專利名稱：環(huán)氧澆注絕緣子制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧澆注絕緣子制造方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，其電壓等級(jí)的高低主要取決于絕緣子的各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)和機(jī)械性能指標(biāo)，電壓等級(jí)越高，對(duì)絕緣子的要求就越苛刻，目前絕緣子機(jī)械性能指標(biāo)采用水壓破壞強(qiáng)度來(lái)衡量。對(duì)于大型絕緣子，如IlOOkV GIS用盆式絕緣子(直徑934mm，深度365mm，重量140kg)，要求在滿足其電氣性能的前提下必須具有優(yōu)良的機(jī)械性能，即水壓破壞強(qiáng)度必須要達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，而水壓破壞強(qiáng)度的高低由絕緣子本體的強(qiáng)度和韌性所決定，在絕緣子設(shè)計(jì)尺寸一定的條件下，其環(huán)氧澆注生產(chǎn)中的固化方法則是決定絕緣子本體強(qiáng)度和韌性的關(guān)鍵一環(huán)。 目前，環(huán)氧澆注絕緣子常規(guī)制造方法主要包括以下工藝過(guò)程模具準(zhǔn)備、中心導(dǎo)體等嵌件表面處理、配制澆注料、嵌件裝模、澆注、固化和脫模，其中固化過(guò)程是影響澆注件機(jī)械性能指標(biāo)高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，固化過(guò)程總體上有持續(xù)升溫、保溫和降溫三個(gè)主要階段，固化溫度的高低和固化時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響著澆注件的微觀組織形成和收縮情況，固化溫度過(guò)高或者持續(xù)升溫較快都會(huì)導(dǎo)致氣孔甚至縮孔產(chǎn)生，從而影響澆注件的機(jī)械性能。目前所采用的環(huán)氧澆注件固化方法主要有兩種單段固化和兩段固化，其對(duì)應(yīng)的固化度DSC曲線見(jiàn)圖I所示，單段固化和兩段固化分別對(duì)應(yīng)圖中最上端和最下端的曲線，由圖中所示曲線可知，單段固化一般選擇相對(duì)較低的固化溫度，通過(guò)加長(zhǎng)時(shí)間來(lái)提高固化度，因此，采用單段固化的絕緣子固化度一般偏低，其固化過(guò)程中，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低，且存在明顯的固化放熱峰；而兩段固化則由于第一階段和第二階段溫度差距過(guò)大，在第二階段極易導(dǎo)致固化度過(guò)高的情況，其固化過(guò)程中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高，且拐點(diǎn)不明顯。采用上述兩種固化方法澆注的絕緣子，其固化度過(guò)低時(shí)，絕緣子本體偏軟、柔韌，但其強(qiáng)度卻偏小；而過(guò)高的固化度雖然絕緣子強(qiáng)度大，但同時(shí)脆性也大，增加了開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。由圖I中單段固化和兩段固化的DSC曲線可知，絕緣子的強(qiáng)度和韌性與環(huán)氧澆注固化度有直接的關(guān)聯(lián)，對(duì)于要求有更高水壓破壞強(qiáng)度的大型絕緣子而言，其澆注工藝必須保證絕緣子具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性，采用上述兩種環(huán)氧澆注件固化方法生產(chǎn)大型絕緣子顯然不能達(dá)到其對(duì)機(jī)械性能的要求，也就是說(shuō)其固化過(guò)程需要采用一個(gè)全新的固化方法，這對(duì)絕緣子的環(huán)氧澆注工藝提出了一個(gè)新課題。