環(huán)氧樹脂澆注件常見質(zhì)量問題及原因分析

張敬?董保瑩?李永奎?陳蕊　盧銀花

摘 要：澆注件生產(chǎn)過程復雜，工藝控制困難。澆注件的生產(chǎn)過程容易出現(xiàn)氣泡、開裂、缺陷、玻璃化溫度不合格等質(zhì)量問題。本文就產(chǎn)生這些質(zhì)量問題的原因一一進行闡述。在實際生產(chǎn)中，要選擇合適的原材料，配合較優(yōu)的澆注件、嵌件、模具設計，嚴格進行工藝控制，合理進行裝脫模操作，保證澆注件的各項性能指標都能滿足要求。

關鍵詞：澆注件;氣泡;模具;爆聚

中圖分類號：TM412 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0063-03

Analysis on Common Quality Problems and Causes of Epoxy Resin Castings

ZHANG Jing DONG Baoying LI Yongkui CHEN Rui LU Yinhua

（Henan Pinggao Electric Co.， Ltd.， Pingdingshan Henan 467001）

Abstract： The production process of the casting is complicated and the process control is difficult. The production process of castings is prone to quality problems such as bubbles， cracks， defects， and unqualified glass transition temperature. This paper explains the reasons for these quality problems one by one. In actual production， it is necessary to select appropriate raw materials， cooperate with better pouring parts， inserts， and mold designs， strictly control the process， and perform reasonable assembly and demolding operations to ensure that the performance indicators of the pouring parts meet the requirements.

Keywords： casting parts;bubble;mould;explosive polymerization

高壓開關設備用環(huán)氧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[1-5]。目前普遍采用真空澆注成型技術，要點是去除澆注制品內(nèi)部和表面的氣泡，減少內(nèi)部應力，防止產(chǎn)生裂紋等。為了達到目的，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、澆注和固化過程，采用合理的設計模具和正確的操作步驟等[6-9]。圖1為環(huán)氧樹脂真空澆注成型的工藝流程。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣件是高壓開關設備的關鍵構件。絕緣件各項性能的穩(wěn)定至關重要，關系著整臺電氣設備的安全與穩(wěn)定[10-12]。隨著超高壓、特高壓電網(wǎng)的推廣應用，輸變電設備的質(zhì)量穩(wěn)定性顯得日益重要。然而，在澆注件的實際生產(chǎn)中也存在相應的問題。澆注件容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為氣泡、缺陷及玻璃化溫度不合格等[13-16]。筆者就這些質(zhì)量問題及產(chǎn)生原因進行簡要分析。

1 氣泡

產(chǎn)生氣泡的原因有很多，主要可歸結為5個方面。

1.1 樹脂、固化劑、填料預處理不當

預處理主要包含填料的真空干燥、環(huán)氧樹脂和固化劑的加熱熔融、填料和環(huán)氧樹脂的預混合。填料的真空干燥目的是脫去填料中所含的水分，即脫水。脫水需要控制溫度、真空度和烘干時間。每一個因素控制不當，都會導致脫水不徹底。環(huán)氧樹脂和固化劑的加熱熔融一方面是使其熔融，為混料做準備;另一方面是取出其中的水分、低分子揮發(fā)物和氣體。填料和環(huán)氧樹脂的預混合是將填料和環(huán)氧樹脂充分混合，如果混合不均勻，會出現(xiàn)澆注件局部機械強度不足、固化不完全等問題。因此，若原材料的各預處理環(huán)節(jié)處理不當，澆注固化成型時就會形成氣泡，導致制品報廢。

1.2 真空效率低

澆注過程需要在真空狀態(tài)下進行，目的是去除原材料中所含的水分、氣體及各種小分子揮發(fā)分等。若因為設備的真空度或抽空速度達不到要求而不能將各澆注罐內(nèi)的雜物及時處理干凈，就會導致澆注件形成氣泡。

1.3 模具設計不合理

模具是絕緣件成型的關鍵設備。模具設計需要遵循以下原則：避免模具型腔內(nèi)溝槽太多;模具澆冒口要與澆注件的大小相適應;材質(zhì)及厚度要適當;便于操作，安全性能好。因此，對于外形復雜的絕緣件，要對模具設計進行反復試驗和論證，不斷改進模具設計，勿要在其內(nèi)部形成死角，導致固化產(chǎn)生的氣體難以逸出。

1.4 澆注時固化反應過快

若固化反應太快，形成爆聚，則澆注件內(nèi)部或表面會形成空隙而出現(xiàn)氣泡。這種氣泡不是因為空氣產(chǎn)生的，是因為固化反應產(chǎn)生的?？梢哉f，在脫模以前，在模具內(nèi)，這些空隙是真空的。因此，固化反應速度應控制在合適的范圍內(nèi)。

1.5 澆注料黏度過大

澆注料配比不合理或溫度控制不當，造成澆注料黏度過大，導致在澆注過程中產(chǎn)生的氣泡不能逸出模具，存留于澆注件內(nèi)部。

2 開裂

2.1 配方設計不當

配方設計不當不僅會產(chǎn)生氣泡，也會導致澆注件固化后本體太脆。澆注件在固化過程中會有線收縮和體收縮。由于配方設計不合理，固化收縮會大不均勻，加上材料太脆，造成澆注件出現(xiàn)大量的收縮痕和微裂縫。圖2是填料添加量對澆注件拉伸彈性模量的影響。從圖2可以看出，隨著氧化鋁添加量的增加，其彈性模量逐步增加。模量越大，物品越脆，因此配方設計時應結合澆注件的應用要求，通盤設計配方，最大限度地均衡澆注件的性能。

