環氧樹脂澆注是將環氧樹脂、固化劑和其他配合料澆注到設定的模具內，由熱塑性流體交聯固化成熱固性制品的過程。由于環氧樹脂澆注產品集優良的電性能和力學性能于一體，因此環氧樹脂澆注在電器工業中得到了廣泛的應用和快速的發展。
一、環氧樹脂澆注的基本工藝方法
環氧樹脂澆注的工藝方法，從不同的工藝條件去理解有不同的區分方法。從物料進入模具的方式來區分可分為澆注和壓注。澆注指物料自流進入模具。它又分常壓澆注和真空澆注。壓注指物料在外界壓力下進入模具，并且為了強制補縮，在物料固化過程中，仍保持著一定的外壓，它由過去的簡單加壓凝膠法發展成現在成熟的自動壓力凝膠法。
從物料固化溫度來區分可分為常溫澆注法和高溫澆注法。選用常溫或高溫澆注法是由澆注材料的本身性質所決定的，其根本區別是澆注材料固化過程中所必需的溫度條件。
從物料固化的速度來區分可分為普通固化法和快速固化法。物料進入模具至拆模所需的時間為初固化時間，普通固化法需幾個甚至十幾個小時，快速固化法只需十幾分鐘至幾十分鐘。
現代澆注工藝中，應用比較成熟的澆注工藝方法主要是真空澆注法和自動壓力凝膠法。
1.真空澆注工藝
真空澆注工藝是目前環氧樹脂澆注中應用最為廣泛、工藝條件最為成熟的工藝方法。環氧樹脂真空澆注常見的工藝流程示意圖見圖5-1。
 對于一件環氧樹脂澆注的電器絕緣制品，它要求外觀完美、尺寸穩定、力學性能、電性能合格。它的這些性能取決于制件本身的設計、模具的質量、澆注用材料的選擇、澆注工藝條件的控制等各個方面。環氧樹脂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。為了達到這一目的，在原料的預處理、混料、澆注等各個工序都需要控制好真空度、溫度及工序時間。
2.自動壓力凝膠工藝
自動壓力凝膠工藝是20世紀70年代初由瑞士CIBA-Geigy公司開發的技術。因為這種工藝類似于熱塑性塑料注射成型的工藝方法，因此也稱其為壓力注射工藝。它的最為顯著的優點是大大提高了澆注工效。可以說自動壓力凝膠技術的開發成功及在工業上的大量應用，是真空澆注由間歇、手工操作向自動化生產發展的一場革命，它和真空澆注的主要區別在于：
（1）澆注材料是在外界壓力下通過管道由注入口注入模具。
（2）物料的混料處理溫度低，模具溫度高。
（3）物料進入模具后，固化速度快，通常為十幾分鐘至幾十分鐘。
（4）模具固定在液壓機上，模具加熱由模具或模具固定板上的電熱器提供。
（5）模具的合拆由液壓機上的模具固定板移動來完成。
自動壓力凝膠工藝的特點：模具利用率高，生產周期短，勞動效率高；模具裝卸過程中損傷程度低，模具使用壽命長；自動化程度高，操作人員勞動強度輕；制品成型性好，產品質量有所提高。
二、環氧樹脂澆注材料
環氧樹脂澆注材料包括：環氧樹脂、固化劑、填充劑、增韌劑、固化促進劑、著色劑、脫模劑等等。
1.環氧樹脂