另外，盆式絕緣子中心導(dǎo)體金屬嵌件與樹(shù)脂基體的結(jié)合力對(duì)絕緣子水壓破壞強(qiáng)度也有一定的影響，所以在盆式絕緣子澆注生產(chǎn)過(guò)程中，在澆注前須對(duì)中心導(dǎo)體等金屬嵌件進(jìn)行表面處理，以提高金屬嵌件與樹(shù)脂基體的結(jié)合力，目前所采用的常規(guī)的表面處理方法是對(duì)金屬嵌件進(jìn)行噴砂和超聲波清洗，該處理方法簡(jiǎn)單，對(duì)于大型盆式絕緣子而言不能滿足其對(duì)嵌件與樹(shù)脂間結(jié)合力的要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高中心導(dǎo)體等金屬嵌件與環(huán)氧樹(shù)脂基體間結(jié)合力的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，包括如下步驟金屬嵌件表面處理、配制澆注料、金屬嵌件裝模、澆注、固化和脫模，其中，金屬嵌件表面處理步驟包括嵌件噴砂、嵌件清洗和嵌件涂膠，其中嵌件清洗按以下順序步驟進(jìn)行
(1)90±5°C氫氧化鈉溶液侵蝕5 20s ；
(2)90±5°C熱水洗3 15s ；
(3)25±5°C冷水洗 3 15s ；
(4)25±5°C硝酸洗 5 20s ；(5)25±5°C冷水洗 3 15s ；
(6)25±5°C硫酸類混合酸洗5 15min ；
(7)25±5°C冷水洗 3 15s ；
(8)90±5°C熱水洗3 15s ；
(9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。進(jìn)一步的，所述步驟(6)中，硫酸類混合酸洗使用的酸洗液為硫酸與硝酸的混合溶液、硫酸與鉻酸的混合溶液或者硫酸與硝酸、鉻酸的混合溶液。 更進(jìn)一步，在脫模以后，還有去應(yīng)力步驟，去應(yīng)力步驟是將脫模后的絕緣子在145±3°C溫度下保持4±0. 5h。本發(fā)明中的固化方法將固化過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行(以下將本發(fā)明的固化方法簡(jiǎn)稱為三段固化)，其固化度可以由圖I所示的DSC曲線來(lái)定性評(píng)價(jià)，圖I中，三段固化對(duì)應(yīng)的是中間的曲線，從圖I中三條曲線的對(duì)比能夠清楚地說(shuō)明，本發(fā)明通過(guò)對(duì)固化過(guò)程中溫度分布和持續(xù)時(shí)間的合理控制，使固化過(guò)程中持續(xù)升溫平緩，并且持續(xù)時(shí)間適宜，固化過(guò)程中玻璃化轉(zhuǎn)變溫度適中，拐點(diǎn)明顯，且無(wú)放熱峰，三段固化使?jié)沧⑦^(guò)程具有比單段固化和兩段固化更適宜的固化度，下表是對(duì)采用三種固化方法所澆注樣品進(jìn)行的強(qiáng)度和韌性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)
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通過(guò)對(duì)上述表格中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及圖2、圖3電鏡圖的比較，單段固化的晶粒粗大且不均勻，易屈服導(dǎo)致強(qiáng)度小，斷裂伸長(zhǎng)率大；兩段固化的材料偏脆，易脆裂導(dǎo)致強(qiáng)度小，斷裂伸長(zhǎng)率小；使用三段固化的盆式絕緣子相對(duì)于使用單段固化的盆式絕緣子而言，晶粒均勻且細(xì)小，大幅度提升了絕緣子組織的緊密型和均勻性，進(jìn)一步的使絕緣子整體強(qiáng)度得到了明顯提升，相對(duì)于單段固化和兩段固化，采用三段固化獲得的澆注件在具有較高的強(qiáng)度時(shí)也具有較高的韌性，綜合機(jī)械性能優(yōu)良。三段固化方法使生產(chǎn)符合使用要求的大型盆式絕緣子成為可能，采用本發(fā)明的方法制造的規(guī)格為直徑934mm、深度365mm、重量140kg的盆式絕緣子，在經(jīng)歷10次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后，水壓破壞強(qiáng)度高達(dá)4. 4MPa，另外，絕緣子的單位厚度擊穿強(qiáng)度能夠達(dá)到35kV/mm，保證了絕緣子的電性能。
