混料工藝對法蘭澆注劑性能的影響

井瓊瓊 司曉闖 張 倩 徐衛(wèi)星 祁萬斌

(平高集團有限公司，河南 平頂山 467000)

絕緣子作為必備的絕緣裝置，廣泛應用于開關(guān)設備、輸電線路、變電站等電力系統(tǒng)。 絕緣子一般由瓷質(zhì)絕緣子和復合絕緣子，隨著社會工業(yè)的發(fā)展，復合絕緣子應用越來越多。 復合絕緣子主要由傘裙護套、環(huán)氧樹脂玻璃纖維纏繞管（芯棒）、端部金屬附件組成，其中重要的一個工藝環(huán)節(jié)是端部金屬附件與環(huán)氧樹脂玻璃纖維纏繞管的粘接，即法蘭的澆裝，將環(huán)氧樹脂膠注入到法蘭與玻璃纖維管（棒）的間隙內(nèi)，加溫固化，形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的固化物，把兩者結(jié)合成一個整體，如圖1 所示。

法蘭的澆裝劑一般由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進劑、填料等組成，其性能不僅取決于原料本身的結(jié)構(gòu)和性能，被粘物表面的結(jié)構(gòu)和膠黏特性， 還與澆裝劑的制備工藝有密切的關(guān)系，本文的研究目的是對比分析兩種混料方式對法蘭澆裝劑性能的影響。

圖1 空心復合絕緣子示意圖

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

環(huán)氧樹脂：EP CYD-128；增韌劑：溫州清明化工有限公司；固化劑：大連金世光電材料有限公司；硅微粉：東海縣白塔埠鎮(zhèn)譽文石英制品廠；促進劑：分析純，上海三愛思試劑有限公司。

1.2 試樣制備

將硅微粉在100±5℃烘箱中烘2 小時后，自然冷卻到常溫備用。 將環(huán)氧樹脂、增韌劑、固化劑、硅微粉、促進劑按照一定配比稱量好備用。

1.2.1 人工攪拌制備法蘭澆裝劑試樣。 人工攪拌制備法蘭澆裝劑試樣工藝流程見圖2，試樣標記為Ⅰ。采用人工間歇式攪拌，攪拌完畢后，放置一段時間后，使用注射槍灌膠。 將環(huán)氧樹脂、增韌劑、固化劑按照一定配比加熱熔融后，加入事先烘干稱量好的硅微粉攪拌，按同一方向攪拌，直至無明顯白色粉狀物。

圖2 人工攪拌制備法蘭澆裝劑試樣工藝流程圖

1.2.2 機械抽真空攪拌制備法蘭澆裝劑試樣。 機械攪拌制備法蘭澆裝劑試樣工藝流程見圖3，試樣標記為Ⅱ。攪拌使用可傾式行星攪拌機，采用多層漿葉及刮臂攪拌，不出現(xiàn)混合死點，在真空狀態(tài)下攪拌，達到良好的排氣除泡效果，在恒定壓力下出料，均勻灌膠。

圖3 機械攪拌制備法蘭澆裝劑試樣工藝流程圖

1.3 主要設備及儀器

可傾式行星真空攪拌機：群興化工設備有限公司；拉力試驗機：TCS-2000， 高鐵檢測儀器； 塑料沖擊試驗機：GT-7045-MDL，高鐵檢測儀器；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試儀Tg：美國TA 公司DSC 儀器。

1.4 性能測試

拉伸強度、 彎曲強度及沖擊強度測試按GB/T2567-2008測試；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度按GB/T19466.2-2004 測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學性能

表1 給出了不同混料工藝澆裝劑的力學性能。 從表1 中可以看出，Ⅱ的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度相較于Ⅰ都有所提高， 其中拉伸強度提高了57MPa， 彎曲強度提高了114MPa，沖擊強度提高了0.04kJ/m2。 抽真空機械攪拌能夠使環(huán)氧樹脂和填料充分混合均勻， 避免填料的團聚和分布不均等，脫氣徹底，減少混合料殘存的氣泡，使環(huán)氧樹脂、固化劑、硅微粉和促進劑在儲料罐內(nèi)多個方向進行交叉運動，提高幾種物料的混合頻率，改善了混合均勻度，也使物料充分的反應，形成更均勻的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在一定程度上提高了材料的機械強度。

表1 法蘭澆裝劑的機械性能

圖4 I 和II 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度對比

從圖4 可以看出，Ⅱ的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高于Ⅰ，從112℃升至120℃，提高了8℃。一般來說，環(huán)氧樹脂絕緣材料的強度和Tg 取決于材料本身和澆注工藝。通過優(yōu)化配方提高和澆注工藝提高混合料的交聯(lián)密度，從而提升澆注件在高溫環(huán)境中的耐受能力。 在材料配方確定后，通過改善澆注工藝，在真空狀態(tài)下采用機械攪拌，混合均勻，提高交聯(lián)密度，在一定范圍內(nèi)提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，材料力學性能也得到一定的提高，有效的提高了在高溫環(huán)境中耐受力。

3 結(jié)論

行星式真空攪拌機能夠達到最佳的攪拌效果， 改善生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境， 使硅微粉等幾種物料在攪拌過程分布均勻，較少混合料中的氣泡，從而減少了在灌膠固化過程中形成應力集中區(qū)域，提高了材料的力學性能。

與人工攪拌法蘭澆裝劑基本性能相比， 采用真空狀態(tài)下機械攪拌的法蘭澆裝劑Tg 為120℃，可提高8℃；拉伸強度可達468MPa， 提高57MPa； 彎曲強度可達855MPa， 提 高 了114 MPa，沖擊強度可達0.09kJ/m2，提高了0.04kJ/m2，各項機械性能均優(yōu)于人工攪拌制得的澆裝劑，提高了產(chǎn)品耐高溫的能力。

[1]俞翔宵，俞贊琪，陸惠英.環(huán)氧樹脂電絕緣材料[M].北京：化學工業(yè)出版社2006

[2]金曉潔，鄒永順.慣性元件環(huán)氧樹脂澆注工藝的探討.工藝與材料,2000,8(2):68-72

[3]劉運學，王曉丹，范兆榮，古亞新等.硅微粉填料對環(huán)氧灌封材料澆注性能的影響.2009,23(4):30-32

[4]郝留成，王海軍，田浩等.高Tg 高性能環(huán)氧樹脂澆注配方及性能研究.高壓電器通訊2011,4:31-33