Спосіб виготовлення полімерного стержневого ізолятора

1. Спосіб виготовлення полімерного стержневого ізолятора, що включає виконання ізолюючого елемента й електроізоляційного стержня, з'єднання їх між собою зв'язувальною речовиною, яку наносять на поверхню електроізоляційного стержня по всій його довжині, електроізоляційний стержень розміщують у литтьовій прес-формі, для утворення ізолюючого елемента в прес-форму подають під тиском еластомер, що містить активні наповнювачі, і обробляють при підвищеній температурі протягом часу, при цьому як еластомер використовують силіконову гум у, який відрізняється тим, що використовують силіконову гуму у вигляді вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас.ч.), при цьому обробку рідкої двокомпонентної силіконової гуми у литтьовій пресформі здійснюють при температурі 90-180°С протягом 4-20 хвилин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вводять активні наповнювачі до рідкої двокомпонентної силіконової гуми в кількості 20-30мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової гуми. 2 C2 1 3 84660 4 нормованого значення показника остаточної деформації виконують другу стадію вулканізації рідкої двокомпонентної силіконової гуми поза литтьовою прес-формою в тепловій камері при нормальному тиску і при температурі 120-180°С протягом 1-6 годин. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що оболонку виконують з суміжними ребрами одного або різних діаметрів, що чергуються між собою. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що оболонку виконують з окремих еластичних юбочних елементів, які з'єднують між собою за допомогою зв'язувальної речовини. Винахід (корисна модель) відноситься до області електротехніки, зокрема, до полімерних ізоляторів, і може бути використаний при виготовленні конструкцій високовольтних апаратів зовнішнього виконання. Відомий спосіб виготовлення полімерного ізолятора, що полягає у виготовленні ізолюючого елемента і електроізоляційного склопластикового стрижня, з'єднання їх між собою зв'язуючою речовиною. При цьому зв'язуючу речовину наносять на поверхню електроізоляційного стрижня по всій його довжині, електроізоляційний стрижень розміщують в литтєвій прес-формі, для утворення ізолюючого елемента в прес-форму подають під тиском еластомер і обробляють його при температурі 100-140°C протягом 5-15хв. При цьому як еластомер використовують силіконову гуму [1]. Недоліком відомого способу є недостатня експлуатаційна надійність ізоляторів, що отримуються. Як аналог вибраний спосіб виготовлення полімерного ізолятора, який полягає в створенні шорсткості і знежиренні зовнішньої поверхні склопластикового стрижня, розміщенні його спільно з наконечниками в нагріту до 125°С литтьову пресформу, внутрішня поверхня якої визначає ребристу конфігурацію зовнішньої поверхні оболонки. Потім здійснюють введення суміші високомолекулярного силоксанового каучуку в прес-форму, пов'язану з гідросистемою шприць-апарата, і одностадійно вулканізують суміш при температурі 115185°C для формування внутрішнього шара. Формують зовнішній шар ребристої оболонки ізолятора методом лакокрасочної технології [2]. Недоліком способу аналога є відсутність вибору ефективних співвідношень геометричних розмірів і матеріалу виконання її складових елементів, що не дозволяє досягнути підвищення експлуатаційної надійності полімерного ізолятора, зниження енергоємності і трудомісткості і підвищення технологічності його виготовлення. Як прототип вибраний спосіб формування полімерної оболонки ізолятора, який полягає в створенні шорсткості, знежиренні зовнішньої поверхні склопластикового стержня і нанесенні на неї зв'язуючої речовини з подальшим розміщенням склопластикового стержня з нанесеною зв'язуючою речовиною в нагріту литтьову прес-форму, вн утрішня поверхня якої визначає ребристу конфігурацію зовнішньої поверхні захисної ребристої оболонки полімерного ізолятора, введенні компонентів еластомеру у вигляді суміші високомолекулярного силоксанового каучуку в прес-форму, пов'язаною з гідросистемою шприць-апарата, і одностадійної температурної вулканізації введеної суміші силоксанового каучуку, еластомер в прес-форму подають під тиском 20-22МПа і обробляють при температурі 100-180°C протягом 5-30 хвилин. Тиск уприскування в гідросистемі шприць-апарата становить 30,0-35,0МПа. В якості еластомера використовують силіконову гум у з активними наповнювачами. Величину наповнення гуми вибирають в діапазоні 100-150мас.