一种高电压用硬质伞裙复合绝缘横担及其制备装置与方法技术领域
本发明涉及一种高电压复合绝缘横担，具体涉及一种采用纤维拉挤、缠绕及编织
浸渍聚氨酯树脂加在线发泡制造的绝缘管外加注硬质脂环族环氧树脂伞盘制作高电压复
合绝缘横担的装置及制造方法。
背景技术
近几年来，我国的电网建设规模越来越大，特高压长距离跨区输电已经成为发展
的方向。这个不仅是我们人民实际生活的需求，也是我们对国际社会的庄严承诺。把西部的
煤炭长距离运输到中东部再发点，我们付出的代价太大了。不仅仅是环境污染的一个问题。
特高压长距离输电，无论是交流还是我们现在推崇的直流输电，我们输电技术方
案已经愈来愈成熟，毋庸置疑。但是在如何应用新材料新技术更好地服务于我们的智能化
电网建设，打造坚强安全电网智能化电网上，我们和国外知名的公司如ABB，西门子，斯奈德
等还有不少的差距。特别是这几年来，自然灾害频发，南方的雷雨天气无常，中东部冻雨引
起的线路覆冰，北方及西部沙尘暴引起的绝缘子大面积污闪，这些都对安全可靠供电产生
了不利的影响。有时候对我们的正常生活带来较大影响。广大电力系统科技工作者也一直
在探索着这些问题。
目前，我国输电线路都是用传统的铁塔、钢管杆、混凝土杆再在两边边配置钢质横
担，再在其上安装悬式或柱式绝缘子的基本形式在运行。为了满足相应的绝缘距离和爬电
距离技术要求，钢质的横担必需配置很长的绝缘子串。
目前的这种结构，在大风，雨雪，沙尘暴的恶劣天气环境下，经常出现因导线舞动
引起的雷击闪络、覆冰闪络，风偏闪络、污秽闪络等故障，这些问题严重威胁着输电线路的
安全运行。输电线路电压等级越高，与之相对应的绝缘子串也就越长，这样势必增加了铁塔
的高度，加大了铁塔钢材用量，给输电线路的日常运行和检修工作增加了工作量。同时，为
了避免因导线舞动而引起跳闸，必须增加线间距离，势必增加输电走廊的占地面积，在目前
土地资源紧缺的情况下，给输电线路的投资建设带来了不小的麻烦。
因此，寻找新型高强度绝缘材料代替传统钢材是解决上述问题的一个途径。在此
研究领域，国内已经开发出了多种产品，如传统的瓷绝缘横担和硅橡胶复合绝缘横担，即在
一定长度的玻纤拉挤芯棒上包覆硅橡胶材料，增加绝缘距离，组成一个完整的复合绝缘横
担。但这两种绝缘横担都有不足，硅橡胶绝缘横担具有伞裙机械强度低，人工外力时易变形
受损且不易恢复，易受鸟害侵扰等缺点；陶瓷绝缘横担具有重量重，雷雨天气易自爆，人工
外力易损坏或断裂，耐污秽能力较硅橡胶差的缺点。
随着新型复合绝缘材料的开发和应用，复合绝缘材料在输电设备中的用途越来越
广，特别是纤维增强聚氨酯树脂基复合材料以良好的绝缘性能和机械性能被广泛地运用在
输电线路绝缘横担上。
专利CN10942922.A (一种耐电痕腐蚀、高疏水性输电复合材料横担制备工艺)中，
其所述的中心思想，其一复合横担采用拉挤或缠绕工艺实现。其二端头采用真空浇注脂环
族环氧树脂工艺实现，但具备以下不足：
1）所述用10%-30%的硝酸、盐酸、硫酸对纤维表面处理，只能破坏纤维表面的偶联剂。
2）所述高强度玻纤从没有多少K的叫法，一般碳纤维叫多少K。
3）所述纤维拉挤绝缘棒，没有说明固化剂的种类。
4）所述脂环族环氧树脂拉挤模具的温度200度。树脂的化学反应是有温度曲线的。
化学反应的温度是要分区进行控制的。
