1、環(huán)氧樹脂真空澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量分析范孝紅，杜超云，牟明強(qiáng)（西安西電電工材料有限責(zé)任公司，西安 710082）摘要：介紹了環(huán)氧樹脂真空澆注產(chǎn)品的發(fā)展歷程和工藝過程，對影響性能和外觀質(zhì)量的原因進(jìn)行了分析，并提 出了解決外觀質(zhì)量問題的方法。關(guān)鍵詞：真空澆注；工藝過程；外觀質(zhì)量；原因分析；解決方法中圖分類號：TM215.1；TM201.4+6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-9239（2014）02-0106-04Appearance Quality Analysisof Epoxy Resin Vacuum Casting ProductFan Xiaohong, Du Chaoyun, Mou

2、Mingqiang(Xian XD Electrical Material Co. Ltd., Xian 710082, China)Abstract: The development and technological process of epoxy resin vacuum casting product were intro- duced. The reasons that influence the performance and appearance quality of the vacuum casting product were analyzed, and the solut

3、ion to the problem of appearance quality was listed.Key words: vacuum casting; technological process; appearance quality; reason analysis; solution0引言環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)是 20 世紀(jì) 50 年代產(chǎn)生的一 種絕緣材料新型制造技術(shù)，它是隨著輸變電技術(shù)的 發(fā)展而出現(xiàn)的。早期的輸變電設(shè)備電壓等級低，其 核心絕緣部件還是采用傳統(tǒng)的絕緣材料，當(dāng)輸變電 設(shè)備的電壓等級提高后，傳統(tǒng)絕緣材料的不足凸顯 出來，特別是無法滿足工頻耐壓和局部放電的要 求，為解決這些問題，

4、環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 20 世紀(jì) 50 年代的環(huán)氧樹脂澆注工藝與金屬鑄造工藝相似，將環(huán)氧樹脂加熱倒入到金屬模具中， 室溫或加熱即可。由于當(dāng)時(shí)的環(huán)氧樹脂材料體系、 澆注配方設(shè)計(jì)、澆注設(shè)備和澆注工藝水平都處于初 級階段，澆注產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都比較差。20 世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)了真空澆注技術(shù)，環(huán)氧樹脂 澆注從常壓成型發(fā)展為真空成型。真空澆注成型 使?jié)沧⒘现械臍馀菘梢愿菀椎呐懦?，制品的?nèi)在 質(zhì)量和外觀質(zhì)量都得到較大提高，從而推動了輸變 電技術(shù)的發(fā)展，但這個時(shí)期用戶的關(guān)注焦點(diǎn)主要是 內(nèi)在性能，而不太關(guān)注外觀質(zhì)量。20 世紀(jì) 70 年代后期，我國開始引進(jìn)微機(jī)控制的收稿日期：2013-09-

5、18作者簡介：范孝紅（1969-），男（漢族），陜西蒲城人，研究生，主要從 事絕緣材料制造和技術(shù)管理工作；杜超云（1973-），女（漢族），山西 運(yùn)城人，高級工程師，主要從事絕緣材料研發(fā)和技術(shù)管理工作。全套真空系統(tǒng)，從材料預(yù)處理、管道系統(tǒng)到混料澆 注系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)真空技術(shù)，且自動化程度提高，澆注 產(chǎn)品質(zhì)量上升到一個新臺階。時(shí)至今日，材料體系、配方都十分成熟，澆注設(shè) 備已實(shí)現(xiàn)智能化，產(chǎn)品性能完全可以滿足高電壓等 級輸變電設(shè)備的要求，目前最高電壓等級的百萬伏 輸變電設(shè)備配套的環(huán)氧澆注件都實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。 此時(shí)外觀質(zhì)量成為用戶驗(yàn)收和制造商關(guān)注的焦點(diǎn)， 也是環(huán)氧澆注產(chǎn)品立足于市場的根本。由于環(huán)氧澆注產(chǎn)品外觀

