固封極柱APG制造工藝問題及分析

李旭培　孫中航　王永亮　龐凱歌

【摘 要】APG制造工藝即環(huán)氧樹脂自動(dòng)壓力凝膠成型工藝，是在環(huán)氧樹脂真空澆注工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是壓力凝膠工藝（PG）技術(shù)的一種形式。目前固封極柱的生產(chǎn)都采用APG制造工藝，其將導(dǎo)電端子等零件用環(huán)氧樹脂固化連結(jié)成一體，環(huán)氧樹脂不僅可以作為主絕緣介質(zhì)，而且又是機(jī)械支撐。[1]采用APG制造工藝可將環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)周期從傳統(tǒng)真空澆注所需的十幾個(gè)小時(shí)縮短到十幾分鐘，具有極好的尺寸穩(wěn)定性和很高的機(jī)械強(qiáng)度等突出優(yōu)點(diǎn)，但在生產(chǎn)制造過程中也常常出現(xiàn)氣泡、裂紋及漏料等嚴(yán)重影響絕緣件性能的問題。本文分析了固封極柱APG制造工藝中出現(xiàn)的問題及對(duì)這些問題的分析。

【關(guān)鍵詞】APG制造工藝；環(huán)氧樹脂；固封極柱

0 引言

APG技術(shù)主要應(yīng)用于生產(chǎn)中高壓環(huán)氧絕緣制品，產(chǎn)品涉及5kV固封極柱、支柱絕緣子、帶顯示電器用絕緣子、觸頭盒、隔墻套管、轉(zhuǎn)軸、真空斷路器的真空筒、盆式絕緣子及電流互感器等。采用APG制造工藝可將環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)周期為十幾分鐘，并較好的控制放熱效應(yīng)，其通過連續(xù)的對(duì)環(huán)氧樹脂混合料加以恒定的壓力，有利于補(bǔ)償因固化反映而引起的收縮，尤其是應(yīng)用于真空斷路器用固封極柱，復(fù)雜、薄壁、多方位抽芯的產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)[2]。APG的整個(gè)工藝過程中，模具溫度在160-180℃之間，在此模具溫度下可使高反應(yīng)活性的環(huán)氧樹脂混合料在短時(shí)間內(nèi)迅速凝膠化。

但由于固封極柱本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有薄壁、多方位抽芯的特點(diǎn)，采用APG工藝制造固封極柱時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品表面有縮孔、氣泡、裂紋等影響產(chǎn)品使用性能的缺陷，因此，我們總結(jié)了固封極柱生產(chǎn)中常見問題出現(xiàn)的原因及解決辦法。經(jīng)過匯總分析固封極柱APG制造技術(shù)15000模次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出固封極柱APG制造工藝中，經(jīng)常出現(xiàn)的問題及解決辦法。

1 模具漏料

在APG制造工藝中，模具腔體要求密封，進(jìn)料口在模具的側(cè)下部，模具頂端留一排氣小孔，可隨時(shí)進(jìn)行封閉。注射模具模腔溫度較高，混合料進(jìn)入模腔后首先在模壁開始發(fā)生固化，然后逐步深入到模芯，這樣的固化方式較好地控制了放熱反應(yīng)。同時(shí)由于中心固化較遲，在壓力下，注射頭在整個(gè)固化過程中一直在對(duì)模腔注料，補(bǔ)償固化反應(yīng)引起的收縮。模具漏料將導(dǎo)致整個(gè)模腔注料不足，產(chǎn)品不能按照模具的形狀成型，直接造成產(chǎn)品的報(bào)廢，因此在APG制造工藝中，模具漏料已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的最重要的一個(gè)因素。

