環(huán)氧樹(shù)脂真空澆注工藝研究

常曉靚　李思慧

摘 要：本文主要講述環(huán)氧樹(shù)脂真空澆注原材料的選擇及其配比，以及盆式絕緣子澆注和固化相關(guān)工藝流程。

關(guān)鍵詞：盆式絕緣子；環(huán)氧樹(shù)脂；真空澆注

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.007

1 概述

隨著我國(guó)“發(fā)展特高壓輸電、優(yōu)化電力布局”戰(zhàn)略的不斷實(shí)施，以及國(guó)網(wǎng)公司“四交四直”、“五交八直”工程的不斷推進(jìn)，標(biāo)志著我國(guó)特高壓輸變電已進(jìn)入高速發(fā)展的階段，具有廣闊的發(fā)展前景。氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）是特高壓輸電中的關(guān)鍵設(shè)備，盆式絕緣子是GIS中重要的絕緣零件。盆式絕緣子不僅要有優(yōu)良的絕緣性能，也要有較高的機(jī)械性能和耐SF6氣體腐蝕等性能。本文就環(huán)氧澆注件生產(chǎn)中原材料的配比選擇，和澆注固化工藝流程進(jìn)行探討。

2 原材料的選擇

（1）樹(shù)脂及固化劑的選擇。雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂與酸酐類固化劑在一定工藝條件下，進(jìn)行固化反應(yīng)交聯(lián)生成三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的熱固性高分子材料。雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂固化后有著較強(qiáng)的機(jī)械性能和優(yōu)異的絕緣性能，因此廣泛的應(yīng)用于高壓電器上的絕緣部件。不同的樹(shù)脂由于分子量分布的不同而呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，本文選用HE-411型號(hào)樹(shù)脂在常溫下為固態(tài)。環(huán)氧值是環(huán)氧樹(shù)脂的重要性能指標(biāo)之一，其影響著樹(shù)脂的固化程度、固化反應(yīng)時(shí)間以及固化后的機(jī)械強(qiáng)度，因此根據(jù)所選材料體系的不同，將環(huán)氧值控制到一個(gè)適合的范圍內(nèi)。另一方面環(huán)氧樹(shù)脂主要指標(biāo)機(jī)氯、無(wú)機(jī)氯以及總氯含量，若樹(shù)脂中有機(jī)氯的含量過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂固化后在高溫狀態(tài)絕緣性能降低；若環(huán)氧樹(shù)脂中無(wú)機(jī)氯含量過(guò)多，則會(huì)影響成型后絕緣件的電性能；若環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)氯離子等雜質(zhì)成分超標(biāo)，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)有促進(jìn)的作用，會(huì)使樹(shù)脂混合料的凝膠時(shí)間縮短，對(duì)整個(gè)固化過(guò)程造成了影響，嚴(yán)重的會(huì)增加整個(gè)澆注件的內(nèi)應(yīng)力。配合環(huán)氧樹(shù)脂用固化劑有多種，例如胺類固化劑、酸酐類固化劑等，不同的體系的固化產(chǎn)物性能有所不同，主要表現(xiàn)在機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性能及Tg上，電氣用環(huán)氧樹(shù)脂多采用酸酐類固化劑，其主要性能指標(biāo)是酸值和酐基含量等。

（2）填料的選擇及配比。在環(huán)氧樹(shù)脂體系內(nèi)加入填料，可以解決純樹(shù)脂的固化收縮率大等問(wèn)題，也可以減小固化后樹(shù)脂的線膨脹系數(shù)，還可以提高固化物的導(dǎo)熱性、及其它性能。作為環(huán)氧體系澆注料的填料，氧化鋁被廣泛使用，本文選用的是RF-22型氧化鋁粉。環(huán)氧澆注體系中氧化鋁填料的比例在一定范圍內(nèi)增大，可有效提高固化物的機(jī)械強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)澆注試樣的彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，得到此環(huán)氧樹(shù)脂澆注體系樹(shù)脂與氧化鋁填料最佳比例為100∶400。氧化鋁填料中位粒徑（D50）、以及粒徑的分布也影響著澆注試樣的強(qiáng)度。若氧化鋁中的大粒子占較大比例、D50較大，會(huì)造成其比表面積過(guò)小，易被樹(shù)脂浸潤(rùn)，但大粒子易沉淀，使氧化鋁在環(huán)氧樹(shù)脂體系內(nèi)分布不均， 會(huì)造成體系固化產(chǎn)物的內(nèi)應(yīng)力分布不均，導(dǎo)致澆注試樣強(qiáng)度的降低。經(jīng)過(guò)對(duì)不同粒徑分布的氧化鋁填料進(jìn)行澆注試樣測(cè)試，得到D50在20μm并呈正態(tài)均勻分布的氧化鋁粉效果最佳。