用于澆注的環氧樹脂以BPA型樹脂為主。通常使用相對分子質量在1000以下的中、低相對分子質量的樹脂。由于環氧樹脂必須同固化劑及其他添加劑固化成型后，才能呈現出其材料的特性。因此固化劑和其他添加劑也同樣影響澆注件的性能。單就環氧樹脂而言，相對分子質量越大，其澆注產品的韌性越好，在要求澆注產品有一定機械強度和韌性的用途中，通常選用相對分子質量在500～1000的固體樹脂。在要求有較好的加工操作性能時，常使用相對分子質量低于500的液體樹脂或液體樹脂與固體樹脂混用。為了提高耐熱性能，可以采用添加多功能團的環氧樹脂。如酚醛環氧樹脂。為了提高阻燃性能，可以添加鹵素化環氧樹脂。為了提高耐候性能，可以選用脂環族環氧樹脂。不同環氧樹脂與其澆注產品的特性關系見表5-1。
 2.固化劑
固化劑在澆注材料中與環氧樹脂同等重要，對澆注產品的性能及澆注的工藝性都有很大的影響。對于變送電設備的絕緣件，因為要有一定的高溫機械強度和耐蠕變性能，所以主要使用酸酐類固化劑。這些酸酐固化劑有：鄰苯二甲酸酐、順丁烯二酸酐、四氫化鄰苯二甲酸酐、甲基四氫化鄰苯二甲酸酐、六氫化鄰苯二甲酸酐及其他類酸酐。為了滿足澆注產品的質量性能及其加工時的工藝性能，往往采用混合酸酐及一些改性酸酐。胺類固化劑也可用于環氧澆注，特別是一些改性芳香胺類固化劑用于電氣絕緣件的澆注，能得到耐熱性、耐裂紋性好，耐化學腐蝕性優良的鑄件。此外，酚醛樹脂、聚酰胺樹脂等也可用于環氧澆注的固化劑。
3.填充材料
填充材料的作用是提高環氧樹脂澆注件的耐熱性、耐寒性、耐磨性和導熱性，也可提高澆注件的硬度和耐化學腐蝕性，可降低澆注件的收縮率及熱膨脹系數，還可以降低成本。某些填充料還可增加澆注件的耐電弧能力。
填充料的種類、純度、粒度、填充量等對澆注件的性能及澆注工藝操作性均有很大的影響，在很多場合下，作為填充料，希望填充量很高，同時又希望與樹脂混合后的黏度不很大，這就需要選擇合適的填充料的粒度。填充料粒度越大，同等量填充料的澆注混合物的黏度越小，但填充料沉降的可能性增大。填充料粒度過小，同等量填充料的澆注混合物的黏度增大，影響澆注的工藝操作性。因此，填充料過細或過粗都不適于使用。另外，填充料的填充量及填充料粒度的選擇與選用的澆注樹脂、固化劑種類及澆注工藝條件有很大的關系。
用于澆注材料的常用填充料有金屬氧化物、碳酸鹽、氟化物及金屬粉等。硅微粉是電氣絕緣澆注中常用的填充料。它與環氧樹脂的混合性能好，澆注后產品的電絕緣性、機械特性均很好，并且價格低廉，因此在澆注中被廣泛應用。目前硅微粉粒度的大小已形成了從200目到1000目的幾個系列，并已開發了經硅烷偶聯劑處理的特種硅微粉新品種，其顆粒表面與環氧樹脂結合更牢固，增強了澆注件的強度。氧化鋁粉也是環氧澆注中常用的填充料。它的耐化學腐蝕性很好，尤其是耐氟類化合物的腐蝕，因此在SF6電器中的澆注絕緣件，氧化鋁粉填充料被更多的使用。碳酸鈣也是常用的填充料，它的特點是澆注件便于切削、價格低、密度相對輕，并且澆注件的電性能也很好，因此應用也很多。
4.增韌劑
增韌劑主要提高環氧澆注材料抗彎強度、沖擊韌度，是環氧澆注中極其重要的一個組分。目前澆注用增韌劑的品種除了常用的酯類、石油樹脂類等非活性增韌劑外，帶柔性長鏈結構的環氧、酸酐、聚醚及帶活性基團的聚酯、橡膠等可與澆注材料中的環氧樹脂或固化劑參與反應的活性增韌劑也很多。隨著環氧澆注件結構的越來越復雜和構件尺寸的越做越大，對澆注材料的增韌也顯得越來越重要，怎樣做到在增加澆注件韌性的同時，保持澆注件的剛性和耐熱性，是澆注材料增韌研究的方向。
5.澆注用其他材料