出現(xiàn)模具漏料的原因及解決辦法如下：

1.1 合模縫處漏料

在模具出現(xiàn)漏料時(shí)對(duì)APG注射模具進(jìn)行檢查，在合?？p處漏料時(shí)，使用塞尺對(duì)合模縫處進(jìn)行測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)模具的合?？p寬度分布都在0.05mm以上，同時(shí)對(duì)其他正常生產(chǎn)的模具合?？p進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其寬度在0.05mm以下。通過分析APG制造工藝的模具漏料數(shù)據(jù)，可以得出在發(fā)生模具合模縫處漏料時(shí)，其主要原因?yàn)楹夏？p寬度較大，為了避免在模具合?？p處發(fā)生漏料，模具的合?？p寬度應(yīng)保持在0.05mm以下。因此在APG制造工藝中，在模具安裝時(shí)后即對(duì)模具的合?？p進(jìn)行測(cè)量，保證模具的合?？p小于0.05mm。

1.2 注料口處漏料

若發(fā)生注料嘴處漏料，主要原因?yàn)樽⒘项^與模具接觸面處未清理干凈，模具注料口位置不平，導(dǎo)致注料口平面與模具注料口處空隙較大，接觸不好。則清理注料嘴或者更換新的注料頭即可解決注料嘴處漏料問題。

1.3 其他位置處漏料

若漏料位置在模具其他位置，則可以通過增大合模力，根據(jù)漏料位置可以在模具與加熱板之間墊銅片，進(jìn)行解決。若出現(xiàn)排氣槽位置漏料嚴(yán)重，則為模具本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部合理，需要將模具返廠進(jìn)行維修來解決。

2 產(chǎn)品內(nèi)外部出現(xiàn)氣泡

在固封極柱APG制造工藝中，影響產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)較為普遍且重要的因素為固封極柱的產(chǎn)品內(nèi)部或外部出現(xiàn)氣泡。產(chǎn)品外部出現(xiàn)氣泡后，修補(bǔ)麻煩且影響產(chǎn)品的美觀，而產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)氣泡后，則會(huì)直接影響產(chǎn)品的電氣性能，在產(chǎn)品進(jìn)行例行耐壓試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，且因氣泡在產(chǎn)品的內(nèi)部，無法進(jìn)行修補(bǔ)，可直接造成產(chǎn)品的報(bào)廢。

產(chǎn)品內(nèi)部及外部出現(xiàn)氣泡的原因主要有以下兩個(gè)方面：

2.1 材料性能

APG工藝對(duì)環(huán)氧樹脂混合料提出了比真空澆注材料更高的技術(shù)要求，即室溫下穩(wěn)定，高溫下反應(yīng)活性高，能迅速凝膠化，固化周期短，抗開裂性能和沖擊性能好。由于產(chǎn)品成型過程中會(huì)受到外界環(huán)境等不確定因素的影響，要求材料的工藝性能良好，具有較寬的適用范圍，以降低溫度、濕度等不確定因素的影響程度。在進(jìn)行固封極柱生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)挑選排氣性能好的原材料，并且在進(jìn)行原材料制備時(shí)，可將填料硅微粉放入35℃的烘箱中進(jìn)行烘干2h，排除材料中的水分。

在進(jìn)行混合料準(zhǔn)備時(shí)，可先在混料罐中放入樹脂，及一半的硅微粉，待攪拌均勻后，再放入固化劑及另一半的硅微粉，攪拌均勻后，再進(jìn)一步進(jìn)行攪拌脫氣。在攪拌脫氣后，首先應(yīng)確定整改材料的真空度是否滿足使用要求，若真空度滿足使用要求后，則觀察混合料表面是否有氣泡，若有，則繼續(xù)進(jìn)行攪拌脫氣，確保原材料中無氣泡。

2.2 設(shè)備及注射工藝的調(diào)節(jié)

產(chǎn)品內(nèi)部及外部出現(xiàn)氣泡，也與APG成型機(jī)產(chǎn)品成型工藝及模具本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較大的關(guān)系。模具本身在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到排氣問題，頂部適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置排氣槽，同時(shí)APG成型機(jī)的調(diào)斜應(yīng)與模具的排氣槽相對(duì)應(yīng)，使氣體自身上升到模具的排氣槽處。同時(shí)在日常生產(chǎn)中要定期及時(shí)對(duì)模具的注料槽進(jìn)行清理，防止堵塞，影響氣體的排出。

