環氧樹脂真空澆注工藝研究

常曉靚　李思慧

摘 要：本文主要講述環氧樹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工藝流程。

關鍵詞：盆式絕緣子；環氧樹脂；真空澆注

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

1 概述

隨著我國“發展特高壓輸電、優化電力布局”戰略的不斷實施，以及國網公司“四交四直”、“五交八直”工程的不斷推進，標志著我國特高壓輸變電已進入高速發展的階段，具有廣闊的發展前景。氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）是特高壓輸電中的關鍵設備，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良的絕緣性能，也要有較高的機械性能和耐SF6氣體腐蝕等性能。本文就環氧澆注件生產中原材料的配比選擇，和澆注固化工藝流程進行探討。

2 原材料的選擇

（1）樹脂及固化劑的選擇。雙酚A環氧樹脂與酸酐類固化劑在一定工藝條件下，進行固化反應交聯生成三維立體網狀結構的熱固性高分子材料。雙酚A環氧樹脂固化后有著較強的機械性能和優異的絕緣性能，因此廣泛的應用于高壓電器上的絕緣部件。不同的樹脂由于分子量分布的不同而呈現不同的狀態，本文選用HE-411型號樹脂在常溫下為固態。環氧值是環氧樹脂的重要性能指標之一，其影響著樹脂的固化程度、固化反應時間以及固化后的機械強度，因此根據所選材料體系的不同，將環氧值控制到一個適合的范圍內。另一方面環氧樹脂主要指標機氯、無機氯以及總氯含量，若樹脂中有機氯的含量過高，則會導致樹脂固化后在高溫狀態絕緣性能降低；若環氧樹脂中無機氯含量過多，則會影響成型后絕緣件的電性能；若環氧樹脂內氯離子等雜質成分超標，對環氧樹脂固化反應有促進的作用，會使樹脂混合料的凝膠時間縮短，對整個固化過程造成了影響，嚴重的會增加整個澆注件的內應力。配合環氧樹脂用固化劑有多種，例如胺類固化劑、酸酐類固化劑等，不同的體系的固化產物性能有所不同，主要表現在機械強度、絕緣性能及Tg上，電氣用環氧樹脂多采用酸酐類固化劑，其主要性能指標是酸值和酐基含量等。

（2）填料的選擇及配比。在環氧樹脂體系內加入填料，可以解決純樹脂的固化收縮率大等問題，也可以減小固化后樹脂的線膨脹系數，還可以提高固化物的導熱性、及其它性能。作為環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。環氧澆注體系中氧化鋁填料的比例在一定范圍內增大，可有效提高固化物的機械強度。可以通過對澆注試樣的彎曲強度、沖擊強度和拉伸強度進行測試，得到此環氧樹脂澆注體系樹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度。若氧化鋁中的大粒子占較大比例、D50較大，會造成其比表面積過小，易被樹脂浸潤，但大粒子易沉淀，使氧化鋁在環氧樹脂體系內分布不均， 會造成體系固化產物的內應力分布不均，導致澆注試樣強度的降低。經過對不同粒徑分布的氧化鋁填料進行澆注試樣測試，得到D50在20μm并呈正態均勻分布的氧化鋁粉效果最佳。

3 澆注及固化工藝

（1）混合料的預處理。混合料的預處理指的是環氧樹脂和氧化鋁填料在樹脂罐，固化劑在固化劑罐分別實現的，它們在工藝時間內以適合的溫度進行脫氣預處理。混合料的脫氣是通過薄膜脫氣實現的，薄膜脫氣的方式是真空澆注中常見的脫氣方式，首先備料罐的攪拌槳將混合料螺旋提升到脫氣傘頁上，傘頁上的混合料沿著頁面向下流淌，此時混合料在頁面上形成了一層物料薄層，進而利用真空泵將薄層上的氣泡吸出。混合料粘度的控制是主要難點，如果粘度過高不僅不利于薄膜脫氣，而且澆注到模具中也易產生氣孔。如果粘度過低攪拌槳又無法把混合料提升至傘頁， HE-411固態環氧樹脂體系采用單側將填料加在樹脂罐側，將樹脂和填料的粘度控制在3500-3800mPa.s中可以達到上述兩點要求。

（2）終混料的澆注。將預先處理過的樹脂罐內的樹脂和填料混合料，以及固化劑罐內的固化劑，按照材料配比最終通過混料器形成終混料，澆入模具內。終混料的混合時間如果過長，會引起終混料粘度的急劇升高，嚴重的會堵塞混料器，時間過短混合效果可能不佳。所以根據不同環氧樹脂材料體系可使時間的不同（可使時間是指環氧樹脂、固化劑、填料開始混合到終混料粘度達到20000cp的時間），如圖1所示，故終混料混合時間約為70-80分鐘。澆注過程中，將澆注速率控制在1.5-2Kg/min最佳，若速率過快容易產生氣泡，速率過慢不僅制約了生產效率同時過長的混料時間會引起混合料粘度的增加。

（3）固化過程。澆注完成后必須立即將模具轉移至固化爐中進行固化，固化的溫度是根據環氧澆注料體系設定的。由于反應初期是體系放出大量的熱，因而升溫速率較平緩，達到一定溫度時運行恒溫段，恒溫段的溫度設定應高于Tg，整個固化時間約為24h。固化爐進行固化過程中，一是要求固化爐內各處溫度的均一性，二是需要設定溫度與實際溫度偏差小于3℃。

4 結論

盆式絕緣子主要是由雙酚A環氧樹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，再進行固化成型的。影響環氧樹脂性能的主要指標是環氧值、氯的含量等，氧化鋁的主要指標是中位粒徑、粒徑分布等。在合理的可使時間內完成終混料的混合，并按照適合材料體系溫度進行固化，有利于提高澆注件的產品質量和提升生產效率。本文提到的樹脂、固化劑是由上海雄潤樹脂廠生產的HE-411型樹脂、HH-106型固化劑，氧化鋁粉是用鄭州盛源氧化鋁廠生產的RF-22型填料。

參考文獻：

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