【地坪網(wǎng)資訊】【地坪網(wǎng)資訊】王曉梅１，程曉宇１，樊百虎２
（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安７１０３０２）
摘要　環(huán)氧樹脂澆注成型工藝及模具設(shè)計(jì)是一門綜合性的技術(shù)。澆注工藝、模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)等都能給澆注件的質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響，因此必須進(jìn)行系統(tǒng)的研究以得到符合要求的制件。提出了相關(guān)工藝方法、模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞　環(huán)氧樹脂；成型工藝；模具設(shè)計(jì)

０　前言
環(huán)氧樹脂作為一種電器材料，具有介電性能、力學(xué)性能、黏接性能、耐蝕性能優(yōu)異，固化收縮率和線膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好，工藝性好，綜合性能佳等優(yōu)點(diǎn)，加 之環(huán)氧材料配方設(shè)計(jì)的靈活性和多樣性，使它在電子電器領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。電力互感器、配電變壓器、ＳＦ?。稓怏w絕緣電器、戶內(nèi)外絕緣子等都采用環(huán)氧樹脂 澆注絕緣。以２０１０年世界主要消費(fèi)環(huán)氧樹脂的國家及地區(qū)統(tǒng)計(jì)分析，用于電子電器領(lǐng)域的環(huán)氧樹脂占各國或地區(qū)環(huán)氧樹脂總消費(fèi)量的比例來看，我國占１５％， 而近年來該比例正在不斷地增長。
目前隨著我國支柱產(chǎn)業(yè)之一———電力工業(yè)的飛速發(fā)展，發(fā)電行業(yè)的設(shè)備不斷更新，一方面向大電流、高電壓產(chǎn)品發(fā)展；另一方面對輸變壓設(shè)備也要求超高壓、大容 量、小型化和免維修；因此，對絕緣要求更高。這使得環(huán)氧樹脂絕緣結(jié)構(gòu)和密封工藝在絕緣子、絕緣電器、變壓器中得到廣泛的應(yīng)用。
１　環(huán)氧樹脂澆注原理與真空澆注工藝
１．１　環(huán)氧樹脂澆注原理
環(huán)氧樹脂澆注是將環(huán)氧樹脂、固化劑和其他配合料澆注到設(shè)定的模具內(nèi)，由熱固性流體交聯(lián)固化成熱固性制品的過程。由于環(huán)氧樹脂澆注產(chǎn)品集優(yōu)良的電性能和力學(xué)性能于一體，因此，環(huán)氧樹脂澆注在電器工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
１．２　真空澆注工藝
高壓開關(guān)用環(huán)氧樹脂澆注絕緣制品要求外觀完美，尺寸穩(wěn)定，機(jī)、電、熱性能滿足產(chǎn)品要求。目前普遍采用真空澆注成型技術(shù)。其要點(diǎn)就是去除澆注制品內(nèi)部和表面 的氣隙和氣泡，減少內(nèi)部應(yīng)力，防止產(chǎn)生裂紋等。為了達(dá)到這一目的，必須選用合適的澆注材料，使用適宜的真空澆注設(shè)備，嚴(yán)格控制原材料的預(yù)處理、混料、澆注和固化條件。
環(huán)氧樹脂真空澆注成型工藝流程，如圖１所示。