環氧澆注材料除了環氧樹脂、固化劑、填充劑、增韌劑外，還有著色劑、促進劑、脫模劑及封模材料等。
（1）著色劑 環氧澆注件可用顏料進行著色，著色劑有有機顏料和無機顏料。常用的著色劑品種有：氧化鐵紅、立索爾紅等紅色顏料；鉻黃、鎘黃，氧化鐵黃等黃色顏料；鈦白粉，鋅鋇白等白色顏料；氧化鐵黑、苯胺黑等黑色顏料。用兩種或兩種以上的顏料經調配可以得到多種不同的顏色。
（2）促進劑 促進劑的作用是加快環氧樹脂與固化劑的固化反應速度，使澆注配合料的固化時間滿足設定的工藝要求。環氧澆注常用的促進劑有三乙醇胺。2，4，6-三（二甲氨甲基）苯酚、芐基二甲胺、三苯基磷、咪唑類及有機脲類等。
（3）脫模劑 環氧樹脂與金屬材料的粘合力很強，脫模劑的作用是幫助環氧樹脂澆注件與模具脫離，防止出現粘模現象。常用的脫模劑有硅油、硅脂、改性硅油及一些石油類潤滑脂、聚乙烯醇等。
（4）封模膠 封模膠的作用是防止澆注過程中樹脂混合料的滲漏。常用的封模膠有聚氯乙烯糊、水膠石膏糊、清漆石膏糊及耐溫橡膠條等。
三、環氧樹脂澆注產品的性能
環氧樹脂澆注絕緣件，澆注絕緣互感器、澆注絕緣變壓器及其他澆注絕緣電器產品的質量要求，因其在電氣領域中所擔負的作用不同而不同。并且不同的澆注絕緣產品影響質量的因素也不一樣。單就澆注絕緣件而言，一般情況下，它在電器產品中既要求起到絕緣的作用，要承受一定的電壓，又是支承結構件，承擔一定的力。這樣就決定了澆注件既應具有電性能，又應當具有一定的力學性能，而用于電器的裝配，也應當具有一定的外形尺寸特性。
1.澆注件的外觀質量
澆注件的外觀質量包括如下內容：尺寸、形位公差、表觀平整度、氣泡缺陷程度，開裂變形程度等。
澆注件是一次模具成型，由于材料、工藝等多種不穩定因素而造成零件的同一性沒有機械加工準確。雖然澆注件也可用切削加工的方法進行終加工，但那樣會破壞澆注制件表面的致密薄層，影響澆注件的抗潮濕性和表面耐電壓能力，同時也增加成本，因此澆注件的表觀質量也是澆注絕緣件重要的質量要求之一。
（1）澆注件表面要求致密而均勻，不允許有氣泡和缺陷。
（2）澆注件上的法蘭孔及其他一些裝配尺寸、要求一定程度的穩定。
（3）澆注件的裝配面、密封面的平整度、粗糙度要有一定的保證。表觀質量一般借助
尺寸測量工具、儀器并通過檢測人員的目測檢查。
2.澆注件的物理、力學性能
澆注件物理力學的特性內容同環氧樹脂在其他材料應用領域中的內容基本相同。對于電器絕緣件其材料的耐熱性和力學特性尤為重要。
（1）耐熱性 考慮到電氣機械的發熱。澆注絕緣件的耐熱性是一項重要性能。具有交聯結構的高分子材料的電氣特性和力學性能在Tg附近要發生顯著的變化，而且長時間受熱會發生熱老化。所以Tg是材料耐熱性的重要指標。在實用中常用熱變性溫度（HDT）來代替Tg。標準的電器用澆注件（BPA環氧樹脂-酸酐固化系）的Tg為100～110℃，使用溫度最高為85～90℃。部分特殊用途的澆注絕緣件，其Tg要求達到125℃或更高。
（2）力學特性檢測澆注件力學性能的項目主要有抗張、抗彎、沖擊及抗壓強度，彈性模量、撓度等。作為電器絕緣的環氧澆注零件，其主要的力學性能指標范圍見表5-2。但這些都是在實驗室通過儀器檢測出來的，在澆注件的實際工作中，評價和分析零件的蠕變強度和耐龜裂性更加必要。