ч. активного наповнювача на 100мас.ч. каучук у. Час вулканізації вибирають з розрахунку 1 хвилина на 0,9-1,1мм товщини виробу, що формується. Наповнений еластомер обробляють в прес-формі при температурі 125-135°C протягом 8-12 хвилин [3]. Недоліком способу прототипу є висока енергоємність ізоляторів, що отримуються, а також трудомісткість процесу їх виготовлення. В основу винаходу поставлена задача зниження енергоємності, трудомісткості і підвищення технологічності виготовлення ізолятора за рахунок вибору ефективного співвідношення складових компонентів матеріалу оболонки та встановлення ефективних співвідношень взаємопов'язаних параметрів формування оболонки, а саме часу, температури і тиску для встановленого ефективного складу співвідношення складових компонентів матеріалу оболонки. Вказана задача досягається тим, що у способі виготовлення полімерного стрижневого ізолятора, що включає виконання ізолюючого елемента й електроізоляційного стержня, з'єднання їх між собою зв'язувальною речовиною, яку наносять на поверхню електроізоляційного стержня по всій його довжині, електроізоляційний стержень розміщують у литтьовій прес-формі, для утворення ізолюючого елемента в прес-форму подають під тиском еластомер, що містить активні наповнювачі, і обробляють при підвищеній температурі протягом часу, при цьому як еластомер використовують силіконову гуму, новим є те, що як силіконову гуму використовують вулканізовану рідку двокомпонентну силіконову гуму на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас.ч.), при цьому обробку рідкої двокомпонентної силіконової гуми у литтьовій прес-формі здійснюють при температурі 90180°C протягом 4-20 хвилин. Вводять активні наповнювачі до рідкої двокомпонентної силіконової гуми в кількості 2030мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової гуми. Як активні наповнювачі рідкої силіконової гуми використовують пірогенетичний або осаджений аеросил. 5 84660 Формують оболонку на основі вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми, що має молекулярну масу після вулканізації 12000-17000. Введення рідкої двокомпонентної силіконової гуми у литтьову прес-форму здійснюють у вигляді інжекції при тиску 10-20МПа, який витримують протягом 1-4с, після чого поступово збільшують тиск до 25-35МПа. В якості компонента А рідкої двокомпонентної силіконової гуми використовують полідіорганосилоксан з кінцевими вініловими групами такої структурної формули а в якості компонента В рідкої двокомпонентної силіконової гуми використовують сополімер диметилсилоксанів з метилгідросилоксаном такої структурної формули Здійснюють охолодження литтьової пресформи охолоджувальною рідиною, наприклад, водою. Порівнюють значення показника остаточної деформації відлитої еластомерної оболонки ізолятора з відповідним нормованим значенням показника остаточної деформації, і у випадку недосягнення нормованого значення показника остаточної деформації виконують другу стадію вулканізації рідкої двокомпонентної силіконової гуми поза литтьовою прес-формою в тепловій камері при нор Реакція протікає при кімнатної температурі, але швидко прискорюється при зростанні температури. РСГ після змішування при зберіганні при кімнатній температурі має мінімальний термін використовування (життєздатність) 3 доби. Наповнювач, сповільнювачі, пігменти, стабілізатори кіль 6 мальному тиску і при температурі 120-180°C протягом 1-6 годин. Оболонку виконують з суміжними ребрами одного або різних діаметрів, що чергуються між собою. Оболонку виконують з окремих еластичних юбочних елементів, які з'єднують між собою за допомогою зв'язувальної речовини. Перераховані ознаки способу складають сутність винаходу. Наявність причинно-наслідного зв'язку між сукупністю істотних ознак винаходу і те хнічним результатом, що досягається, полягає в наступному. Було встановлено, що як еластомер доцільно використовува ти вулканізовану рідку двокомпонентну силіконову гуму (РСГ). Адже її використання дозволяє як зменшити масу, так і розміри ребер, а також підвищити термін експлуатації виробу внаслідок можливості його експлуатації в екстремальних умовах навколишнього середовища, наприклад, при холодних і сніжних зимах. Так, наприклад, при виконанні ребер з РСГ заявляемого складу, з них скидається снігове навантаження і налідь, а