3 澆注及固化工藝

（1）混合料的預(yù)處理。混合料的預(yù)處理指的是環(huán)氧樹(shù)脂和氧化鋁填料在樹(shù)脂罐，固化劑在固化劑罐分別實(shí)現(xiàn)的，它們?cè)诠に嚂r(shí)間內(nèi)以適合的溫度進(jìn)行脫氣預(yù)處理?；旌狭系拿摎馐峭ㄟ^(guò)薄膜脫氣實(shí)現(xiàn)的，薄膜脫氣的方式是真空澆注中常見(jiàn)的脫氣方式，首先備料罐的攪拌槳將混合料螺旋提升到脫氣傘頁(yè)上，傘頁(yè)上的混合料沿著頁(yè)面向下流淌，此時(shí)混合料在頁(yè)面上形成了一層物料薄層，進(jìn)而利用真空泵將薄層上的氣泡吸出?；旌狭险扯鹊目刂剖侵饕y點(diǎn)，如果粘度過(guò)高不僅不利于薄膜脫氣，而且澆注到模具中也易產(chǎn)生氣孔。如果粘度過(guò)低攪拌槳又無(wú)法把混合料提升至傘頁(yè)， HE-411固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂體系采用單側(cè)將填料加在樹(shù)脂罐側(cè)，將樹(shù)脂和填料的粘度控制在3500-3800mPa.s中可以達(dá)到上述兩點(diǎn)要求。

（2）終混料的澆注。將預(yù)先處理過(guò)的樹(shù)脂罐內(nèi)的樹(shù)脂和填料混合料，以及固化劑罐內(nèi)的固化劑，按照材料配比最終通過(guò)混料器形成終混料，澆入模具內(nèi)。終混料的混合時(shí)間如果過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起終混料粘度的急劇升高，嚴(yán)重的會(huì)堵塞混料器，時(shí)間過(guò)短混合效果可能不佳。所以根據(jù)不同環(huán)氧樹(shù)脂材料體系可使時(shí)間的不同（可使時(shí)間是指環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、填料開(kāi)始混合到終混料粘度達(dá)到20000cp的時(shí)間），如圖1所示，故終混料混合時(shí)間約為70-80分鐘。澆注過(guò)程中，將澆注速率控制在1.5-2Kg/min最佳，若速率過(guò)快容易產(chǎn)生氣泡，速率過(guò)慢不僅制約了生產(chǎn)效率同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的混料時(shí)間會(huì)引起混合料粘度的增加。

（3）固化過(guò)程。澆注完成后必須立即將模具轉(zhuǎn)移至固化爐中進(jìn)行固化，固化的溫度是根據(jù)環(huán)氧澆注料體系設(shè)定的。由于反應(yīng)初期是體系放出大量的熱，因而升溫速率較平緩，達(dá)到一定溫度時(shí)運(yùn)行恒溫段，恒溫段的溫度設(shè)定應(yīng)高于Tg，整個(gè)固化時(shí)間約為24h。固化爐進(jìn)行固化過(guò)程中，一是要求固化爐內(nèi)各處溫度的均一性，二是需要設(shè)定溫度與實(shí)際溫度偏差小于3℃。

4 結(jié)論

盆式絕緣子主要是由雙酚A環(huán)氧樹(shù)脂和氧化鋁填料在比例約為1：4，以及酸酐類固化劑混合澆注，再進(jìn)行固化成型的。影響環(huán)氧樹(shù)脂性能的主要指標(biāo)是環(huán)氧值、氯的含量等，氧化鋁的主要指標(biāo)是中位粒徑、粒徑分布等。在合理的可使時(shí)間內(nèi)完成終混料的混合，并按照適合材料體系溫度進(jìn)行固化，有利于提高澆注件的產(chǎn)品質(zhì)量和提升生產(chǎn)效率。本文提到的樹(shù)脂、固化劑是由上海雄潤(rùn)樹(shù)脂廠生產(chǎn)的HE-411型樹(shù)脂、HH-106型固化劑，氧化鋁粉是用鄭州盛源氧化鋁廠生產(chǎn)的RF-22型填料。

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