环氧树脂材料性能

二十世纪四十年代末，环氧树脂开始被应用于电工绝缘领域，至今已经有五十余年的历史。 双酚A型环氧树脂/酸酐体系是当前输变电设备绝缘浇注材料的主要品种，其优点突出： ✓ 具有良好的粘接性； ✓ 固化过程中收缩率低； ✓ 在固化过程中不产生小分子； ✓ 耐热性、耐药品性优良； ✓ 机械强度高； ✓ 电气绝缘性能优良。 但其缺点也很明显： ✓ 脆性大，抗开裂性能差：如产品浇注后开裂，存放期开裂，低温开裂，在线路运行中开裂； ✓ 脆性往往导致设备性能不达标：如局放不达标，耐冷热冲击不达标，动热稳定性不达标，绝缘子抗弯力不达标等； 随着对输变电设备性能要求的提高，问题越发突显出来。例如： 1、结构复杂的输变电设备及部件应力集中问题显著，更容易开裂； 2、设备使用条件更加严酷，如需要经受强烈温度冲击，适应电网运行波动，提高动热稳定性，保证长期质量，降低局放等。     产生上述问题的原因在于环氧树绝缘材料在输变电设备制造过程及使用过程中会受到多种力的作用： 1、固化过程中由于化学反应发生收缩产生的收缩应力； 2、环氧树脂与金属的线膨胀系数的差异产生的应力 表2-1 几种常用材料的线膨胀系数 材料名称 线膨胀系数(10-6/℃) 石英 0.5 铝 ~24 铜 ~16 环氧树脂 ~100 3、绝缘层自身因温度变化而产生应力 4、电动力与外力作用 可见，绝缘体受力是必然的，不能消除的，而且是不断变化的，这种应力的存在是使环氧树脂绝缘层产生内部裂纹的主要原因，而这种力又是客观存在的，因此只有提高环氧树脂本身抵抗这种内部应力的能力才是减弱和消除内部缺陷，从而降低局放的主要手段。 提高环氧树脂绝缘浇注制品品质的三个环节     1、合理     2、提高环氧树脂绝缘材料的韧性     3、浇注工艺合理 从以上三点来看，由于设计一般是固定的，所以运用合理的工艺和提高环氧树脂本身的韧性，减弱和消除绝缘体内部的气泡或缺陷是降低局放的根本方法。 自动压力凝胶工艺不同于真空浇注：（1）浇注物料是在外界压力下通过浇注入模具的：（2）物料混合处理时温度低，而固化时模具温度较高；（3）固化速度快，通常为十几分钟至几十分钟。APG工艺过程包括3个过程：前期混料、自动压力凝胶、成型后固化。APG工艺所需设备主要有模具、前期混料装量、移动式注射专用压力容器、全液压自动压力凝胶成型机、空气压缩机、固化后所需的烘箱以及必备的辅机等。 自动压力凝胶工艺(简称APG)作为由瑞士汽巴公司开发的环氧树脂新型应用工艺，目前在发达国家已得到普遍应用，近年国内厂家也开始开发、生产这一材料，并在性能上达到了国际较先进水平。浙江嘉化实业股份有限公司开发的APG环氧材料，与瑞士汽巴同类产品质量基本一致。国内产品何以在短时间内，达到较先进水平？国内有关专家对此从材料角度进行了深入剖析。     APG材料主要由A料、B料组成。浙江嘉化制备A料基本由本公司自制，主要包括JH-225环氧树脂、改性剂、促进剂、增韧剂。将JH-225环氧树脂加入改性剂，在一定温度下反应一段时间后，形成改性的无溶剂中等粘度双酚A型环氧树脂JH-925A，即为A料。此树脂既有较高的反应活性、又能在较高温度下长期存放，外观为无色或浅黄色透明粘稠液体，环氧值/(eq·100g-1)为 0.51～0.54，可水解氯/%为≤0.1，粘度(25℃)/Pa·s为10～20，密度(25℃)/(kg·m-3)为1.14～1.18，贮存时间达1年。B料的制备过程是：在甲基四氢苯酐中加入活性增韧剂、促进剂后升温反应，冷却到一定温度后加入稳定剂，形成异构化的液体酸酐JH-925B即为B料，内有加速固化成分，因易吸潮而应密闭贮存。JH-925B外观为浅黄色透明液体，闪点(开口杯)℃为≥150，粘度(25℃)/Pa·s为0.5～3，密度(25℃)/(kg·m-3)为1.05～1.25，贮存时间为6月。 配方组成为：JH-925A100、HJ-925B80，另包括HGH-400活性硅微粉250～300、色浆适量。固化工艺方面，混料温度为30-40℃，真空脱气1 h以上；注射压力为0.20～0.30MPa；模具温度为140～170℃；进料时间为5～10min；脱模时间为16～24min；后固化为120～140℃/8～12h，之后随炉冷却，可得产品。与瑞士汽巴同类材料相比各项测试数据基本相同、完全达到使用要求。其中弯曲强度/Mpa为130.75，低0.25；冲击强度/(KJ·m-2)为12.10，高0.09；拉伸强度/MPa为71.40，低0.70；电气强度/(MV·m-1)为20.18，高0.08；玻璃化温度/℃为106，低2；气密性(0.65Mpa SF61min)为不漏气，相同。 2003年，我国同时研制出两种固封极柱真空断路器：一是西高所与厦门华电开关公司研制成VEP型固封式真空断路器；另一是西安森源开关技术研究所研制成VSm型固封式真空断路器。前者参数做到12 kV 630 ～4 000 A，20 ～ 40 kA，后者参数做到12 kV 630 ～ 3 150 A，25 ～40 kA。固封式真空断路器的研制成功，体现了我国真空断路器技术的巨大进步。 在相柱固封中，VEP型固封断路器采用德国APG工艺和设备。设备由Hedrich和 Vogel公司提供，浇铸材料为瑞士 Vantico 公司的树脂材料。 VSm 型固封式真空断路器由西安森源开关技术研究所委托奥地利库瓦格公司进行研制，用了近一年时间进行反复试验，解决了材料和工艺问题。2002年，为了设计和制造出完全国产化的固封极柱产品，由西安森源开关技术研究所牵头，组织8家企业成立了APG协作组，对固封技术进行攻关。协作组的第一个试制项目为12 kV户内真空断路器用固封极柱。这个研制项目由西安森源开关技术研究所负责总体设计和协调；设备采用上海煤科院的压力注射机；模具由厦门耐德工贸有限公司负责开发制造；真空灭弧室由成都旭光电子股份有限公司研制生产；试制由常州国电森源绝缘电器有限公司负责固封极柱样品。整个研制工作于2003年下半年完成。