6、質(zhì)量受諸多因素影響， 精確地量化和確定問題的原因很困難，所以澆注件 外觀質(zhì)量控制成為澆注工藝技術(shù)中的難點(diǎn)。目前， 國外在澆注件外觀控制水平遠(yuǎn)高于國內(nèi)同類產(chǎn)品 的外觀水平。1 澆注工藝澆注工藝過程：材料預(yù)處理（嵌件涂覆粘結(jié)劑 或半導(dǎo)電橡膠，填料抽空干燥，固態(tài)環(huán)氧樹脂熔化 抽真空，固化劑抽真空）材料混合（先將填料和環(huán) 氧樹脂一次混合抽真空，然后與固化劑混合）前 固化（澆注料在固化爐中固化成型，固化度至 80% 以上）脫模裝模（保持適當(dāng)溫度將產(chǎn)品卸模并快 速裝入下一模）后固化（脫模后的產(chǎn)品集中固化， 提高固化度，釋放內(nèi)應(yīng)力）后處理（清理產(chǎn)品澆口，合?？p及其它缺陷）檢驗(yàn)包裝。 與傳統(tǒng)絕緣材料相比，環(huán)氧

7、真空澆注產(chǎn)品具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：無氣隙或少氣隙，制品的電氣 絕緣性能優(yōu)異；澆注成型流動性好，自然填充型 腔，制品均勻性好；由于電性能好，產(chǎn)品可以做到 小型化，優(yōu)化主機(jī)結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品可以做成復(fù)雜形狀， 且一次成型，金屬嵌件和絕緣材料的整體性好； 耐候性好，可以應(yīng)用于戶內(nèi)戶外領(lǐng)域；產(chǎn)品為固 態(tài)，難燃，使用安全方便。但該工藝也存在不足之處：體系中無補(bǔ)強(qiáng)材 料，力學(xué)性能較差，主機(jī)使用中有斷裂的情況；制 品內(nèi)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，應(yīng)力累積釋放時(shí)制品有開裂 的風(fēng)險(xiǎn)；外觀質(zhì)量上易存在各種缺陷。2澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量缺陷的常見類型及其對性能 的影響（1）氣孔：在高電壓狀態(tài)下，氣孔會改變局部電 場分布，影響局部放電量。（2）

8、縮孔縮痕：縮孔縮痕的存在會導(dǎo)致產(chǎn)品表 面不光滑，影響產(chǎn)品的電性能，如果通過打磨處理， 表面樹脂層會被破壞，易吸潮和易吸附灰塵，也影 響其電性能。（3）黃痕：主要是視覺上不好看，對性能基本沒 有什么影響。（4）流痕：流痕可能會改變電弧在其表面的流 動一致性。（5）雜質(zhì)：雜質(zhì)的存在會影響電性能，實(shí)驗(yàn)表明 密集或者大粒徑的雜質(zhì)會導(dǎo)致制品表面放電，局放 增大。（6）劃痕：劃痕實(shí)質(zhì)上是局部尖角毛刺的一種 表現(xiàn)，可能會導(dǎo)致制品放電。（7）裂紋：裂紋會影響制品的耐電壓和局部放 電性能、力學(xué)性能，如果外表存在裂紋，內(nèi)部可能會 存在隱患，接線端子板類產(chǎn)品可能會產(chǎn)生氣體泄露。由此說明，外觀質(zhì)量缺陷不只是外觀質(zhì)量差

9、， 且在一定程度上會影響到整機(jī)的性能，需要引起足 夠的重視。3外觀質(zhì)量缺陷的原因分析及解決方法3.1氣孔的產(chǎn)生原因及解決方法（1）由于產(chǎn)品形狀復(fù)雜，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù) 雜不合理，會產(chǎn)生排氣死角或排氣通道狹窄，模具 內(nèi)的空氣在澆注前或澆注中不能及時(shí)排盡，從而產(chǎn)生氣孔。因此，模具設(shè)計(jì)要合理，特別是排氣通道 要順暢，路徑要短，在模具上要設(shè)計(jì)出氣囊，讓死角 處無法排出的氣泡聚集到氣囊中，后期處理時(shí)，應(yīng) 清理掉氣囊空間多余的樹脂。（2）原材料中的水分未充分干燥，環(huán)氧樹脂、固 化劑中的小分子物質(zhì)沒有完全抽空也會引起氣孔 的產(chǎn)生。所以，生產(chǎn)前必須將材料進(jìn)行充分的預(yù)處 理，填料中的水分、環(huán)氧樹脂中的低分子物質(zhì)