також практично відсутнє. Крім того, птахи не можуть сідати на ці ізолятори, що опосередковано сприяє поліпшенню навколишньої екологічної ситуації. Розроблений еластомер отриманий на основі двокомпонентної РСГ з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. Було встановлено, що при відхиленні від вказаного діапазону молекулярної маси вихідного РСГ спостерігається погіршення технологічних властивостей (зменшення швидкості вулканізації і збільшення часу формування) як РСГ у процесі її вулканізації за одностадійною технологією, так і кінцевого продукту (полімерної оболонки ізолятора) на її основі. Вініл- і водородфункціональні силоксани отримують вулканізацією під дією платинового каталізатора за наступною схемою: кісно розподіляються по компонентах А і В на розгляд споживача. Компонент В забезпечує зшивання молекул і перехід з рідкого стану у високоеластичний. Платиновий каталізатор прискорює процес вулканізації і покращує показник горючості. Введення спові 7 84660 льнювачів подовжує термін життя компаунда перед заливкою з введеним в суміш компонентом В. Співвідношення "платина - сповільнювач" вибирають таким чином, щоб термін життя компаунда після змішування при кімнатної температурі складав декілька днів. Кількість аеросилу в РСГ теж визначається необхідними властивостями вулканізатів. Обробка поверхні аеросила у складі РСГ гексаметилдісилазаном забезпечує компроміс між текучістю рідкої гуми і механічними властивостями, полегшує рівномірне перемішування аеросилу при введенні в рідкий каучук. Введення аеросилу у дозах, більш ніж 30мас.ч. відносно РСГ, різко знижує текучість. Таким чином, активні наповнювачі вводять для отримання необхідних властивостей гум та їх вулканізатів, а неактивні наповнювачі вводяться тільки для поліпшення спеціальних властивостей і/або зниження ціни РСГ. При цьому необхідно зазначити, що введення великих кількостей неактивних наповнювачів знижує пружно-еластичні та інші властивості вулканізатів. Згідно з винаходом, в якості неінертних (тобто активних) наповнювачів силіконової гуми використовують пірогенетичний або осаджений аеросил. При цьому величина наповнення гуми вказаними наповнювачами була відносно високою, а саме 2030мас.ч. активного наповнювача на 100мас.ч. РСГ. Було встановлено, що із збільшенням вмісту наповнення збільшується щільність гумової суміші, знижується її пластичність, умовна міцність, відносне подовження, а також збільшується твердість. У той же час зміна вмісту наповнювачів у вказаних вище межах не приводить до істотної зміни властивостей РСГ. Було встановлено, що введення активних наповнювачів у вказаному вище співвідношенні прискорює процес вулканізації гуми при вказаних параметрах процесу (тиску, температурі). Крім того, незначне відхилення від цього діапазону наповнення в ту або іншу сторону призводить до зниження швидкості вулканізації і до збільшення часу формування приблизно в 1,3-1,5 рази. В якості вулканізуючого агента застосовують каталізатор, що містить платину, наприклад, солі платинової кислоти або комплексні з'єднання, що містять платину. Наприклад, сіль гексахлороплатинової кислоти, Me[Pt(CI)6 ], де Me - двовалентний метал (Ba, Ca), наприклад, гексохлороплатинат барію, в кількості 0,5-2мас.ч. на 100мас.ч. каучуку. Винахід ілюструється графічним матеріалом, де на Фіг.1 показаний загальний вигляд полімерного ізолятора з оболонкою з ребрами одного діаметра; на Фіг.2 показаний загальний вигляд полімерного ізолятора з оболонкою із суміжними ребрами, що чергуються, різного діаметра; на Фіг.3 - вид І на Фіг.1; на Фіг.4 - типова залежність жорсткості вулканізованої гуми від часу при формуванні силіконових гум, у тому числі РСГ; на Фіг.5 - технологічна схема формування еластомерної оболонки ізолятора за розробленим способом; на Фіг.6-7 показані фотографії варіантів виконання полімерних ізоляторів, виготовлених на основі розробленого способу. Полімерний ізолятор містить склопластиковий 8 електроізоляційний стержень 1, ізолюючий елемент, що виконаний у вигляді суцільнолитої еластомерної оболонки 2 ізолятора з корпусом 3 і кільцевими ребрами 4. стержень 1 і оболонка 2 з'єднані між собою зв'язуючою речовиною 5. на кінцях електроізоляційного стержня 1 закріплені металеві наконечники 6, кільцеві ребра 4 мають конусоподібне поглиблення 7 в нижній частині. На Фіг.5 прийняті наступні позначення: 8 - ємність з компонентом