另一方面，在采用APG工藝進(jìn)行固封極柱的生產(chǎn)時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注注料壓力，防止在注料階段壓力下降，導(dǎo)致材料及模具中的氣體不能及時(shí)排出，造成產(chǎn)品的內(nèi)部及外部出現(xiàn)氣泡。也需適當(dāng)調(diào)整注料量，略微增大澆注量也有利于氣體的排出。

3 產(chǎn)品開裂

固封極柱作為電氣元件，其對(duì)產(chǎn)品的電氣性能有非?？量痰囊?，固封極柱內(nèi)部機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，嵌件較大，使該產(chǎn)品對(duì)材料的抗開裂性能要求高，產(chǎn)品表面需要光滑無氣泡、裂紋。固封極柱的使用條件為，環(huán)境溫度+40℃～-25℃，日平均不超過35℃，日平均相對(duì)濕度≤95%，日平均水蒸氣壓力值不超過2.2kPa，月平均相對(duì)濕度≤90%，月平均水蒸氣壓力值不超過1.8kPa。在此嚴(yán)苛的條件下，若產(chǎn)品出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，則會(huì)在通電時(shí)，直接導(dǎo)致電壓擊穿。因此，我們分析了固封極柱APG工藝過程中，產(chǎn)品開裂出現(xiàn)的原因及解決辦法。

3.1 嵌件開裂

固封極柱APG工藝過程中，產(chǎn)品開裂出現(xiàn)在嵌件處時(shí)，主要因素為嵌件的本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。有些嵌件的表面滾花較深且有尖角，這樣易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致產(chǎn)品澆注成型后出現(xiàn)嵌件處開裂。此時(shí)需要對(duì)嵌件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，可在端面向下5mm處取消花紋。且將所有尖角處進(jìn)行倒角處理。

3.2 其他位置處

固封極柱APG工藝過程中，每模次生產(chǎn)時(shí)，都需要使用脫脂棉紗蘸取脫模劑擦拭模具型腔。若沒有噴涂脫模劑，則會(huì)出現(xiàn)，產(chǎn)品在脫模時(shí)，出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，造成產(chǎn)品開裂。

在進(jìn)行模具安裝時(shí)，若模具安裝不到位，則也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品開模時(shí)，不能順利取出，直接造成開裂。

在預(yù)熱模具的同時(shí)，將嵌件及經(jīng)過清理過的真空滅弧室放在烘箱內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間不少于30min，最后將真空滅弧室及嵌件整體預(yù)熱溫度達(dá)到160℃。

4 結(jié)論

固封極柱主要由真空滅弧室、上出線座、下出線座、絕緣拉桿、固定嵌件、環(huán)氧樹脂層組成，生產(chǎn)過程中需要依賴APG成型機(jī)及APG澆注模具。模具對(duì)于采用APG工藝生產(chǎn)的固封極柱質(zhì)量十分重要，尤其是外觀質(zhì)量。適合環(huán)氧樹脂APG工藝的模具，要求模具腔體密封性好，模腔的光潔度高，脫模方便。且固封極柱內(nèi)部機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，嵌件較大，在采用APG工藝進(jìn)行生產(chǎn)制造時(shí)，極易出現(xiàn)模具漏料、產(chǎn)品開裂、產(chǎn)品內(nèi)外部出現(xiàn)氣泡等影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素。

本文總結(jié)了影響產(chǎn)品因素出現(xiàn)的問題及解決辦法，主要從模具本身的結(jié)構(gòu)及安裝調(diào)整、材料性能及混合料準(zhǔn)備、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等多方面進(jìn)行分析調(diào)整。確保產(chǎn)品的質(zhì)量滿足使用要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]邱長(zhǎng)江，李國(guó)福.環(huán)氧樹脂澆注的固化收縮和澆口冷卻法[J].高壓電器，1994，2：52-54.

[2]趙世琦.環(huán)氧樹脂絕緣澆注料的改進(jìn)途徑[J].絕緣材料通訊，1999，2：1-4.

[責(zé)任編輯：王楠]