10、、固化 劑中的低分子物質(zhì)都要通過真空系統(tǒng)進(jìn)行處理。（3）固化劑加入過量，抽真空時(shí)會使過量酸酐 揮發(fā)。因此，要注意配方中的固化劑不能過量，保 證計(jì)算正確，計(jì)量系統(tǒng)可靠。（4）澆注時(shí)沒有針對不同模具調(diào)節(jié)流量快慢， 全程以快速度澆注，或者在模具轉(zhuǎn)換過程中沒有控 制好流量，一開始模具中的澆注料流量過急，引起 產(chǎn)生的氣泡來不及排盡。由于澆注過程是依靠經(jīng) 驗(yàn)的操作，流速快慢、流量大小隨模具不同和澆注 料的粘度不同而變化，迄今沒有自動化的操作方 式，需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的澆注技術(shù)工人。（5）當(dāng)澆注溫度過高或材料體系反應(yīng)過快，導(dǎo) 致澆注料可使用時(shí)間縮短，粘度增大，氣體不能快 速從料中逸出，在后續(xù)過程中緩慢移到表面

11、。所以 加入固化劑后，可適當(dāng)降低體系溫度，控制材料體 系粘度的變化，關(guān)注溫度的變化，在合適粘度下盡 快澆注，確保澆入模具的體系粘度不發(fā)生較大變 化，這樣可以減少氣孔的產(chǎn)生。（6）混料或澆注時(shí)罐內(nèi)真空不足或抽真空時(shí)間 不夠。處理措施是定期更換真空泵油和過濾器過 濾芯，保證真空泵良好的運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查真空系統(tǒng)有無 漏點(diǎn)和真空度，真空度下降時(shí)，延長抽空時(shí)間，以到 達(dá)要求值為準(zhǔn)。（7）為了方便清理嵌件上的環(huán)氧澆注料，操作 時(shí)在嵌件允許部位涂抹硅脂，但超出范圍或涂抹過 量會導(dǎo)致結(jié)合處出現(xiàn)氣孔。所以要嚴(yán)格按照要求 范圍進(jìn)行涂抹，為防止不需要涂抹的部位受到污 染，可用膠帶等將不需要涂抹的部位進(jìn)行包裹保 護(hù)；沾取硅

12、脂要少量，涂抹時(shí)硅脂要形成膜，不能有 堆積現(xiàn)象。（8）前固化凝膠前模具出現(xiàn)漏模現(xiàn)象。處理措 施是合模前清理干凈合模面，不能夾雜異物；對模 具螺絲進(jìn)行緊固，模具密封條定期檢查更換，確保 密封條富有彈性。（9）固化爐內(nèi)溫度不均勻，導(dǎo)致模具溫度不均108范孝紅等：環(huán)氧樹脂真空澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量分析絕緣材料2014，47(2)勻，高溫處反應(yīng)快，低溫處反應(yīng)慢，導(dǎo)致表面產(chǎn)生氣 孔，因此保證固化爐內(nèi)溫度一致性對保證產(chǎn)品質(zhì)量 一致性很重要。對固化爐內(nèi)溫度進(jìn)行多點(diǎn)測量，取 其平均值作為固化爐溫度；根據(jù)固化爐的大小，安 裝合適數(shù)量、大小的鼓風(fēng)裝置，使固化爐內(nèi)的氣流 在內(nèi)部循環(huán)流動起來，以便爐內(nèi)各點(diǎn)溫度相同。（10）

13、前固化時(shí)溫度過高或升溫過快，致使反應(yīng) 不均勻從而產(chǎn)生氣孔?？刹扇‰A梯升溫、逐步提高 溫度的方法，控制固化反應(yīng)速度。（11）模具在模具框中擺放角度不合適，人為造 成排氣路徑受阻。所以應(yīng)該及時(shí)清理模具框中的 澆注料，保證模具穩(wěn)當(dāng)放入模具框中。放入模具框 中的模具，澆注口必須高于模具型腔面，型腔中必 須留有排氣空間，必要時(shí)可借助墊塊等對模具擺放 角度進(jìn)行調(diào)整。（12）模具密封圈與密封槽的配合不合適，新?lián)Q 密封圈時(shí)易出現(xiàn)氣孔。要對新更換密封圈的模具 進(jìn)行加熱、加壓處理，使密封圈彎曲壓入密封槽，將 密封槽間隙中殘留的氣體完全排出。4.2 縮痕縮孔的產(chǎn)生原因及解決方法（1）環(huán)氧澆注固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，澆注