5）增怕伞裙的树脂配方更不科学。所述将氧化锆、玻璃粉、二氧化硅，氢氧化铝填
料在盐酸、硫酸、硝酸中浸泡4-6小时使用，未说出使用方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高电压用高强度复合绝
缘横担及其制备装置与制造方法，首先通过连续纤维拉挤、纤维缠绕及纤维编织浸渍聚氨
酯树脂技术工艺生产高强度复合绝缘园管。并在连续生产的同时在复合绝缘园管内进行聚
氨酯发泡，通过机械牵引拉出后定尺切割。将其作为内绝缘支撑。第二步依据技术设计要求
给这种聚氨酯发泡复合绝缘园管两端安装金具。第三步在安装金具的聚氨酯发泡复合绝缘
管外，通过APG压力凝胶注射工艺在上述的复合绝缘园管上真空浇注户外用脂环族环氧树
脂作为外绝缘硬质圆形伞裙。伞裙形状与结构多少及大小按电压等级技术要求确定。这时
这种聚氨酯发泡复合绝缘横担制造完成。
取代金属横担和传统绝缘子这种传统标配，创新发明的这种复合绝缘横担形式，
即把原来的金属横担改为复合绝缘材料横担，本身就是对人们传统观念的颠覆。它提高了
整体杆塔的绝缘水平，同时提高线路耐污闪和抗雷电能力。又能防止鸟害侵扰，提高输电线
路的安全性。由于是硬质的伞裙，维护保养时人可以在其上走动而伞裙不至于像硅橡胶伞
裙那样会撕裂和变形。这样又能大大减轻输电线路日常检修维护工作量。也可以在设计时
考虑减少输电线路走廊宽度，节约土地。也可以在设计时考虑幅降低铁塔高度（不用了悬式
的绝缘串）。所有这些将会产生较大的经济效益与社会综合效益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高电压用高强度复合绝缘横担，包括金属连接件A、金属连接件B，金属连接件A、金
属连接件B中间通过绝缘管连接，绝缘管内部填充聚氨酯发泡材料，外包覆有硬质脂环族环
氧树脂伞裙，所述的绝缘管通过连续纤维拉挤、纤维缠绕及纤维编织的纤维排布为三层纵
向纤维并浸渍聚氨酯树脂制成。
一种高电压用高强度复合绝缘横担制备装置，包括绝缘管，纱架通过纵向内层纤
维连接导纱架A、导纱架B、导纱架C，导纱架A、导纱架B、导纱架C分别通过纵向中间纤维层连
接芯模、内层逆时针方向缠绕装置、外层顺时针方向缠绕装置，内层逆时针方向缠绕装置连
接导纱架D，外层顺时针方向缠绕装置连接导纱架E，导纱架E后端连接外层纤维编织网管装
置，外层纤维编织网管装置通过胶盒子连接三区加热拉挤模具，三区加热拉挤模具后端设
有机械牵引装置，机械牵引装置后端通过定尺切割器将绝缘管切割成绝缘管；所述的绝缘
管通过浇注模具在其外包覆一层硬质脂环族环氧树脂伞裙，浇注模具设有浇注口、浇注阀
门。
所述的芯模设有模具调节装置、聚氨酯发泡进料阀。
所述的胶盒子设有注胶口阀门、排胶口阀门。
一种高电压用高强度复合绝缘横担的制造方法，包括以下步骤：
1）结合复合绝缘横担的技术要求，计算出这种聚氨酯发泡复合绝缘管的壁厚后，制作
相应的金属内芯模具和成型外模具及相应的调节金属内芯模的工装、辅助夹具；
2）排布内层玻璃纤维直接纱，让内层纵向玻璃纤维直接纱通过导纱架直接纱紧贴金属
内芯模，进入模具直到牵引机下；
3）这时开启牵引设备，速度在150mm/分钟。再开启内层逆时针环向缠绕纤维装置，让内
层逆时针环向纤维缠绕在内层纵向纤维上，通过已经向前走动的内层纵向纤维带动，通过