 1）蠕變要使澆注絕緣件能擔當起結構部件的作用，蠕變特性的評價在實際使用中非常重要。我們常用的評價方法是檢測材料的抗彎強度和沖擊韌度，或其他通過破壞性試驗所得到的極限強度。這些強度數據同蠕變強度基本上相對應，但這不是絕對的。長時間承受荷重的絕緣件的蠕變斷裂特性有時會同在靜止或短時間內所測得的上述強度有很大的差異。因此，蠕變速度的評價，蠕變斷裂時間的推算是工程技術人員研究的重要課題。
2）內應力和耐龜裂性一個絕緣澆注產品是由樹脂混合料與熱膨脹系數及彈性系數不一樣的金屬導體、鐵心等其他材料的構件澆注在一起所構成的。制造過程中，固化時所產生的內應力，使用過程中的冷熱變化而產生的熱應力會使樹脂層產生裂紋，嵌入金屬件和樹脂層發生剝離，從而使絕緣性、耐電暈性能降低。所以掌握內應力是十分重要的。環氧樹脂固化過程中溫度一比容的變化模型如圖4-23所示。
環氧澆注料注入模具以后，可以分為升溫過程（A—B），反應固化過程（B—D），冷卻過程（D—F），C點是凝膠化點，E點是Tg點，即固化物由高彈態向玻璃態轉變點。B—C階段的收縮雖然大，但那是液體狀態，成問題的內應力發生在C點以后，特別是發生在固化以后的冷卻過程中，即Tg以下的冷卻過程，并且應力的大小與冷卻速度有關。因此，降低樹脂固化溫度，減慢樹脂固化后的冷卻速度，添加增韌材料，降低Tg都可減小內應力，防止鑄件發生裂紋。實用中，澆注件因使用過程中電器本身的發熱及周圍氣溫的變化，受到冷熱沖擊的作用也會產生裂紋。澆注件耐冷熱沖擊性受樹脂的種類、填充料的材質、濃度，鑄件的厚度、均勻性、嵌件等因素的影響。樹脂的韌性好，熱膨脹系數低，耐冷熱沖擊性強。另外，填充料材質、形狀及填充量的選擇也很重要。
3.電氣絕緣特性
電氣絕緣特性主要包括介電強度與耐電壓壽命，局部放電，耐漏電痕跡性耐電弧、SF6氣體分解物的影響等。
澆注件的絕緣電壓與絕緣厚度的關系式如下：
VB=Adn
式中 VB———擊穿電壓；
d———電極間的距離；
A、n———常數。其中A為介電強度，對于加有填充料的澆注體，A的范圍通常在20～30kv/mm間；n為電極系數，常在0.9～1.0之間。主要取決于澆注件中電極的形狀、面積、表面粗糙度等。
澆注絕緣件長時間加外電壓的擊穿電場強度與時間的關系式如下：
E=A·t-1/n
式中 E———擊穿電場強度；
A———材料的初始擊穿電場強度；
t———外加電壓時間；
n———表示劣化與電壓依賴關系的常數。
澆注絕緣件局部放電的大小主要取決于絕緣材質及電極間的空隙、裂縫等，通常局部放電量大的絕緣件，劣化與電壓依賴關系常數n值小，反之，局部放電量小，則n值大。
在氣體絕緣開關中，常用SF6作為消弧媒體和絕緣媒體，SF6在通常情況下是穩定的氣體，但在斷路時由于電極觸點間發生的電弧作用，會分解出具有活性的SF4等氣體。SF4在有微量水分存在下，會發生水解而生成SOF2、HF等。
 上述式（3）～（5）中的活性氣體會使環氧樹脂澆注件表面發生老化，使表面電阻降低，以致發生漏電痕跡。氧化鋁填充料的澆注件表面漏電電流比氧化硅填充料的要小，這主要是氧化硅同HF反應比氧化鋁容易得多。 環氧樹脂 - www.ytfilter.com -(責任編輯：admin) |