２　真空澆注成型工藝關(guān)鍵技術(shù)
（１）原材料的預(yù)處理
原材料預(yù)處理是在一定溫度下加熱至一定時(shí)間，并經(jīng)過真空處理以脫除原材料中吸附的水分、氣體及低分子揮發(fā)物，達(dá)到脫氣脫水的效果。
（２）混料
混料的目的是使環(huán)氧樹脂、填料、固化劑等混合均勻，便于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?；炝戏忠淮魏投位炝稀渲吞盍匣旌戏Q一次混料，在一次混料中加入固化劑成為二次 混料。一次混料是使填料被樹脂充分浸潤。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂與酸酐固化劑的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，填料是導(dǎo)熱性好的材料，它能將反應(yīng)釋放的熱量向外傳導(dǎo)而不積集，使?jié)?注物內(nèi)應(yīng)力均勻分布而不產(chǎn)生縮痕。二次混料時(shí)間要確保固化劑混合均勻，其溫度、真空度的參數(shù)也很重要。溫度過高，將使混合料黏度迅速增加，影響脫氣澆注工 序；真空度用以保證混合料的脫氣、脫水，但不能導(dǎo)致固化劑的氣化，所以真空度要恰當(dāng)。
（３）澆注
澆注是將組裝好并預(yù)熱到一定溫度的模具放入真空澆注罐中或在真空澆注罐內(nèi)預(yù)熱，模具溫度略高于混合料的溫度，澆注罐抽真空度到１?。常常埃校嵋韵?，維持一 定溫度［１］，最后將混合均勻的物料澆入模具內(nèi)；澆注完成后要繼續(xù)抽真空一段時(shí)間，以去除澆注件內(nèi)所形成的氣泡，即可關(guān)閉真空，打開澆注罐，將模具送入固 化爐進(jìn)行固化。澆注過程中應(yīng)注意澆注速率和模具放置的位置，應(yīng)有利于排氣和使物料充滿模具。
（４）固化
選擇合適的溫度和固化時(shí)間。環(huán)氧樹脂澆注件的性能與交聯(lián)密度密切相關(guān)。一般來說，澆注件的力學(xué)性能隨交聯(lián)密度的提高而上升，但到某一程度隨交聯(lián)密度的提 高，其機(jī)械強(qiáng)度反而下降。這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的標(biāo)志就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Ｔｇ。所以固化溫度太高，常使固化物性能下降，因此，必須選擇合適的固化溫度。
固化采用兩階段進(jìn)行：一階段是初固化成型；二階段是在一次固化溫度稍高的情況下進(jìn)行后固化，保證完全固化，達(dá)到最佳性能狀態(tài)。有時(shí)為了減少縮痕，可以在加壓下凝膠來消除。
（５）脫模
脫模過程主要控制脫模溫度和澆注件的冷卻速率，減少澆注件的內(nèi)應(yīng)力，一般控制低于８０℃。真空澆注工藝是目前環(huán)氧樹脂澆注中應(yīng)用最為廣泛、工藝條件最為成熟的工藝。
３　真空澆注模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
３．１　模具總體設(shè)計(jì)原則
澆注模型腔表面應(yīng)力求光滑，不得有砂眼。在設(shè)計(jì)澆注模時(shí)應(yīng)澆注方便，避免產(chǎn)生氣泡。為減少內(nèi)應(yīng)力和容易脫模，型腔各處都應(yīng)圓滑過渡，在所有拐角及轉(zhuǎn)彎處都應(yīng)使氣體逸出方便。
３．２　收縮率
根據(jù)填料的不同，澆注材料的收縮率也不同。對于ＳｉＯ２＋環(huán)氧樹脂，取收縮率為０．４％；而Ａｌ２Ｏ３＋環(huán)氧樹脂的收縮率為０．４％～０．５％（以上均為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。在設(shè)計(jì)中一般取收縮率０．４％［２］。
３．３　支撐結(jié)構(gòu)
從澆注工藝方面入手。因真空澆注的技術(shù)要點(diǎn)就是盡可能減少澆注制品中的氣隙和氣泡，提高零件質(zhì)量，所以為利用澆口補(bǔ)縮的方式消除澆注成型缺陷，在模具下模板上增加了支腳，以確保澆口始終處于高點(diǎn)位置（傾斜約１５～２０°），達(dá)到更好的補(bǔ)縮效果。
３．４　冷卻裝置
零件澆注時(shí)的冷卻主要采用水冷卻方式。因?yàn)榱慵诠袒^程中的第一階段為熱固化，冷卻裝置中的水可使?jié)部谔幣c模腔有約２０℃的溫差，這樣可以延遲澆口處的固化，起到補(bǔ)縮的效果，避免了澆不滿缺陷。水箱的設(shè)置分內(nèi)外兩種，根據(jù)模具特點(diǎn)可選用不同的形式。
３．５　密封元件
由于環(huán)氧樹脂液態(tài)時(shí)流動(dòng)性良好，對密封的要求高，故應(yīng)加密封元件。根據(jù)零件特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中采用大小密封圈同時(shí)密封的形式。在嵌件頸部位置采用環(huán)形小密封圈，在型腔周圍采用大密封圈。
３．６　模具選材及表面處理
因?yàn)榄h(huán)氧樹脂與鋁合金的熱膨脹系數(shù)基本一致，又由于該類模具主要用于真空澆注過程中，更多采用手工操作，所以選擇鋁合金材料，以便于搬運(yùn)。但因材料硬度 低，故對材料進(jìn)行表面硬質(zhì)陽極氧化處理，氧化層深度達(dá)５０μｍ，表面維氏硬度提高到４００～５００，這樣提高了模具的耐磨性和抗腐蝕性能。而對于在開、合 模時(shí)經(jīng)常拆卸的零件采用了鋼件或銅件，模具在裝卸過程中損傷程度低，模具使用壽命長。
４　真空澆注模具設(shè)計(jì)實(shí)例
互感器澆注模具是互感器制造必需的工裝設(shè)備。澆注成型模具必須保證互感器的繞組、鐵心、出線端子及其它零件的位置正確，使?jié)沧Ⅲw的尺寸和性能符合要求；注 意澆注體外形美觀，并考慮裝模、拆模方便及封模要求和澆注時(shí)空氣容易排出，同時(shí)盡可能減輕模具的質(zhì)量。本文主要介紹鋼制模的設(shè)計(jì)及加工。圖３為互感器澆注 模具裝配圖。

模具使用注意事項(xiàng)：
（１）模具裝配完成后，先在澆注罐內(nèi)均勻加熱６～８ｈ后，使模具溫度達(dá)到８０～８５℃，再抽真空，進(jìn)行澆注。如果模具內(nèi)部溫度達(dá)不到，會(huì)出現(xiàn)固化后缺料現(xiàn)象。
（２）環(huán)氧樹脂澆注時(shí)，若真空度達(dá)不到，沒有把澆注體內(nèi)的空氣全部抽出，則會(huì)造成固化后澆注體內(nèi)有氣泡。有氣泡的澆注體的絕緣強(qiáng)度將大大降低［３］。
參考文獻(xiàn)：
［１］　馬德柱．高聚物結(jié)構(gòu)及性能［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，１９９０：１０２．
［２］　吳海軍．環(huán)氧樹脂真空澆注工藝過程及注意事項(xiàng)［Ｊ］．變壓器，２０００（５）：３３－３６．
［３］　顧楚翹．環(huán)氧澆注電壓互感器爆炸事故的原因分析［Ｊ］．變壓器，１９９４（１０）：３８－３９．