本發(fā)明在三段固化的第一階段保溫初始采用O. 05MPa加壓措施，能夠減少澆注件因固化收縮引起的收縮紋等缺陷，這對(duì)于大型澆注件有較為重要的意義。本發(fā)明中，對(duì)于絕緣子中心導(dǎo)體等金屬嵌件采用噴砂、清洗與涂膠相結(jié)合的表面處理工藝，由于清洗過(guò)程采用不同溶液的反復(fù)清洗步驟，不僅能夠去除中心導(dǎo)體等嵌件表面層物質(zhì)，同時(shí)還能使經(jīng)噴砂處理的嵌件表面起伏均一而密實(shí)，從而提升了中心導(dǎo)體與樹(shù)脂基體之間的結(jié)合力；使用常規(guī)噴砂加超聲波清洗的方式，樹(shù)脂與金屬的結(jié)合強(qiáng)度僅為25MPa左右，而本發(fā)明的金屬嵌件與樹(shù)脂間的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到55MPa左右，其結(jié)合力相比常規(guī)表面處理工藝提升了大約50%，為盆式絕緣子水壓破壞性能的提升奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明中，在脫模之后采用145±3°C /4h去應(yīng)力處理，充分釋放了盆式絕緣子的固化內(nèi)應(yīng)力，并且時(shí)間恰當(dāng),不會(huì)引起脆性變化。


圖I是單段固化、兩段固化和本發(fā)明三段固化絕緣子固化度的DSC曲線對(duì)比；
圖2是環(huán)氧澆注后按單段固化方法形成的盆式絕緣子微觀組織4000倍電鏡 圖3是環(huán)氧澆注后按照本發(fā)明三段固化方法形成的盆式絕緣子微觀組織4000倍電鏡
圖4是本發(fā)明中三段固化溫度一時(shí)間曲線 圖5是本發(fā)明環(huán)氧澆注絕緣子制造方法實(shí)施例I的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法的實(shí)施例如下 實(shí)施例I :如圖5所示，環(huán)氧澆注絕緣子制造方法包括如下步驟
1、模具準(zhǔn)備主要由模具處理、中心導(dǎo)體等金屬嵌件表面處理、嵌件裝模和模具預(yù)烘組
成；
2、配制澆注料在樹(shù)脂預(yù)烘、固化劑預(yù)烘和填料預(yù)烘完成后進(jìn)行配料，然后再靜態(tài)混料；此步驟與對(duì)應(yīng)的常規(guī)步驟相同；
3、真空澆注與常規(guī)澆注方式相同；
4、固化固化步驟為三段固化，三段固化由如下順序的三個(gè)階段組成，見(jiàn)圖4所示，第一階段在2h內(nèi)由常溫持續(xù)升溫至105°C，并保溫15h，此保溫15h中的前6h采用O. 05MPa加壓保溫；然后進(jìn)入第二階段在Ih內(nèi)由105°C持續(xù)升溫至150°C，并保溫15h ;接著進(jìn)入第三階段在Ih內(nèi)由150°C持續(xù)升溫至155°C，并保溫5h ；
5、脫模； 6、去應(yīng)力處理去應(yīng)力步驟是將脫模后的絕緣子在145°C溫度下保持4h。其中，步驟I中的中心導(dǎo)體等金屬嵌件表面處理依次由嵌件噴砂、嵌件清洗和嵌件涂膠組成，其中嵌件清洗步驟按以下順序步驟進(jìn)行
(1)90°C氫氧化鈉溶液侵蝕12s;由于噴砂處理后的金屬嵌件表面上形成了凸凹不勻的多孔結(jié)構(gòu)，并且嵌件表面存在氧化層，噴砂后用氫氧化鈉溶液將該氧化層侵蝕掉，熱的堿液能將嵌件表面上的微孔擴(kuò)大，確保了嵌件表面孔內(nèi)孔外的氧化層能被侵蝕徹底；
