CN114724873B - 一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，其技术特点是：对绝缘拉杆用纤维进行清洗及干燥处理；将清洗及干燥处理后的绝缘拉杆用纤维放置在介质阻挡放电等离子体装置中进行改性处理；将改性处理后的绝缘拉杆用纤维缠绕在管状模具上，然后使用环氧树脂对其进行真空压力浸渍处理，最后将其放到固化炉中进行高温固化处理，制成纤维改性后的绝缘拉杆。本发明采用大气压下氩气介质阻挡放电等离子体对绝缘拉杆用纤维进行改性，提高了绝缘拉杆的界面结合能力，减少因纤维与树脂结合性差产生的微小缺陷，提高了绝缘拉杆的电气绝缘和机械力学性能，符合大规模连续工业化生产需求。

Description

一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法

技术领域

本发明属于高压电气技术领域，尤其是一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法。

背景技术

绝缘拉杆是特高压GIS断路器中的关键部件，能够将运动从接地部分传送到高电位部分，以实现电气连接的通断。但绝缘拉杆在操作过程中会承受一定的拉伸或压缩载荷及瞬时的操作冲击电压，频繁的操作对其绝缘性能、机械性能等各项性能均提出了很高的要求。

绝缘拉杆的增强材料通常采用玻璃纤维或芳纶纤维等，由于玻璃纤维和芳纶纤维表面光滑，且具有化学惰性，其与环氧树脂的界面粘结性能受到限制，会导致绝缘拉杆内部出现干斑、气隙等缺陷。绝缘拉杆在投入运行时，内部缺陷在强电场作用下容易引起局部放电甚至击穿。因此，如何提高绝缘拉杆的纤维与环氧树脂界面相容性以及电气绝缘和机械力学性能是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，用于提升绝缘拉杆的界面结合能力，进而提高其电气绝缘和机械力学性能。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，包括以下步骤：

步骤1、对绝缘拉杆用纤维进行清洗及干燥处理；

步骤2、将清洗及干燥处理后的绝缘拉杆用纤维放置在介质阻挡放电等离子体装置中进行改性处理；

步骤3、将改性处理后的绝缘拉杆用纤维缠绕在管状模具上，然后使用环氧树脂对其进行真空压力浸渍处理，最后将其放到固化炉中进行高温固化处理，制成纤维改性后的绝缘拉杆；

所述绝缘拉杆用纤维为玻璃纤维或芳纶纤维；

所述介质阻挡放电等离子体装置采用大气压下氩气介质阻挡放电等离子体装置，包括高压放电电极、接地电极、石英玻璃反应器、金属支架和金属底座，所述高压放电电极安装在金属支架上，高压放电电极的底部为多组并联的外电极结构，所述接地电极安装在金属底座上，所述石英玻璃反应器安装在高压放电电极和接地电极之间并相接触，在石英玻璃反应器两端分别设置气体进口和气体出口；

所述步骤2中介质阻挡放电等离子体装置处理方法为：在氩气气氛下，输出功率为200~500 W，氩气流量为1~5 L/min，处理时间为1~3 min。

进一步，所述步骤1的具体实现方法为：将绝缘拉杆用纤维放在100℃去离子水浴中加热清洗2~4h，然后用超声波清洗1~2h，最后放在60~80℃烘箱中干燥3~8h。

进一步，所述绝缘拉杆为圆柱状芯棒。

进一步，所述步骤3中高温固化处理的条件为：首先在80~120 ℃温度下保持2~4h，然后在120~140 ℃温度下保持3~5 h。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，采用大气压下氩气介质阻挡放电等离子体对绝缘拉杆用纤维进行改性，改性后的纤维表面变得粗糙并引发基体高聚物结构中的基团产生自由基，在聚合物表面产生小分子活性基团，提高了绝缘拉杆的界面结合能力，减少因纤维与树脂结合性差产生的微小缺陷，提高了绝缘拉杆的电气绝缘和机械力学性能；并且能够对纤维进行连续改性、浸渍和固化处理，符合大规模连续工业化生产需求。

附图说明

图1是本发明的纤维改性及绝缘拉杆制作流程图；

图2是本发明的介质阻挡放电等离子体装置示意图；

图3是本发明的多组高压放电电极分布示意图；

图4是本发明的等离子体处理前后纤维静态接触角；

图5是本发明的等离子体处理前后SEM图；

图中，1-高压放电电极，2-接地电极，3-石英玻璃反应器，4-气体进口，5-气体出口，6-金属支架，7-金属底座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