成型模具及牵引设备；
4)将中间层纵向玻璃纤维捆扎在走动的内层逆时针环向缠绕纤维上，通过成型模具及
牵引设备；
5）开启外层顺时针环向缠绕纤维装置，让外层顺时针环向纤维通过已经向前走动的玻
纤带动，通过成型模具及牵引设备；
6）将外层纵向玻璃纤维捆扎在走动的顺时针外层缠绕纤维上，让外层纵向纤维通过已
经走动玻纤通过成型模具及牵引设备；
7）开启纤维编织网管装置，让纤维编织网管也通过已经向前走动的纤维带动，通过成
型模具及牵引装置；
8）待三区加热拉挤成型模具到达设定的工艺温度后，打开聚氨酯注胶盒上的阀门，开
始注射聚氨酯树脂，注射聚氨酯的流量要根据拉挤速度和拉挤出来的复合绝缘管产品外观
质量来调整；
9）待成型的聚氨酯复合绝缘管生产正常后再开启聚氨酯发泡设备进行内填充聚氨酯
泡沫，聚氨酯的泡沫密度在电力横担的标准要求为闭孔220g/平方，发泡聚氨酯的注射量要
依照管子的内径和拉挤速度确定，这样才能保证聚氨酯泡沫的密度制成填充好聚氨酯发泡
材料的绝缘管；
10）在制成填充好聚氨酯发泡材料的绝缘管两端连接金属连接件，再给复合绝缘横担
及包覆户外硬质伞裙的部分涂抹有机硅烷偶联剂，完后再放入烘箱加热到40度待用，将预
热的带有金具和填充泡沫的内绝缘横担放置在下模具上，闭合上模具，再注入真空搅拌好
的脂环族环氧树脂胶料，直到进入模具的胶料填充满为止，然后，一起将模具与产品一起放
进加热固化炉内进行固化，对作为外绝缘伞裙的脂环族环氧树脂胶料固化，其固化温度曲
线也是分为2个阶段进行，制成高电压用高强度复合绝缘横担。
所述的脂环族环氧树脂胶料为HUNTSMAN公司的脂环族环氧树脂，代号为Aralaite
HCEP，这种户外专用树脂，具有优异的电气性能，机械性能，耐候性能和憎水性。
所述的固化采用APG自动压力凝胶成型工艺（Automatic pressure gelating），能
够缩短产品固化周期，由传统的4-5小时缩短到30-40分钟，所述的APG自动压力凝胶成型工
艺，还能是产品固化收缩率由1%-3%降低至0.3%，大大提高了成品的致密性，也同时提高了
伞裙的电气绝缘性能和机械强度。
所述的偶联剂为传统的硅烷偶联剂A-187，调制使用时，加入50%无水乙醇。
所述的整体连模具及产品固化分为两个阶段，前15分钟110度，后20分钟150度。
本发明的有益效果是：
一般这种用于复合绝缘横担的管材中树脂胶料占的重量比为20-18%。再依据复合材料
的辅层设计理论，计算出所要生产的这种作为内绝缘复合绝缘横担的管壁厚度。再分别计
算出三层所要排布的纵向纤维数，环向缠绕纤维数，编织纤维网管的厚度，具有以下优点：
1）连续纤维拉挤、纤维缠绕及纤维编织的纤维排布为三层纵向纤维，分布与不同层间
的环向缠绕纤维，管壁的最外层为纤维编织网格。这种纤维结构是目前复合材料成型工艺
中最为科学的增强力学性能方法，再加上选用的胶料树脂为双组份聚氨酯树脂，且树脂胶
料占整体复合绝缘管重量比为20-18%。更加充分保证这种复合绝缘管的高冲击强度，高韧
性，高拉伸强度及弯曲强度。
2）在这种聚氨酯树脂胶料中还添加有紫外线吸收剂种类的材料，保障了这种复合
绝缘管的耐老化性能。
3）这种复合绝缘管壁内填充材料为连续闭孔发泡聚氨酯材料，而且聚氨酯发泡过
程和纤维拉挤&纤维缠绕&纤维编织浸渍聚氨酯树脂拉挤生产复合绝缘管同步进行。在内管