14、時(shí)要 求料溫低于模具和澆注罐溫，當(dāng)罐溫和模具溫度低 于料溫時(shí)，容易產(chǎn)生縮痕。模具脫模后要保證足夠 的加熱時(shí)間，進(jìn)入澆注爐前用紅外測溫儀測量模具 溫度，比較準(zhǔn)確的測量方法是找出爐中體積最大的 模具，通過澆注口測型腔的溫度，必須做到模具的 溫度高于澆注料的溫度 10 左右，模具置入澆注爐 內(nèi)，澆注爐的溫度不能低于模具溫度，從而保證模 具溫度一直高于料溫。（2）模具設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致澆注口冷卻效果不 好；澆口加水袋冷卻不及時(shí)或水袋大小不當(dāng)或放置 位置不正確。所以設(shè)計(jì)模具時(shí)要科學(xué)的安排澆注 口位置，冷卻澆注口的水箱位置、大小，使?jié)沧⒖诘?澆注料能補(bǔ)縮到型腔中，對于一些形狀特異不能完 全通過模具上的水箱解決

15、問題時(shí)必須外加水袋，水 袋的大小、放置部位可以在實(shí)際操作中進(jìn)行調(diào)整。 4.3黃痕的產(chǎn)生原因及解決方法澆注件從嵌件處開始形成豎直的黃痕目前尚 不清楚原因，出現(xiàn)這種情況時(shí)經(jīng)驗(yàn)的做法是：延 長固化劑與一次混合料的混合時(shí)間；涂敷嵌件時(shí) 確保表面清潔處理。4.4 流痕的產(chǎn)生原因及解決方法（1）流痕是噴灑脫模劑后沒有擦拭干凈，在局部有脫模劑滯留，澆注時(shí)此位置的澆注料無法浸潤 到型腔表面，出現(xiàn)流痕。脫模劑噴灑到型腔后要停 留 5 min 左右再擦拭，目的是浸潤模具、減少脫模劑 滯留，這個環(huán)節(jié)主要依靠操作者的精細(xì)作業(yè)。（2）另一種流痕在澆注件表面大范圍出現(xiàn)，有 的顯現(xiàn)，有的隱約，流痕密集，這是由于填料的粒度

16、分布不合適所引起的。因此，每批原材料一定要做 粒度分布試驗(yàn)，選用符合粒度分布要求的原材料有 利于流痕的消除。4.5 表面不光亮的產(chǎn)生原因及解決方法（1）模具處理不凈，型腔某些部位被粘膠后，留 下痕跡，局部表面粗糙。制造模具的材料最好是鋼 材質(zhì)，模具表面光亮，硬度高，不易損傷，才能制造 出外觀光亮的產(chǎn)品。（2）模具養(yǎng)護(hù)不好，尤其是第一次使用模具時(shí)， 在處理時(shí)間、處理次數(shù)、脫模劑選擇上不合適，使得 新模具表面干澀。模具的一次拋光要做到最佳狀 態(tài)，初次處理模具必須徹底，型腔表面形成保護(hù)膜 后才能轉(zhuǎn)入澆注。（3）模具拋光不精細(xì)，光潔度不夠。所以生產(chǎn) 中做好保養(yǎng)維護(hù)，模具停用后也需要定期養(yǎng)護(hù)。4.6 色

17、灰產(chǎn)生原因（1）正常情況下，不加顏料的澆注件是白色的， 如果填料（采用三氧化二鋁時(shí)）計(jì)量錯誤，加入比例 超出了正常范圍，顏色會變得深灰。（2）混料罐中有金屬接觸到罐壁，隨著攪拌研 磨而產(chǎn)生色灰。（3）填料潮濕且長時(shí)間攪拌（這種情況出現(xiàn)在 鋼制攪拌罐中）。4.7 雜質(zhì)的產(chǎn)生原因及解決方法（1）材料本身不潔凈，材料使用時(shí)將雜質(zhì)帶入 制品中。裝脫模時(shí)，操作臺之間未隔離，交叉作業(yè) 影響帶入雜質(zhì)。因此要嚴(yán)格原材料檢驗(yàn)，避免原材 料中帶入雜質(zhì)。凈化現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，需隔離的區(qū)域 必須隔離，避免交叉污染。（2）采用一罐法澆注工藝時(shí)，混料罐壁產(chǎn)生膠 渣，未及時(shí)清理形成雜質(zhì)。最好采用技術(shù)先進(jìn)的靜 態(tài)混料澆注設(shè)備，可