本发明采用等离子体改性技术和介质阻挡放电技术实现对绝缘拉杆用纤维改性功能，其中，等离子体改性是物理改性中常用的一种方式，具有高效率、低能耗、绿色环保等优点，且该处理只作用于纤维表面不影响纤维强度。介质阻挡放电技术可以在没有真空装置的大气压力下使用，并保证了大规模工业化的可能性。

基于上述说明，本发明提出一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、对绝缘拉杆用纤维进行清洗及干燥处理。

在本发明中，绝缘拉杆用纤维为玻璃纤维或者芳纶纤维。

在本步骤中，首先将待处理的纤维放在100 ℃去离子水浴中加热清洗2~4 h，然后用超声波清洗1~2 h，最后放在60~80 ℃烘箱中干燥3~8 h。

步骤2、将清洗及干燥处理后的绝缘拉杆用纤维放置在介质阻挡放电等离子体装置中进行改性处理。

本发明使用的介质阻挡放电等离子体装置，如图2及图3所示，包括高压放电电极1、接地电极2、石英玻璃反应器3、金属支架6和金属底座7，所述高压放电电极1安装在金属支架6上，高压放电电极1的底部为多组并联的外电极结构，所述接地电极2安装在金属底座7上，所述石英玻璃反应器3安装在高压放电电极1和接地电极2之间并相接触，在石英玻璃反应器3两端分别设置气体进口4和气体出口5。

在本实施例中，并联的外电极结构为五组，其中一组位于中心，其他4组均布在中心一组的周围，介质阻挡放电等离子体装置采用多组并联的外电极结构，可以增加石英玻璃反应器3的电极边缘数量,提高了反应器的边缘效应。

在本实施例中，石英玻璃反应器3的长度为70~100 cm，宽度为70~100 cm，高度为5~10 mm。

在本实施例中，介质阻挡放电等离子体装置采用的是大气压下氩气介质阻挡放电等离子体装置，其处理参数为：输出功率为200~500 W，氩气流量为1~5 L/min，处理时间为1~3 min。

步骤3、将改性处理后的绝缘拉杆用纤维缠绕在管状模具上，然后使用环氧树脂对其进行真空压力浸渍处理，最后将其放到固化炉中进行高温固化处理，制成纤维改性后的绝缘拉杆。

在本步骤中，通过真空压力浸渍处理后，可以有效避免浸渍后气泡缺陷的存在。

在本步骤中，进行高温固化处理的条件为：80~120 ℃保持2~4 h，120~140 ℃保持3~5 h。

所述绝缘拉杆为圆柱状芯棒。

为了说明本发明的效果，下面给出一个实例，该实例按照上述等离子处理技术在氩气气氛下对绝缘拉杆用芳纶纤维进行处理，得到最优的等离子体处理参数为：输出功率为300 W，氩气流量为2 L/min，处理时间为2 min。纤维处理前后的静态接触角和SEM图像分别如图4和图5所示，从图中可以看出，等离子体处理后纤维的静态接触角明显下降，且经处理后的纤维表面粗糙、不均匀、有小碎片。这表明经上述等离子体处理后，纤维的比表面积增加，表面浸润性能和粘结性能得到了提升。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、对绝缘拉杆用纤维进行清洗及干燥处理；

步骤2、将清洗及干燥处理后的绝缘拉杆用纤维放置在介质阻挡放电等离子体装置中进行改性处理；

步骤3、将改性处理后的绝缘拉杆用纤维缠绕在管状模具上，然后使用环氧树脂对其进行真空压力浸渍处理，最后将其放到固化炉中进行高温固化处理，制成纤维改性后的绝缘拉杆；

所述绝缘拉杆用纤维为玻璃纤维或芳纶纤维；

所述介质阻挡放电等离子体装置采用大气压下氩气介质阻挡放电等离子体装置，包括高压放电电极、接地电极、石英玻璃反应器、金属支架和金属底座，所述高压放电电极安装在金属支架上，高压放电电极的底部为多组并联的外电极结构，所述接地电极安装在金属底座上，所述石英玻璃反应器安装在高压放电电极和接地电极之间并相接触，在石英玻璃反应器两端分别设置气体进口和气体出口；

所述步骤2中介质阻挡放电等离子体装置处理方法为：在氩气气氛下，输出功率为200~500 W，氩气流量为1~5 L/min，处理时间为1~3 min。

2.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：将绝缘拉杆用纤维放在100℃去离子水浴中加热清洗2~4h，然后用超声波清洗1~2h，最后放在60~80℃烘箱中干燥3~8h。

3.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，其特征在于：所述绝缘拉杆为圆柱状芯棒。

4.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的绝缘拉杆用纤维改性方法，其特征在于：所述步骤3中高温固化处理的条件为：首先在80~120 ℃温度下保持2~4 h，然后在120~140 ℃温度下保持3~5 h。