芯模的调节装置前，安装固定聚氨酯发泡装置的注胶管管嘴及控制手动阀门，注胶管的管
嘴要伸长到内芯模以外和外模具出口并齐。内芯模要比外成型模具短200mm。这200mm的范
围就是聚氨酯连续发泡注满管子内壁的区间。连续拉挤向前移动的这种纤维与树脂胶料在
模具里成型后，成型后的产品在模具出口处，趁热注入双组份聚氨酯发泡材料，能使两者的
界面黏结的更牢靠。以保证潮气不能进入管壁内，增强复合绝缘管的电气性能。
附图说明
图1为本发明的机构示意图。
图2为本发明的生产设备图。
图3为本发明的硬质脂环族环氧树脂伞裙注胶模具图。
图4为本发明应用图。
其中，1为金属连接件A；2为金属连接件B；3为绝缘管；4为聚氨酯发泡材料；5为硬
质脂环族环氧树脂伞裙；6为纱架；7为纵向内层纤维；8为导纱架A；9为导纱架B；10为导纱架
C；11为纵向中间纤维层；12为模具调节装置；13为聚氨酯发泡进料阀；14为芯模；15为内层
逆时针方向缠绕装置；16为导纱架D；17为纵向外层纤维；18为导纱架E；19为外层顺时针方
向缠绕装置；20为外层纤维编织网管装置；21为胶盒子；22为三区加热拉挤模具；23为注胶
口阀门；24为排胶口阀门；25为机械牵引装置；26为定尺切割器；27为浇注模具；28为浇注
口；29为浇注阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
如图1所示，一种高电压用高强度复合绝缘横担，包括金属连接件A1、金属连接件
B2，金属连接件A1、金属连接件B2中间通过绝缘管3连接，绝缘管3内部填充聚氨酯发泡材料
4，外包覆有硬质脂环族环氧树脂伞裙5，所述的绝缘管3通过连续纤维拉挤、纤维缠绕及纤
维编织的纤维排布为三层纵向纤维并浸渍聚氨酯树脂制成。
如图2、3所示，一种高电压用高强度复合绝缘横担制备装置，包括绝缘管3，纱架6
通过纵向内层纤维7连接导纱架A8、导纱架B9、导纱架C10，导纱架A8、导纱架B9、导纱架C10
分别通过纵向中间纤维层11连接芯模14、内层逆时针方向缠绕装置15、外层顺时针方向缠
绕装置19，内层逆时针方向缠绕装置15连接导纱架D16，外层顺时针方向缠绕装置19连接导
纱架E18，导纱架E18后端连接外层纤维编织网管装置20，外层纤维编织网管装置20通过胶
盒子21连接三区加热拉挤模具22，三区加热拉挤模具22后端设有机械牵引装置25，机械牵
引装置25后端通过定尺切割器26将绝缘管切割成绝缘管3；所述的绝缘管3通过浇注模具27
在其外包覆一层硬质脂环族环氧树脂伞裙5，浇注模具27设有浇注口28、浇注阀门29。
所述的芯模14设有模具调节装置12、聚氨酯发泡进料阀13。
所述的胶盒子21设有注胶口阀门23、排胶口阀门24。
一种高电压用高强度复合绝缘横担的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）结合复合绝缘横担的技术要求，计算出这种聚氨酯发泡复合绝缘管的壁厚后，制作
相应的金属内芯模具和成型外模具及相应的调节金属内芯模的工装、辅助夹具；
2）排布内层玻璃纤维直接纱，让内层纵向玻璃纤维直接纱通过导纱架直接纱紧贴金属
内芯模，进入模具直到牵引机下；
3）这时开启牵引设备，速度在150mm/分钟。再开启内层逆时针环向缠绕纤维装置，让内