А рідкої силіконової гуми (РСГ); 9 - ємність з компонентом В РСГ; 10 - подаючі насоси; 11 - дозатор; 12 - змішувач; 13 - інжекційний вузол зі шнеком 14; 15 - блок холодних літників (БХЛ); 16 - литтьова прес-форма; 17 порожнина для гарячої форми, призначеної для формування оболонки ізолятора; 18 - плити вулканізаційного преса; 19 - пристрій для стиснення плит. Оболонку формують з окремих еластичних юбочних елементів, з'єднаних між собою зв'язувальною речовиною, або з суміжними ребрами одного чи різних діаметрів, що чергуються між собою. Згідно з заявляємим технічним рішенням, оболонку 2 полімерного ізолятора формують з силіконової гуми, що містить активні наповнювачі, у вигляді вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В при їх співвідношенні 1:1 (мас. ч.), що містить активні наповнювачі в кількості 20-30мас.ч. на 100мас.ч. рідкої силіконової резини і з молекулярною масою після вулканізації 12000-17000. Еластомерну оболонку полімерного стержневого ізолятора з вулканізованої рідкої двокомпонентної силіконової гуми на основі компонентів А і В формують наступним чином. Заповнення литтьової форми РСГ (технологічна схема заповнення показана на Фіг.5) здійснюється у декілька етапів. Етап 1. Подача компонентів А і В в дозатор 11. Два компонента РСГ (компонент А - поз.8 і компонент В - поз.9 на Фіг.5) подають у співвідношенні 1:1 з відповідних ємностей за допомогою поворотно-поступальних насосів 10 з гідравлічним або пневматичним приводом по гнучких шлангах у дозатор 11 підтиском 15-22МПа. У дозаторі 11 автоматично відбирають необхідну кількість РСГ для точного заповнення об'єму форми, звичайно це становить 98-99% об'єму порожнини литтьової форми 16. Етап 2. Змішування компонентів А і В. Після дозування РСГ компоненти А і В поступають у змішувач 12, що представляє собою трубу, усередині якої одна за одною розташовані змішуючі лопаті, і де компоненти А і В змішуються до стану однорідності одержуваної суміші. Далі одержана суміш компонент А і В поступає в інжекційний вузол 13. Етап 3. Інжекція (уприскування) РСГ у литтьову форму 16. Інжекційний вузол 13 складається з циліндра, в якому сумісно з циліндром розміщено шнек 14, що має можливість обертання навколо осі і поворотно-поступального ходу. При обертанні шнека 14 відбувається набір РСГ у накопичувач циліндра, а при поступальному ході здійснюється інжек 9 84660 ція (уприскування) РСГ в порожнину литтьової форми 16. Тиск інжекції залежить від геометрії літників. Звичайно тиск уприскування знаходиться в діапазоні 10-100МПа. На початку процесу інжекції швидкість протікання РСГ вибирається максимальною таким чином, щоб об'ємний потік РСГ був великий для запобігання початку вулканізації до заповнення порожнини литтьової форми 16, тобто щоби уникнути пригару литтьового матеріалу. Для зниження відходів завулканізованої гуми в літниках передбачається охолоджування літникових каналів проточною холодною водою. Розводка літників здійснюється у блоці холодних літників (БХЛ) 15. При використанні БХЛ 15 передбачена теплоізоляція БХЛ 15 від литтьової форми 16. З БХЛ 15 уприскування в порожнину гарячої форми для формування оболонки ізолятора здійснюється через гирло живильника (на Фіг.5 не позначено). Діаметр гирла живильника лежить в інтервалі 0,2-0,5мм. Якщо литтьова форма 16 містить тільки одну порожнину під полімерний ізолятор, подача РСГ можлива в гарячу форму 17 напряму, без БХЛ 15. Проте перед початком нового циклу заповнення литтьову форму 16 інтенсивно охолоджують проточною холодною водою до температури, при якій можливе якісне заповнення литтьової форми 16 без локального твердіння РСГ у момент лиття, перешкоджаючого рівномірному і повному заповненню порожнин литтьової форми 16. Тиск при подачі матеріалів від насосів 10 у змішувач 12 досягає 15-22МПа. Потім тиск знижують, і подачу РСГ в інжекційний вузол 13 здійснюють під тиском 3-7МПа. Етап 4. Вакуум ування литтьової форми 16. Щоб уникнути захоплення повітря в порожнинах литтьової форми 16 при уприскуванні РСГ, необхідна хороша вентиляція (вакуум ування) литтьової форми 16. Повітря, що міститься в порожнині литтьової форми 16, спочатку стискається під натиском інжектуємої РСГ, а потім виштовхується через вентиляційні канали (на Фіг.5 не позначені). Якщо повітря не видалити повністю, воно захоплюється у виріб, що призводить до утворення недоливів, міхурів, неякісної