲线”是直观反映树脂固化反应过程的实用曲线。因此，拉挤芯棒在模具腔各区域的工艺参数，应以芯棒所采用树脂固化的“放热曲线”为准，考虑到芯棒实际拉挤过程中的牵引速度与模腔表面摩擦、纤维间树腊粘接状况等因素的影响，在保证拉挤芯棒的性能基础上，通过优化调整来确定。但还需指出，在多批量生产芯棒过程中，则由于受芯棒原料的波动，浸胶槽树脂室温存放粘度变化以及添新胶树脂粘度的周期性改变等因素的影响，往往使工艺参数偏离树脂反应固化的最佳设计条件，这将直接影响拉挤成型芯棒的性能。由此，还必须根据生产芯棒的实际情况，相应对模具腔各区域的工艺参数进行微调，才能保证批量芯棒的性能稳定性。
3结论
       a．在保证拉制成型工艺质量的芯棒，其纤维应采用绝缘强度高，各种性能稳定的无碱玻璃原料拉制。
       b．芯棒中树脂所采用环氧树脂基体和固化剂的材料选择除了应具备绝缘性能好、粘接强度高、在芯棒环温变化范围内性能稳定的特点外，还应有消除树脂结构残余应力的性能。
        c．芯棒中树脂所采用缩短固化时间的促进剂，应在满足实际拉制成型芯棒要求和不降低芯棒各种性能的情况下进行合理选择。