(2)90°C熱水洗9s ;采用與堿液相同溫度的熱水能使嵌件表面的微孔保持原有擴(kuò)孔狀態(tài)不縮孔，便于將孔內(nèi)孔外表面附著的殘留堿液和雜質(zhì)洗去；
(3)25°C冷水洗9s ;進(jìn)一步的清洗嵌件表面的殘留物，提高表面潔凈度；
(4)25°C硝酸洗12s ;本步驟采用硝酸進(jìn)行酸堿中和，去除嵌件表面的堿蝕層；
(5)25°C冷水洗9s ;本步驟洗去嵌件表面附著的殘液和雜質(zhì)；
(6)25°C硫酸類混合酸洗9min ;酸洗液可以采用硫酸與硝酸的混合溶液、硫酸與鉻酸 的混合溶液或者是硫酸與硝酸、鉻酸的混合溶液；本步驟是為了消除嵌件表面的毛刺尖峰等，使嵌件表面凸凹均勻一致，以提高與樹(shù)脂的結(jié)合力；
(7)25°C冷水洗9s ;去除嵌件表面附著的殘留酸液和雜質(zhì)；
(8)90°C熱水洗9s;采用熱水再次在擴(kuò)孔狀態(tài)下清洗，徹底清除孔內(nèi)孔外表面的殘留
物；
(9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。經(jīng)過(guò)上述步驟處理后的嵌件表面若與空氣接觸一定時(shí)間極易被氧化，產(chǎn)生的氧化層會(huì)降低與樹(shù)脂的結(jié)合力，所以在澆注裝模前將嵌件浸泡于冷水中以隔離空氣，防止被氧化，直到待澆注時(shí)將嵌件從水中取出裝模。實(shí)施例2 :本實(shí)施例的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法與實(shí)施例I的不同之處在于步驟I中金屬嵌件的清洗步驟按以下順序步驟進(jìn)行
(1)95°C氫氧化鈉溶液侵蝕5s ；
(2)95°C熱水洗3s ；
(3)30°C冷水洗 3s ；
(4)30°C硝酸洗5s ；
(5)30°C冷水洗 3s ；
(6)30°C硫酸類混合酸洗5min ;酸洗液可以采用硫酸與硝酸的混合溶液、硫酸與鉻酸的混合溶液或者是硫酸與硝酸、鉻酸的混合溶液；
(7)30°C冷水洗 3s ；
(8)95°C熱水洗3s ；
(9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。另外，步驟4中，固化由以下順序的三個(gè)階段組成，第一階段在I. 5h內(nèi)由常溫持續(xù)升溫至102°C，并保溫15. 5h，此保溫15. 5h中的前6h為O. 05MPa加壓保溫；然后進(jìn)入第二階段在O. 5h內(nèi)由102°C持續(xù)升溫至147°C，并保溫15. 5h ;接著進(jìn)入第三階段在O. 5h內(nèi)由147°C持續(xù)升溫至152°C，并保溫5. 5h。步驟6中，去應(yīng)力步驟是將脫模后的澆注件在142°C溫度下保持4.5h。實(shí)施例3 :本實(shí)施例的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法與實(shí)施例I的不同之處在于步驟I中金屬嵌件的清洗步驟按以下順序步驟進(jìn)行
(1)85°C氫氧化鈉溶液侵蝕20s ；
(2)85°C熱水洗 15s ；
(3)20°C冷水洗 15s ；
(4)20°C硝酸洗20s ；
(5)20°C冷水洗 15s ；
(6)20°C硫酸類混合酸洗15min ;酸洗液可以采用硫酸與硝酸的混合溶液、硫酸與鉻酸的混合溶液或者是硫酸與硝酸、鉻酸的混合溶液；(7)20°C冷水洗 15s ；
(8)85°C熱水洗15s ；