层逆时针环向纤维缠绕在内层纵向纤维上，通过已经向前走动的内层纵向纤维带动，通过
成型模具及牵引设备；
4)将中间层纵向玻璃纤维捆扎在走动的内层逆时针环向缠绕纤维上，通过成型模具及
牵引设备；
5）开启外层顺时针环向缠绕纤维装置，让外层顺时针环向纤维通过已经向前走动的玻
纤带动，通过成型模具及牵引设备；
6）将外层纵向玻璃纤维捆扎在走动的顺时针外层缠绕纤维上，让外层纵向纤维通过已
经走动玻纤通过成型模具及牵引设备；
7）开启纤维编织网管装置，让纤维编织网管也通过已经向前走动的纤维带动，通过成
型模具及牵引装置；
8）待三区加热拉挤成型模具到达设定的工艺温度后，打开聚氨酯注胶盒上的阀门，开
始注射聚氨酯树脂，注射聚氨酯的流量要根据拉挤速度和拉挤出来的复合绝缘管产品外观
质量来调整；
9）待成型的聚氨酯复合绝缘管生产正常后再开启聚氨酯发泡设备进行内填充聚氨酯
泡沫，聚氨酯的泡沫密度在电力横担的标准要求为闭孔220g/平方，发泡聚氨酯的注射量要
依照管子的内径和拉挤速度确定，这样才能保证聚氨酯泡沫的密度制成填充好聚氨酯发泡
材料的绝缘管；
10）在制成填充好聚氨酯发泡材料的绝缘管两端连接金属连接件，再给复合绝缘横担
及包覆户外硬质伞裙的部分涂抹有机硅烷偶联剂，完后再放入烘箱加热到40度待用，将预
热的带有金具和填充泡沫的内绝缘横担放置在下模具上，闭合上模具，再注入真空搅拌好
的脂环族环氧树脂胶料，直到进入模具的胶料填充满为止，然后，一起将模具与产品一起放
进加热固化炉内进行固化，对作为外绝缘伞裙的脂环族环氧树脂胶料固化，其固化温度曲
线也是分为2个阶段进行，制成高电压用高强度复合绝缘横担。
所述的脂环族环氧树脂胶料为HUNTSMAN公司的脂环族环氧树脂，代号为Aralaite
HCEP，这种户外专用树脂，具有优异的电气性能，机械性能，耐候性能和憎水性。
所述的固化采用APG自动压力凝胶成型工艺（Automatic pressure gelating），能
够缩短产品固化周期，由传统的4-5小时缩短到30-40分钟，所述的APG自动压力凝胶成型工
艺，还能是产品固化收缩率由1%-3%降低至0.3%，大大提高了成品的致密性，也同时提高了
伞裙的电气绝缘性能和机械强度。
所述的偶联剂为传统的硅烷偶联剂A-187，调制使用时，加入50%无水乙醇。
所述的整体连模具及产品固化分为两个阶段，前15分钟110度，后20分钟150度。
如图4所示，所述的高电压用高强度复合绝缘横担应用于水泥或金属杆，代替原有
的金属横担改为复合绝缘材料横担，本身就是对人们传统观念的颠覆。它提高了整体杆塔
的绝缘水平，同时提高线路耐污闪和抗雷电能力。又能防止鸟害侵扰，提高输电线路的安全
性。由于是硬质的伞裙，维护保养时人可以在其上走动而伞裙不至于像硅橡胶伞裙那样会
撕裂和变形。这样又能大大减轻输电线路日常检修维护工作量。也可以在设计时考虑减少
输电线路走廊宽度，节约土地。也可以在设计时考虑幅降低铁塔高度（不用了悬式的绝缘
串）。所有这些将会产生较大的经济效益与社会综合效益。
对于本领域的一般技术人员，依据本发明思想，在具体实施方式及应用范围上均
会有改变之处，综上所述的权利要求，不应理解为对本发明的限制，凡依本设计思想所做的
任何改变都在本发明的保护范围之内。