電容器瓷套管專用膠粘劑的研究

彭永利，徐 忠，王醉寒，曾 輝

(1.武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073;2.浙江電瓷廠有限責(zé)任公司,浙江 衢州 324002)

電容器瓷套管是瓷質(zhì)的電絕緣材料，具有良好的絕緣性和機械強度，主要包括長石質(zhì)瓷、氧化鋁瓷以及滑石瓷等[1]。瓷套管兩端頸部的抗彎強度較低，需用不銹鋼環(huán)加固[2]，并用膠粘劑粘接。要求該膠粘劑既能有效地粘接光滑的瓷釉表面和不銹鋼環(huán)，又能起到密封的作用。常規(guī)室溫固化的環(huán)氧樹脂膠粘劑脆性較大，與瓷釉表面粘接強度低；而市售的低分子量聚酰胺固化劑雖然對環(huán)氧樹脂增韌效果優(yōu)良[3]，但粘度大、相容性差，均無法滿足該裝配工藝的要求。為此，作者合成了一種低粘度的聚酰胺固化劑，進而制備出一種電容器瓷套管專用膠粘劑，以滿足實際生產(chǎn)的需要。

1 實驗

1.1 材料、原料與試劑

電容器瓷套管及其配件,浙江電瓷廠有限責(zé)任公司。

CYD128低粘度環(huán)氧樹脂(環(huán)氧值0.53)，中國石化集團巴陵石油化工有限責(zé)任公司；輕質(zhì)碳酸鈣(400目)，安徽宣城陽光鈣業(yè)有限公司；己二酸、四乙烯五胺，分析純，天津泰蘭德化學(xué)試劑廠。

1.2 低粘度聚酰胺固化劑的制備

按比例準(zhǔn)確稱取己二酸、四乙烯五胺和催化劑，投入潔凈的250 mL三口燒瓶中，升溫至設(shè)定溫度，恒溫下攪拌反應(yīng)一定時間。待反應(yīng)終止后，緩慢降溫至50～60 ℃，繼續(xù)攪拌并恒溫1 h。冷卻至室溫，出料[4]，即得低粘度聚酰胺固化劑，命名為EA6。

1.3 膠粘劑的制備

將輕質(zhì)碳酸鈣于110 ℃干燥4 h后，密封，冷卻至50～60 ℃。定量、充分混合于低粘度聚酰胺固化劑EA6中，制成A組分；定量、充分混合于CYD128低粘度環(huán)氧樹脂中，制成B組分。使用時將A、B組分按1∶3(質(zhì)量比)混合均勻，即得膠粘劑。澆注體的力學(xué)性能參照GB/T 2567-2008測試。

1.4 膠粘劑的TG-DSC分析

用STA 409 PC/4/H LUXX型綜合熱分析儀(德國)對膠粘劑固化物進行TG-DSC分析。升溫范圍：40～650 ℃，樣品質(zhì)量：2.536 mg，升溫速率：20 K·min-1。

1.5 產(chǎn)品性能測試

將A、B組分分別加熱至55 ℃左右，注入涂膠管內(nèi)，經(jīng)管式混合器混合后對S3電容器瓷套管瓷件注膠，再進行瓷套管的頭部、底部組裝，完成后常溫下放置24 h。參照IEC60137:2008測試電容器瓷套管的抗彎、抗扭、抗彎破壞、密封滲漏等性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 低粘度聚酰胺固化劑EA6的性質(zhì)

EA6的相對分子質(zhì)量遠大于脂肪族多胺(如乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等)，具有揮發(fā)性小、幾乎無毒、對皮膚刺激性小等優(yōu)點。其粘度(25 ℃)為10 Pa·s，略低于低粘度環(huán)氧樹脂(25 ℃，11 Pa·s)，明顯低于市售的低分子650聚酰胺(40 ℃，26 Pa·s)，并且與CYD128低粘度環(huán)氧樹脂相容性好，不會在混合過程中出現(xiàn)“發(fā)白”現(xiàn)象。EA6胺值為718 mgKOH·g-1。

2.2 固化體系的凝膠時間

EA6與CYD128低粘度環(huán)氧樹脂的最佳配比為1∶3(質(zhì)量比)，既可以室溫固化環(huán)氧樹脂，也可以加熱固化，固化溫度對體系凝膠時間的影響見表1。

表1 固化溫度對體系凝膠時間的影響

由表1可以看出，室溫下EA6的適用期(樹脂從加入固化劑到發(fā)生凝膠化的時間，是樹脂可以使用的時間)比較長，可以滿足電容器瓷套管的涂膠、組裝工藝。

2.3 膠粘劑澆注體的力學(xué)性能

EA6是環(huán)氧樹脂優(yōu)良的固化劑和增韌劑，具有室溫固化配比范圍寬、操作時間長等特點，與環(huán)氧樹脂配合不產(chǎn)生副產(chǎn)物，對環(huán)氧樹脂增韌效果明顯。EA6的脂肪烴碳鏈交聯(lián)時能起內(nèi)增塑作用，極大地提高了固化物的抗沖強度，固化物收縮性小，具有較好的粘結(jié)強度、柔韌性、絕緣性和抗化學(xué)品性。所制備電容器瓷套管專用膠粘劑的拉伸強度為38.2 MPa、彎曲強度為82.8 MPa、沖擊強度為13.5 kJ·m-2、壓縮強度為103.5 MPa。

2.4 膠粘劑的TG-DSC分析(圖1)

由圖1可以看出，該膠粘劑固化物的Tg為163 ℃。在310 ℃之前，樣品質(zhì)量基本不變；310 ℃之后開始分解，370 ℃后質(zhì)量直線下降，失重50%的溫度為400 ℃，650 ℃后質(zhì)量基本不變，最終失重達75%；DSC曲線上420 ℃左右有熔融吸熱峰。

2.5 膠粘劑的應(yīng)用研究

圖1 膠粘劑的TG-DSC曲線

對20支S3電容器瓷套管瓷件注膠，進行頭部、底部組裝，24 h后測試其性能指標(biāo)為：44 Nm抗扭測試通過率100%、3 kPa水密封滲漏率0%、破壞性抗彎力233 kgf，指標(biāo)值分別為100%、0%、≥200 kgf。該膠粘劑由于韌性好、收縮率低，大大降低了膠粘劑本體層的內(nèi)應(yīng)力，從而可以有效地粘接瓷件和金屬，使瓷套管與不銹鋼加固環(huán)有效地連接為整體，同時滿足了產(chǎn)品的密封與粘接性能要求。

3 結(jié)論

低粘度聚酰胺固化劑EA6粘度(25 ℃)為10 Pa·s，胺值為718 mgKOH·g-1，與CYD128低粘度環(huán)氧樹脂在最佳配比1∶3(質(zhì)量比)下制備的電容器瓷套管專用膠粘劑具有適用期長、體積收縮率低、抗沖擊強度高等優(yōu)點，適用于陶瓷與金屬的粘接，可以同時滿足產(chǎn)品的密封與粘接性能要求。

參考文獻：

[1] 陳平.高壓電瓷材料的發(fā)展趨勢[J].中國陶瓷工業(yè),2005,12(3):34-37.

[2] 嚴(yán)懷貴.電容器瓷套管金屬化新工藝探討[J].電力電容器,1992,(3):37-39.

[3] 夏建陵,聶小安,張燕，等.新型聚酰胺/環(huán)氧固化體系性能的研究[J].熱固性樹脂，2004,19(5):27-28.

[4] 黃赤,葉龍,彭永利.低粘度聚酰胺的合成[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報,2010,32(11):81-84.