【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)技術學院，陜西西安７１０３０２）
摘要　環(huán)氧樹脂澆注成型工藝及模具設計是一門綜合性的技術。澆注工藝、模具設計制造技術等都能給澆注件的質量產(chǎn)生很大的影響，因此必須進行系統(tǒng)的研究以得到符合要求的制件。提出了相關工藝方法、模具設計關鍵技術。
關鍵詞　環(huán)氧樹脂；成型工藝；模具設計

０　前言
環(huán)氧樹脂作為一種電器材料，具有介電性能、力學性能、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，加之環(huán)氧材料配方設計的靈活性和多樣性，使它在電子電器領域得到廣泛的應用。電力互感器、配電變壓器、ＳＦ　６氣體絕緣電器、戶內外絕緣子等都采用環(huán)氧樹脂澆注絕緣。以２０１０年世界主要消費環(huán)氧樹脂的國家及地區(qū)統(tǒng)計分析，用于電子電器領域的環(huán)氧樹脂占各國或地區(qū)環(huán)氧樹脂總消費量的比例來看，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)氧樹脂絕緣結構和密封工藝在絕緣子、絕緣電器、變壓器中得到廣泛的應用。
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定的模具內，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)中得到了廣泛的應用。
１．２　真空澆注工藝
高壓開關用環(huán)氧樹脂澆注絕緣制品要求外觀完美，尺寸穩(wěn)定，機、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。其要點就是去除澆注制品內部和表面的氣隙和氣泡，減少內部應力，防止產(chǎn)生裂紋等。為了達到這一目的，必須選用合適的澆注材料，使用適宜的真空澆注設備，嚴格控制原材料的預處理、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鍵技術
（１）原材料的預處理
原材料預處理是在一定溫度下加熱至一定時間，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，便于進行化學反應?；炝戏忠淮魏投位炝?。樹脂和填料混合稱一次混料，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。因為環(huán)氧樹脂與酸酐固化劑的反應是放熱反應，填料是導熱性好的材料，它能將反應釋放的熱量向外傳導而不積集，使?jié)沧⑽飪葢鶆蚍植级划a(chǎn)生縮痕。二次混料時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，但不能導致固化劑的氣化，所以真空度要恰當。
（３）澆注
澆注是將組裝好并預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預熱，模具溫度略高于混合料的溫度，澆注罐抽真空度到１?。常常埃校嵋韵拢S持一定溫度［１］，最后將混合均勻的物料澆入模具內；澆注完成后要繼續(xù)抽真空一段時間，以去除澆注件內所形成的氣泡，即可關閉真空，打開澆注罐，將模具送入固化爐進行固化。澆注過程中應注意澆注速率和模具放置的位置，應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間。環(huán)氧樹脂澆注件的性能與交聯(lián)密度密切相關。一般來說，澆注件的力學性能隨交聯(lián)密度的提高而上升，但到某一程度隨交聯(lián)密度的提高，其機械強度反而下降。這個轉折點的標志就是玻璃化轉變溫度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行后固化，保證完全固化，達到最佳性能狀態(tài)。有時為了減少縮痕，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，減少澆注件的內應力，一般控制低于８０℃。真空澆注工藝是目前環(huán)氧樹脂澆注中應用最為廣泛、工藝條件最為成熟的工藝。
３　真空澆注模具設計關鍵技術
３．１　模具總體設計原則
澆注模型腔表面應力求光滑，不得有砂眼。在設計澆注模時應澆注方便，避免產(chǎn)生氣泡。為減少內應力和容易脫模，型腔各處都應圓滑過渡，在所有拐角及轉彎處都應使氣體逸出方便。
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％（以上均為實驗數(shù)據(jù)）。在設計中一般取收縮率０．４％［２］。
３．３　支撐結構
從澆注工藝方面入手。因真空澆注的技術要點就是盡可能減少澆注制品中的氣隙和氣泡，提高零件質量，所以為利用澆口補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位置（傾斜約１５～２０°），達到更好的補縮效果。
３．４　冷卻裝置
零件澆注時的冷卻主要采用水冷卻方式。因為零件在固化過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，起到補縮的效果，避免了澆不滿缺陷。水箱的設置分內外兩種，根據(jù)模具特點可選用不同的形式。
３．５　密封元件
由于環(huán)氧樹脂液態(tài)時流動性良好，對密封的要求高，故應加密封元件。根據(jù)零件特點，設計中采用大小密封圈同時密封的形式。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
因為環(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。但因材料硬度低，故對材料進行表面硬質陽極氧化處理，氧化層深度達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　真空澆注模具設計實例
互感器澆注模具是互感器制造必需的工裝設備。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空氣容易排出，同時盡可能減輕模具的質量。本文主要介紹鋼制模的設計及加工。圖３為互感器澆注模具裝配圖。

模具使用注意事項：
（１）模具裝配完成后，先在澆注罐內均勻加熱６～８ｈ后，使模具溫度達到８０～８５℃，再抽真空，進行澆注。如果模具內部溫度達不到，會出現(xiàn)固化后缺料現(xiàn)象。
（２）環(huán)氧樹脂澆注時，若真空度達不到，沒有把澆注體內的空氣全部抽出，則會造成固化后澆注體內有氣泡。有氣泡的澆注體的絕緣強度將大大降低［３］。
參考文獻：
［１］　馬德柱．高聚物結構及性能［Ｍ］．北京：科學出版社，１９９０：１０２．
［２］　吳海軍．環(huán)氧樹脂真空澆注工藝過程及注意事項［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．