電抗器用玻纖紗/環(huán)氧樹脂復合材料最優(yōu)含膠量的研究

王方杰，徐位宏

（合容電氣股份有限公司，陜西 西安 710200）

電抗器用玻纖紗/環(huán)氧樹脂復合材料最優(yōu)含膠量的研究

王方杰，徐位宏

（合容電氣股份有限公司，陜西 西安 710200）

玻璃纖維紗增強環(huán)氧樹脂是玻璃鋼的一種，由于其良好的電氣絕緣性能及機械性能，所以在干式空心電抗器包封絕緣層中被廣泛使用。主要研究了玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料中玻璃纖維紗與環(huán)氧樹脂的最佳比例，因環(huán)氧樹脂固化物本身具有良好的電氣絕緣性，故只針對其力學性能進行測試和評估，最終確定出二者的最優(yōu)比例，同時確立一個行業(yè)的標準。

玻璃纖維紗；環(huán)氧樹脂；復合材料；含膠量

隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，干式空心電抗器在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應用日趨廣泛，其作用也舉足輕重[1]。干式空心電抗器繞組外部用浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃纖維纏繞嚴密包封，固化后具有很好的整體性，其機械強度高，耐受短時電流的沖擊能力強，能夠很好地滿足產(chǎn)品的動、熱穩(wěn)定性及良好的絕緣性[2,3]。但是，在電抗器行業(yè)制造中普遍存在一個問題，對于玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料而言，如環(huán)氧樹脂的含量過高，在包封繞制過程中，就會發(fā)生較為嚴重的甩膠現(xiàn)象，不但影響生產(chǎn)環(huán)境，而且造成原材料浪費；如玻璃纖維紗含量過低，會導致紗不能完全浸透，出現(xiàn)發(fā)毛現(xiàn)象，其電氣、力學性能也得不到保證[4,5]。所以，研究玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的最優(yōu)含膠量是電抗器行業(yè)亟待解決的問題，所以，我們就對玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料展開了系統(tǒng)的研究與實驗，并獲得了具有指導性意義的實驗結(jié)論。

1 實驗目的

通過本次實驗確定出干式空心電抗器用玻纖/

環(huán)氧樹脂復合材料的最優(yōu)含膠量，提高本公司產(chǎn)品的質(zhì)量，同時為電抗器行業(yè)確立玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料含膠量的標準。

2 實驗方案

（1）分別制備含膠量為 20%、25%、30%、35%的玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料，做好標記備用；

（2）分別測試含膠量為 20%，25%，30%，35%復合材料試件的各項性能,確定最佳含膠量。篩選配方時測試彎曲、沖擊兩個力學性能即可；

（3）確定玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料最優(yōu)含膠量后，測試最優(yōu)含膠量試樣的全部的機械、電氣性能。

3 實驗過程

3.1制樣

采用單向纖維增強的方法制備環(huán)氧樹脂體積分數(shù)分別為 20%，25%，30%，35%復合材料試樣，制備過程如圖 1、圖 2所示。

圖1 單向纖維增強層壓板成型Fig.1Unidirectional fiber reinforced laminate molding

圖2 測試試樣裁制過程Fig.2 Test sample the systemprocess

3.2 力學性能測試

對于玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料而言，環(huán)氧樹脂的含量直接影響復合材料的力學性能，而對電氣性能影響微乎其微，所以在篩選玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料最優(yōu)含膠量時以機械性能為主，主要測試彎曲強度、沖擊強度兩個性能，制樣標準及試驗過程如圖 3、圖 4 所示,檢測結(jié)果如表 1所示。

4 實驗結(jié)果分析

采用模壓工藝制備不同含膠量的玻璃纖維增強復合材料單向板，按照測試標準，測試不同含膠量體系的彎曲強度及沖擊強度，現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)進行分析如下：

當玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的含膠量小于 30%時，復合材料從外觀上可以明顯看到纖維不能被樹脂完全浸潤，顯示有很多干纖維，表面發(fā)毛，復合材料板材因為含膠量太低，因此力學性能很差，所以含膠量至少應達到 30%，復合材料才可以充分發(fā)揮它的性能。

當玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的含膠量由30.2%～36.3%變化時，彎曲模量和彎曲強度都有所下降，但是變化不大。因為復合材料中纖維是增強材料，起到增強的作用，隨著纖維含量的上升復合材料的彎曲模量和強度也隨之上升。在此含膠量變化范圍內(nèi)，纖維含量變化不是很大，所以彎曲模量和彎曲強度的變化也不大，在現(xiàn)有的工藝范圍內(nèi)，含膠量在 30～35%之間時，力學性能差異不大。

圖3 單向纖維增強復合材料標準試樣及彎曲強度測試Fig.3 Unidirectional fiber reinforced composite material bending strength test and standard samples

圖4 單向纖維增強復合材料標準試樣及沖擊強度測試Fig.4 Unidirectional fiber reinforced composite material standard sample and impact strength test

表1 不同樹脂含量試樣的彎曲和沖擊性能Table 1Flexural and impactproperties of different resin content in the sample

當玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的含膠量高于 35%，由于纖維含量降低，力學性能將會降低。

表2 玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的最優(yōu)含膠量各項性能指標Table 2 Fiberglass / epoxy composites optimum gel content of theperformance indicators

本文中所述玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的含膠量均為體積分數(shù)，在實際生產(chǎn)過程中，多數(shù)以質(zhì)量分數(shù)計算，所以在實際應用中，應先將體積分數(shù)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量分數(shù)。

5 實驗結(jié)論

（1）確定出了玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的最優(yōu)含膠量為 30%～35%；

（2）玻纖/環(huán)氧樹脂復合材料的最優(yōu)含膠量各項性能指標可作為電抗器行業(yè)標準，具體如表2所示。

［1］陳平,劉勝平,王德中.環(huán)氧樹脂及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2006.

［2］陳祥寶.聚合物基復合材料手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社, 2004.

［3］烏云其其格,廖子龍.3233 樹脂性能研究[J].材料工程,2005(6):24-26．

［4］廖子龍,烏云其其格,等.環(huán)氧樹脂/玻璃纖維紗復合材料性能研究與應用[J].北京：工程塑料應用,2008(36):47-49.

［5］袁金穎.樹脂固化時體積收縮內(nèi)應力的本質(zhì)及消除途徑[J].化學與粘合,1997(4):234-236.

Study on the Optimal Rubber Content of Glass Fiber/Epoxy Resin composites Used in Reactors

WANG Fang-jie，XV Wei-hong
（Herong Electric Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200, China）

Glass fibre reinforced epoxy resin is a kind of glass fiber reinforcedplastic. Because of its good electrical insulatingperformance and mechanicalperformance, so it is widely used in coating insulating layer of the dry hollow reactor. In thispaper, the bestproportion of glass fiber yarn and epoxy resin in the glass fiber/epoxy resin composite materials was mainly studied. Because of good electrical insulation of cured epoxy resin itself, its mechanicsperformance was tested and evaluated, ultimately the optimalproportion of the two was determined. At the same time, an industry standard was established.

Glass fibre; Epoxy resin; Composite materials; Rubber content

TM 854

： A

： 1671-0460（2017）02-0237-03

2016-07-09

王方杰（1982-），男，陜西省渭南市人，工程師，2000 年畢業(yè)于陜西科技大學機電一體化專業(yè)，研究方向：從事電容器、電抗器的工藝研究、生產(chǎn)管理工作。E-mail：35526242@qq.com。