поверхні полімерного ізолятора. Вентиляційні канали шириною 1-3мм і завглибшки 0,004-0,005мм розміщують на лінії розділу литтьової форми 16. Оптимальна вентиляція досягається за допомогою вакуум у. Для створення необхідного вакууму під час закриваючого руху литтьову форму 16 зупиняють на відстані 0,5-2мм до свого повного закриття. Тільки коли вакуум у порожнині литтьової форми 16 досягає необхідного рівня тиску, за допомогою машини повністю закривають литтьову форму 16 і починається процес інжекції. Етап 5. Витримка тиску у литтьовій формі 16. Після заповнення порожнини литтьової форми 16 РСГ тиск уприскування витримують протягом 14с. Це необхідно для того, щоб перешкодити РСГ, що розширюється при підвищенні температури, виштовхуванню з порожнини литтьової форми 16 і зворотному протіканню. Час 1-4с є достатнім, щоб 10 РСГ завулканізувалася у гирлі литтьової форми 16 і, отже, не змогла протекти назад. Тиск у порожнині литтьової форми 16 поступово збільшують у міру розширення інжектованої РСГ при підйомі температури і звичайно досягають значень 25-35МПа. Для утримання обох половин литтьової форми 16 в замкнутому стані залежно від розміру полімерної оболонки ізолятора і їх кількості у литтьовій формі 16, зусилля стулення і утримання литтьової форми 16 в замкнутому стані, здійснюване за допомогою плити вулканізаційного преса 18 і пристрою для стиснення плит 19, вибирають в межах 500-2000кН. Заповнення литтьової форми 16 можливе також без попереднього вакуум ування. Для цього в литтьовій формі 16 виконують отвори для виходу повітря (на Фіг.5 не позначені), що повинні розташовуватися в зоні, якої інжектований матеріал досягає в останню чергу. РСГ заповнюють у литтьовій формі 16 при тиску нижче, ніж при вакуумуванні литтьової форми 16. При цьому стежать за початком виходу гуми з отвору, що свідчить про повне заповнення литтьової форми 16. Недоліки такого варіанту виконання розробленого способу полягають в зниженні продуктивності процесу формування, необхідності стежити за виходом надлишків гуми і великих відходах РСГ, оскільки при нагріві і розширенні РСГ значна її частина витікає з отвору литтьової форми 16. Етап 6. Вулканізація РСГ у литтьовій формі 16. Вулканізація РСГ здійснюється в литтьовій формі 16 при тиску 25-35МПа при температурі 90180°C протягом 4-20 хвилин. Ці параметри вибирають залежно від товщини силіконової оболонки і типа РСГ, які відрізняються молекулярною масою компонентів А і В, часткою функціональних SiCH=CH2 і Si-H груп в молекулах каучуків, а також кількістю платинового каталізатора. Етап 7. Витягання ізолятора з литтьової форми 16. Ізолятор витягується за допомогою вбудованого в машину знімача або вручну за закінцьовувачі 6. Етап 8. Друга стадія вулканізації. Якщо фізико-технічні і електричні показники відлитої еластомерної оболонки ізолятора не досягають нормованих величин, зокрема, показник остаточної деформації, виконують другу стадію вулканізації поза литтьовою формою 16 у тепловій камері (на Фіг.5 не показана) при нормальному тиску і при температурі 120-180°C протягом 1-6 годин залежно від типа РСГ. Нижче наведено обґрунтування параметрів способу формування еластомерної оболонки ізолятора, що заявляється. 1. Тиск пресування РСГ. Було експериментально встановлено, що тиск формування (пресування) в литтьовій пресі-формі при литтьовому виготовленні захисної ребристої полімерної оболонки ізолятора з силіконової гуми адитивної/швидкої вулканізації типу HV 1760/65 повинно знаходитися в межах Pmin=20МПа (200кгс/см 2)÷Рmах=22 МПа(220кгс/см 2). У той же час для РСГ введення компонентів еластомеру у вигляді суміші у прес-форму здійснюють у вигляді 11 84660 інжекції при тиску Pmin=10 МПа, Рmах=20МПа. Вибір оптимального тиску лиття залежить від багатьох чинників, наприклад: пластичності (жорсткості) робочої суміші; природи вулканізуючого агента; наявності явища підвулканизації (скорчінга) гум; об'ємів лиття; кількості наповнювачів (% наповнення, мас.ч. на 100мас.ч. РСГ); реологічних властивостей гумової суміші; температури вулканізації; економічних міркувань тощо. Тиск лиття вибирається експериментально в кожному конкретному випадку для кожної марки гум. Так, дослідним шляхом було встановлено, що необхідний тиск при пресуванні РСГ з метою отримання якісних вулканізатів повинен складати не менше ніж 25МПа. При зменшенні цього тиску (нижнього кордону тиску) P