[01826689]高性能电力复合绝缘材料设计、制备及工程应用

适合高速铁路和电力系统苛刻工况的高性能电力绝缘材料及产品的需求十分突出,针对这些重大需求,在湖北省教育厅产学研重点（CXY2009B042）、企业横向委托等项目支持下,本项目研究从构建高速、高负荷等特殊环境下的聚合物复合绝缘材料的总体设计原则入手,结合高速铁路、电力系统运行和施工的具体工况,开发高性能电力复合绝缘材料及相关产品。 （1）板式轨道钢筋绝缘原材料设计：以均聚聚丙烯（PPH）为基体,以弹性微粒和无机粒子同时对PPH进行增强增韧改性,弹性粒子能充当应力集中中心,阻滞小裂纹,使之不致发展成破坏性的裂纹,无机粒子则能在基体中形成物理交联,避免由于增韧所致的强度和刚度下降。所得材料具备优异的绝缘性和机械性能,各项性能指标均达到或优于铁道部技术规范要求。 （2）输变电设备绝缘防护材料设计：选用热硫化硅橡胶为基体,添加热缩聚合物,使该材料能经热收缩至扩张前的尺寸,达到绝缘的可靠性。并有机组合不同类型的热缩型聚合物,并调整和优化其与基体间的比例,降低材料的热缩温度。采用无机阻燃剂既能提高阻燃性能,还能有效提高材料的力学性能。 （1）以无卤环保的均聚聚丙烯为钢筋绝缘夹的原材料,以热塑性弹性体和纳米无机刚性粒子作为复合增强增韧改性剂对基材进行改性,克服了目前聚乙烯材质产品在瞬时高电流情况下绝缘性能和力学性能无法完全满足实际使用要求这一关键问题。 （2）采用热硫化硅橡胶为电力绝缘防护材料的基材,添加热缩性聚合物,使该复合材料在热作用下自行收缩至扩张前的形状和尺寸,达到绝缘的可靠性,而采用无卤无机阻燃填料既能大大提高材料的阻燃性能,还能有效提高其力学性能。该绝缘复合材料具有优异的综合性能。 （3）该技术成果创新性显著,科技查新未见国内外相同文献报道,已获多项发明专利,已制订了产品质量企业标准（QB/HBT04-2009）。 （1）用于高速铁路板式轨道钢筋绝缘夹原料及产品 用于高速铁路板式轨道钢筋绝缘夹原料及产品技术主要适用于高速铁路板式轨道钢筋绝缘领域。绝缘夹在使用过程中有两个阶段性作用：第一阶段用于定位钢筋,在布设轨道板螺纹钢以及浇筑混凝土过程中起到固定钢筋的作用,第二阶段的作用是使纵向与横向、纵向与纵向钢筋间彼此绝缘。 本项目技术生产的绝缘夹在每个卡口方向均有扣带,能够将钢筋紧紧固定,且抗拉强度大、脱扣力达25kg以上。按钢筋网格大小为150mm×150mm计,每个网格有4个绝缘卡,则每个网格在承受高达100 kg的重力条件下（远大于普通人员的体重）,绝缘卡不会脱落;同时,施工中只需将扣带插入卡扣并拉紧,即可替代铁绑线起到紧固钢筋之作用。钢筋绝缘夹针对混凝土结构的影响上进行原点设计,已极大限度的按照钢筋绝缘夹实际应用的技术参数标准进行反复试验,是较为合理的最小体积,能有效减少混凝土杂质,相对提高混凝土密实度和加强混凝土强度,保证混凝土的性能,减少了钢筋绝缘夹对混凝土结构的影响;同时,绝缘夹的热膨胀系数为13.4～14.2×10-5之间。绝缘夹处在混凝土与钢筋之间,使混凝土对钢筋的握裹力下降,对混凝土结构强度有影响。因此,为提高混凝土对钢筋的握裹力,对其表面进行了糙化处理,使其表面粗糙以减少绝缘卡对混凝土结构的影响。绝缘夹在100℃下连续使用性能十分稳定,耐热性好。绝缘夹的电气强度达到37 kv/mm能有效防止因接触线闪落使绝缘夹被击穿,造成钢筋绝缘失效,使轨道电路的传输长度缩短,进而影响行车安全。绝缘夹设计严格依据钢筋绝缘夹应用环境的技术要求和适用条件,分别采用横纵双向十字设计或平行一字型设计,能防止纵向与纵向之间、纵向与横向钢筋间短路,使两者保持相对距离,避免可能形成的电流回路,通过优异的绝缘性能确保轨道电气化运行的稳定。本项目产品外观性能优良,方便施工安装,布设钢筋准确有效、安装简单快捷。钢筋绝缘夹实际使用率高,无方向性限制,无须借助任何辅助性工具,不受环境或条件限制,最大限度降低因安装施工不便造成的产品浪费。 （2）用于输变电设备的绝缘防护材料 本技术主要适用于输变电设备的绝缘防护领域。使用这种热缩型预制绝缘防护罩可以解决的问题： ①有效的杜绝缘飞禽走兽等小动物或异物搭接造成的短路事故; ②防止凝露闪烙、污秽闪烙、冰柱粘雪造成的电气事故; ③防止酸雨、盐雾及有害化学气体对变压器进出线的腐蚀; ④避免行人误触裸露的电气接点而造成的人身伤亡事; ⑤防护罩与计量装置全封闭运行可防止不法人分子窃电。 本项目技术所生产的绝缘防护材料为硅橡胶和热缩型高分子共混原料,产品寿命≥20年;原料可以采用模具加工预制成型,加工方便;所得绝缘防护罩产品柔软有韧性、抗撕裂、抗紫外线、耐老化、抗电痕、适于户外长期运行;而且所制备的绝缘防护罩产品具有优异的疏水性（疏水性≤0.1％）,可有效防污防漏电;采用该原料制备的绝缘防护罩产品的绝缘性能优异,绝缘强度≥25kV/mm,且安装简便、迅速,扣接结构便于检修时拆装、重复使用,可适用于变压器高、低压侧多规格导线、母排、电缆等进出线。 （1）应用情况：本项目所研发高速铁路板式轨道钢筋绝缘夹材料,已先后与湖北博腾新材料有限公司和武汉九州创业科技有限公司进行合作应用开发,从2010年至2015年,由该改性聚丙烯专用料生产的钢筋绝缘产品已先后在石武、沪宁、大西、兰新、京福、贵广等30多条高速铁路项目上广泛使用,其产品性能和施工方式大大优于同类产品,迄今供货总量近八亿个,绝缘产品销售总额达2亿4千6百多万,新增利税销售量近2000万,取得了良好的经济技术效益和社会效益。 （2）存在问题：I、需进一步提高高速铁路板式轨道钢筋绝缘夹产品对于严寒地区（如零下35℃以下环境使用时）铁路铺设过程中对产品性能的要求,需对原材料配方及产品制备工艺参数进一步进行优化,更好的提高产品韧性,以更大程度的满足高速铁路轨道建设需求;II、进一步提高输变电设备绝缘防护材料在超高电压（＞100kV）下的绝缘性能,以满足电网系统电压等级不断提高的需求。另外,在满足产品性能要求的基础上对这两种原材料的成本可进一步降低,以提高产品的附加值和竞争力。