2.2 澆注體本身設計或模具、嵌件設計不合理

澆注件的生產(chǎn)需要澆注料、嵌件、模具和人員操作協(xié)同完成。無論是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會使?jié)沧⒓?nèi)部形成應力集中點，在脫模后失去模具束縛，釋放應力，導致澆注件開裂[17-19]。

2.3 凝膠、固化溫度過高，澆注件固化后冷卻太快

固化時，固化溫度過高會產(chǎn)生爆聚，使?jié)沧⒓倔w存在大量的內(nèi)應力。若冷卻太快，則會加劇內(nèi)應力的釋放。因此，在實際生產(chǎn)中，各生產(chǎn)廠家都在平穩(wěn)的溫度環(huán)境中進行固化，固化完成后隨爐一體慢慢降溫，目的是釋放固化過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力。圖3為環(huán)氧樹脂固化和冷卻過程的內(nèi)部收縮應力變化。從圖3不難看出，脫模溫度一般應控制在80～100 ℃。

2.4 脫模操作不慎，局部用力過大

脫模操作非常重要。在實際生產(chǎn)過程中，很多澆注件的報廢是由于脫模操作不慎造成的。脫模要嚴格按照作業(yè)指導書進行，不能因為生產(chǎn)任務重而隨意脫模。在脫模過程中，要使用專門為脫模操作配置的脫模工裝，使剛固化完成的澆注件受力均勻且大小適宜。

3 缺陷

澆注件表面有縮痕，邊角缺料，原因如下。

3.1 澆注料黏度過大

澆注料黏度過大會使固化物形成氣泡，也會造成邊角缺料等問題。澆注料黏度過大的主要原因是澆注料配方設計不合理。澆注料黏度過大，其流動性能迅速下降，未能充滿模具時就已經(jīng)固化，造成邊角缺料。

3.2 模具合模不嚴密

在裝模操作時，工作人員操作不當，工作態(tài)度不認真，或者密封圈老化沒有及時更換，都會造成模具合模不嚴密。在澆注料完全固化前，澆注料會從縫隙處流出，產(chǎn)生氣泡、邊角缺料等質(zhì)量問題。

3.3 澆注料固化溫度過高

澆注完成后，在固化過程中如果固化爐溫度失控，就會致使固化溫度過高，造成凝膠過快，產(chǎn)生爆聚，不僅會形成氣泡，也會產(chǎn)生嚴重的收縮痕跡。同時，由于溫度過高，澆注件表面會出現(xiàn)嚴重的色差。

3.4 補料和加壓不及時

在澆注料初期固化時，模具內(nèi)物料從液態(tài)到固態(tài)轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化過程中，物料的體積會有不同程度的縮小，需要及時補料和加壓。補料的目的是減少因固化而產(chǎn)生的體積收縮，加壓的目的則是增加澆注件本體的致密性，避免澆注件內(nèi)部產(chǎn)生微縫隙。

4 玻璃化溫度不合格

玻璃化溫度是高分子物質(zhì)由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化為高彈態(tài)或由高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為玻璃態(tài)時的溫度。玻璃化溫度是衡量固化物固化度的一項重要指標，也可反映固化物機械強度的高低。玻璃化溫度不合格的主要原因包括澆注前物料混合不均、固化時間不足、固化爐溫度不均勻及爐溫控制不精確而超出正常的偏差范圍等。

5 澆注件制造過程中需要著重注意的因素

澆注件的生產(chǎn)過程復雜，工藝控制嚴格。為使?jié)沧⒓母黜椥阅芫軡M足實際使用要求，各科研單位和生產(chǎn)廠家均對其進行了相關研究。綜合以上分析，在澆注件的制造過程中，需要著重注意3個方面。

5.1 原材料的選用和配方設計

原材料的選用和配方設計是保證環(huán)氧澆注件性能的基礎。只有充分了解各原材料性能，才能為澆注件、嵌件及模具設計提供依據(jù)，開發(fā)較優(yōu)的配方設計，從而為合格澆注件的生產(chǎn)打下堅實基礎。

5.2 固化溫度

固化溫度的控制主要依靠嚴密的工藝流程。澆注件固化時，溫度不宜過高也不宜過低。只有將固化溫度控制在合適的范圍，才能使固化平穩(wěn)進行，才能生產(chǎn)出各項性能都滿足要求的澆注件。

5.3 裝脫模

合理的裝脫模操作是保證澆注件合格率的關鍵工序。據(jù)不完全統(tǒng)計，有50%的不合格澆注件是由于人為不合理動作造成的。因此，只有保證環(huán)境適宜和裝脫模操作合理，兩者恰當配合，才能提升澆注件的合格率。

6 結語

環(huán)氧澆注件質(zhì)量問題有很多，每種問題都是各種因素共同作用的結果，只有不斷努力研究、思考和創(chuàng)新，并結合實際情況，才能解決問題。

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