18、避免混料過程產(chǎn)生雜質(zhì)。（3）裝模時(shí)違規(guī)操作，對型腔清潔不夠。裝嵌 件，合模具時(shí)粗暴操作，嵌件上的導(dǎo)電橡膠涂層被 強(qiáng)震動后落入型腔。澆注時(shí)選擇過濾網(wǎng)的孔眼目 數(shù)不恰當(dāng)。澆口封堵不嚴(yán)，在烘箱中鼓風(fēng)加熱時(shí)進(jìn) 入雜質(zhì)。這些都需要精細(xì)作業(yè)，嚴(yán)格按規(guī)范操作。4.8裂紋產(chǎn)生原因及解決方法（1）環(huán)氧樹脂和嵌件的熱膨脹系數(shù)不一致，而 嵌件沒有進(jìn)行合適的預(yù)處理，造成裂紋。（2）環(huán)氧樹脂澆注層厚薄不均勻處沒有過渡區(qū) 域。要求嵌件和材料的所有過渡部分必須有一定 要求的弧度，不允許突變。（3）環(huán)氧樹脂與嵌件接觸處沒有對嵌件倒圓角 或噴砂、滾花處理。（4）與嵌件接觸處的環(huán)氧樹脂層太薄。（5）室溫太低的環(huán)境下，產(chǎn)品脫模后沒

19、有保溫 措施，冷卻太快。遇到這種情況，產(chǎn)品脫模后必須 用保溫材料迅速保護(hù)，并盡快轉(zhuǎn)入后固化，后固化 結(jié)束后自然冷卻到室溫。（6）產(chǎn)品后固化后，沒有緩慢冷卻到室溫，而是 直接打開烘爐冷卻。（7）模具溫度、澆注溫度、固化溫度不匹配而產(chǎn) 生的應(yīng)力作用。工藝中應(yīng)嚴(yán)格控制模具溫度、澆注 料溫度、固化溫度之間的匹配。（8）環(huán)氧樹脂固化度低于 85%時(shí)，強(qiáng)度變差，無 法抵抗內(nèi)應(yīng)力釋放，產(chǎn)生沖擊力造成裂紋。（9）原材料選擇和配方設(shè)計(jì)不正確，沒有考慮 對制品抗開裂的影響以及如何提高制品的韌性。在保證產(chǎn)品性能的前提下，可考慮在配方中引入增 韌劑。5結(jié)束語通過分析影響澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量的原因和相 應(yīng)的解決方法，但切忌

20、孤立考慮問題，當(dāng)某種外觀 缺陷產(chǎn)生時(shí)，難以確定單一原因，所以在解決澆注 件的外觀質(zhì)量問題時(shí)應(yīng)系統(tǒng)分析，結(jié)合工藝、設(shè)備、 管理、原材料等持續(xù)改進(jìn)提升，才能提高澆注產(chǎn)品 的外觀質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1 顧楚翹. 全真空澆注設(shè)備堵塞的原因分析J. 變壓器,1999,36 (3):25-28.2 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,2000,37(5):33-36.3 林文中,劉濤.林軍. 對環(huán)氧澆注工藝問題的研究J. 科技成果 縱橫技術(shù)與應(yīng)用,2009(4):79-80.4 夏文干,楊潔. 環(huán)氧絕緣澆注膠與工藝研究C/中國電子學(xué)會 化學(xué)工藝專業(yè)委員會第五屆年會論文集,2000:107-1115 邱鶴年. 環(huán)氧樹脂真空澆注技術(shù)工藝鏈的組成C/第十三次全 國環(huán)氧樹脂應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集,2009:120-125.6 劉亮華,楊繼春. 特高壓開關(guān)用 1100kV 盆式絕緣子模具設(shè)計(jì)與 優(yōu)化J. 河南科技