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)氧樹脂自動壓力凝膠成型工藝，是在環(huán)氧樹脂真空澆注工藝的基礎上發(fā)展起來的，是壓力凝膠工藝（PG）技術的一種形式。目前固封極柱的生產都采用APG制造工藝，其將導電端子等零件用環(huán)氧樹脂固化連結成一體，環(huán)氧樹脂不僅可以作為主絕緣介質，而且又是機械支撐。[1]采用APG制造工藝可將環(huán)氧樹脂的生產周期從傳統(tǒng)真空澆注所需的十幾個小時縮短到十幾分鐘，具有極好的尺寸穩(wěn)定性和很高的機械強度等突出優(yōu)點，但在生產制造過程中也常常出現(xiàn)氣泡、裂紋及漏料等嚴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)的問題及對這些問題的分析。

【關鍵詞】APG制造工藝；環(huán)氧樹脂；固封極柱

0 引言

APG技術主要應用于生產中高壓環(huán)氧絕緣制品，產品涉及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)氧樹脂的生產周期為十幾分鐘，并較好的控制放熱效應，其通過連續(xù)的對環(huán)氧樹脂混合料加以恒定的壓力，有利于補償因固化反映而引起的收縮，尤其是應用于真空斷路器用固封極柱，復雜、薄壁、多方位抽芯的產品更具優(yōu)勢[2]。APG的整個工藝過程中，模具溫度在160-180℃之間，在此模具溫度下可使高反應活性的環(huán)氧樹脂混合料在短時間內迅速凝膠化。

但由于固封極柱本身的結構復雜且具有薄壁、多方位抽芯的特點，采用APG工藝制造固封極柱時常常會出現(xiàn)產品表面有縮孔、氣泡、裂紋等影響產品使用性能的缺陷，因此，我們總結了固封極柱生產中常見問題出現(xiàn)的原因及解決辦法。經過匯總分析固封極柱APG制造技術15000模次的生產數(shù)據(jù)，總結出固封極柱APG制造工藝中，經常出現(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，進料口在模具的側下部，模具頂端留一排氣小孔，可隨時進行封閉。注射模具模腔溫度較高，混合料進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。同時由于中心固化較遲，在壓力下，注射頭在整個固化過程中一直在對模腔注料，補償固化反應引起的收縮。模具漏料將導致整個模腔注料不足，產品不能按照模具的形狀成型，直接造成產品的報廢，因此在APG制造工藝中，模具漏料已成為影響產品質量的最重要的一個因素。

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)漏料時對APG注射模具進行檢查，在合模縫處漏料時，使用塞尺對合模縫處進行測量時發(fā)現(xiàn)模具的合模縫寬度分布都在0.05mm以上，同時對其他正常生產的模具合模縫進行測量，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，其主要原因為合模縫寬度較大，為了避免在模具合模縫處發(fā)生漏料，模具的合模縫寬度應保持在0.05mm以下。因此在APG制造工藝中，在模具安裝時后即對模具的合模縫進行測量，保證模具的合模縫小于0.05mm。

1.2 注料口處漏料

若發(fā)生注料嘴處漏料，主要原因為注料頭與模具接觸面處未清理干凈，模具注料口位置不平，導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，進行解決。若出現(xiàn)排氣槽位置漏料嚴重，則為模具本身的結構設計部合理，需要將模具返廠進行維修來解決。

2 產品內外部出現(xiàn)氣泡

在固封極柱APG制造工藝中，影響產品質量的一個較為普遍且重要的因素為固封極柱的產品內部或外部出現(xiàn)氣泡。產品外部出現(xiàn)氣泡后，修補麻煩且影響產品的美觀，而產品內部出現(xiàn)氣泡后，則會直接影響產品的電氣性能，在產品進行例行耐壓試驗時會出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，且因氣泡在產品的內部，無法進行修補，可直接造成產品的報廢。

產品內部及外部出現(xiàn)氣泡的原因主要有以下兩個方面：

2.1 材料性能

APG工藝對環(huán)氧樹脂混合料提出了比真空澆注材料更高的技術要求，即室溫下穩(wěn)定，高溫下反應活性高，能迅速凝膠化，固化周期短，抗開裂性能和沖擊性能好。由于產品成型過程中會受到外界環(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。在進行固封極柱生產時，應挑選排氣性能好的原材料，并且在進行原材料制備時，可將填料硅微粉放入35℃的烘箱中進行烘干2h，排除材料中的水分。

在進行混合料準備時，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，再進一步進行攪拌脫氣。在攪拌脫氣后，首先應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)進行攪拌脫氣，確保原材料中無氣泡。

2.2 設備及注射工藝的調節(jié)

產品內部及外部出現(xiàn)氣泡，也與APG成型機產品成型工藝及模具本身的結構設計有較大的關系。模具本身在進行結構設計時，應考慮到排氣問題，頂部適當位置應設置排氣槽，同時APG成型機的調斜應與模具的排氣槽相對應，使氣體自身上升到模具的排氣槽處。同時在日常生產中要定期及時對模具的注料槽進行清理，防止堵塞，影響氣體的排出。

另一方面，在采用APG工藝進行固封極柱的生產時，要時刻關注注料壓力，防止在注料階段壓力下降，導致材料及模具中的氣體不能及時排出，造成產品的內部及外部出現(xiàn)氣泡。也需適當調整注料量，略微增大澆注量也有利于氣體的排出。

3 產品開裂

固封極柱作為電氣元件，其對產品的電氣性能有非常苛刻的要求，固封極柱內部機構較為復雜，嵌件較大，使該產品對材料的抗開裂性能要求高，產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℃，日平均相對濕度≤95%，日平均水蒸氣壓力值不超過2.2kPa，月平均相對濕度≤90%，月平均水蒸氣壓力值不超過1.8kPa。在此嚴苛的條件下，若產品出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，則會在通電時，直接導致電壓擊穿。因此，我們分析了固封極柱APG工藝過程中，產品開裂出現(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，產品開裂出現(xiàn)在嵌件處時，主要因素為嵌件的本身結構設計不合理。有些嵌件的表面滾花較深且有尖角，這樣易造成應力集中，導致產品澆注成型后出現(xiàn)嵌件處開裂。此時需要對嵌件的結構進行更改，可在端面向下5mm處取消花紋。且將所有尖角處進行倒角處理。

3.2 其他位置處

固封極柱APG工藝過程中，每模次生產時，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，則會出現(xiàn)，產品在脫模時，出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，造成產品開裂。

在進行模具安裝時，若模具安裝不到位，則也會導致產品開模時，不能順利取出，直接造成開裂。

在預熱模具的同時，將嵌件及經過清理過的真空滅弧室放在烘箱內預熱，預熱時間不少于30min，最后將真空滅弧室及嵌件整體預熱溫度達到160℃。

4 結論

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，生產過程中需要依賴APG成型機及APG澆注模具。模具對于采用APG工藝生產的固封極柱質量十分重要，尤其是外觀質量。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。且固封極柱內部機構較為復雜，嵌件較大，在采用APG工藝進行生產制造時，極易出現(xiàn)模具漏料、產品開裂、產品內外部出現(xiàn)氣泡等影響產品質量的因素。

本文總結了影響產品因素出現(xiàn)的問題及解決辦法，主要從模具本身的結構及安裝調整、材料性能及混合料準備、產品生產工藝等多方面進行分析調整。確保產品的質量滿足使用要求。

【參考文獻】

[1]邱長江，李國福.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途徑[J].絕緣材料通訊，1999，2：1-4.

[責任編輯：王楠]