(9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。另外，步驟4中，固化由以下順序的三個(gè)階段組成，第一階段在2. 5h內(nèi)由常溫持續(xù)升溫至108°C，并保溫14. 5h，此保溫14. 5h中的前6h為O. 05MPa加壓保溫；然后進(jìn)入第二階段在I. 5h內(nèi)由108°C持續(xù)升溫至153°C，并保溫14. 5h ;接著進(jìn)入第三階段在I. 5h內(nèi)由153 °C持續(xù)升溫至158 °C，并保溫4. 5h。步驟6中，去應(yīng)力步驟是將脫模后的澆注件在148°C溫度下保持3.5h。上述三個(gè)實(shí)施例中的步驟4，三段固化中第一階段保溫過(guò)程中前6h采用O. 05MPa加壓保溫措施，均是為了減少絕緣子因固化收縮引起的收縮紋等缺陷，加壓補(bǔ)縮對(duì)于大型絕緣子有較為重要的意義，而對(duì)于小型絕緣子則可以在不予加壓下保溫即可。本發(fā)明環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，其中的中心導(dǎo)體等金屬嵌件表面處理方法特別適用于大型盆式絕緣子的生產(chǎn)，采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的盆式絕緣子，其中心導(dǎo)體金屬嵌件 與樹(shù)脂間的結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到55MPa左右，其結(jié)合力相比常規(guī)表面處理工藝提升了大約50%，為盆式絕緣子水壓破壞性能的提升奠定了基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，其特征在于包括如下步驟金屬嵌件表面處理、配制澆注料、金屬嵌件裝模、澆注、固化和脫模，其中，金屬嵌件表面處理步驟包括嵌件噴砂、嵌件清洗和嵌件涂膠，其中嵌件清洗按以下順序步驟進(jìn)行 (1)90±5°C氫氧化鈉溶液侵蝕5 20s ； (2)90±5°C熱水洗3 15s ； (3)25±5°C冷水洗 3 15s ； (4)25±5°C硝酸洗 5 20s ； (5)25±5°C冷水洗 3 15s ； (6)25±5°C硫酸類混合酸洗5 15min ； (7)25±5°C冷水洗 3 15s ； (8)90±5°C熱水洗3 15s ； (9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，其特征在于所述步驟(6)中，硫酸類混合酸洗使用的酸洗液為硫酸與硝酸的混合溶液、硫酸與鉻酸的混合溶液或者硫酸與硝酸、鉻酸的混合溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，其特征在于在脫模以后，還有去應(yīng)力步驟，去應(yīng)力步驟是將脫模后的絕緣子在145±3°C溫度下保持4±0. 5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧澆注絕緣子制造方法，包括如下步驟金屬嵌件表面處理、配制澆注料、金屬嵌件裝模、澆注、固化和脫模，其中，金屬嵌件表面處理步驟包括嵌件噴砂、嵌件清洗和嵌件涂膠，其中嵌件清洗按以下順序步驟進(jìn)行(1)90±5℃下氫氧化鈉溶液侵蝕5～20s；(2)90±5℃熱水洗3～15s；(3)25±5℃冷水洗3～15s；(4)25±5℃硝酸洗5～20s；(5)25±5℃冷水洗3～15s；(6)25±5℃硫酸類混合酸洗5～15min；(7)25±5℃冷水洗3～15s；(8)90±5℃熱水洗3～15s；(9)冷水浸泡至嵌件裝模前取出。本發(fā)明提升了金屬嵌件與樹(shù)脂基體間的結(jié)合力，其結(jié)合力相比常規(guī)表面處理工藝提升了50%左右，其結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)到55MPa。
文檔編號(hào)H01B19/00GK102831991SQ20121028200
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者郝留成, 田 浩, 李宏樓, 楊保利, 袁端鵬, 劉隨軍, 王路平 申請(qǐng)人:河南平高電氣股份有限公司, 平高集團(tuán)有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司