環(huán)氧樹脂地絕緣性能應用的資料

1、實用標準文案一、環(huán)氧樹脂在電工絕緣領域中應用的特點二十世紀四十年代末，環(huán)氧樹脂開始被應用于電工絕緣領域， 至今已經(jīng)有五 十余年的歷史。雙酚A型環(huán)氧樹脂/酸酐體系是當前輸變電設備絕緣澆注材料的主要品種， 其優(yōu)點突出：? 具有良好的粘接性；? 固化過程中收縮率低；? 在固化過程中不產(chǎn)生小分子；? 耐熱性、耐藥品性優(yōu)良；? 機械強度高；? 電氣絕緣性能優(yōu)良。但其缺點也很明顯：? 脆性大，抗開裂性能差：如產(chǎn)品澆注后開裂，存放期開裂，低溫開裂， 在線路運行中開裂；? 脆性往往導致設備性能不達標：如局放不達標，耐冷熱沖擊不達標，動 熱穩(wěn)定性不達標，絕緣子抗彎力不達標等；隨著對輸變電設備性能要求的提高，問題

2、越發(fā)突顯出來。例如：1、結(jié)構(gòu)復雜的輸變電設備及部件應力集中問題顯著，更容易開裂；2、設備使用條件更加嚴酷，如需要經(jīng)受強烈溫度沖擊，適應電網(wǎng)運行波動， 提高動熱穩(wěn)定性，保證長期質(zhì)量，降低局放等。二、環(huán)氧樹脂絕緣層受力情況分析產(chǎn)生上述問題的原因在于環(huán)氧樹絕緣材料在輸變電設備制造過程及使用過 程中會受到多種力的作用：1、固化過程中由于化學反應發(fā)生收縮產(chǎn)生的收縮應力；2、環(huán)氧樹脂與金屬的線膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的應力表2-1幾種常用材料的線膨脹系數(shù)材料名稱線膨脹系數(shù)（10-6/C）石英0.5鋁24銅16環(huán)氧樹脂100圖2-1包裹或鑲嵌金屬零件的絕緣體示意圖3、絕緣層自身因溫度變化而產(chǎn)生應力4、電動力與外力

3、作用可見，絕緣體受力是必然的，不能消除的，而且是不斷變化的，這種應力的 存在是使環(huán)氧樹脂絕緣層產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的主要原因，而這種力又是客觀存在的， 因此只有提高環(huán)氧樹脂本身抵抗這種內(nèi)部應力的能力才是減弱和消除內(nèi)部缺陷， 從而降低局放的主要手段。二、提咼環(huán)氧樹脂絕緣澆注制品品質(zhì)的二個環(huán)節(jié)1設計合理2、提高環(huán)氧樹脂絕緣材料的韌性3、澆注工藝合理從以上三點來看，由于設計一般是固定的，所以運用合理的工藝和提高環(huán)氧 樹脂本身的韌性，減弱和消除絕緣體內(nèi)部的氣泡或缺陷是降低局放的根本方法。四、提高環(huán)氧樹脂絕緣材料的抗開裂性能是解決問題的關鍵在電工絕緣領域為克服環(huán)氧樹脂的脆性采取了很多方法， 絕大多數(shù)采用的是 增

4、柔，增柔技術大幅度地降低了樹脂絕緣體的耐熱性，而抗開裂性增加有限。環(huán)氧樹脂合金技術（增韌技術）是大幅度提高環(huán)氧樹脂絕緣材料抗開裂性的 新技術。環(huán)氧樹脂合金技術與增柔技術不同， 不是將材料整體柔性化，而是將環(huán) 氧樹固化物從均相材料變成非均相的多相多組分體系即環(huán)氧樹脂合金。典型的環(huán)氧樹脂合金結(jié)構(gòu)是“海島結(jié)構(gòu)”，見圖3-1 o分散尺寸合適，含量恰當?shù)摹昂u結(jié)構(gòu)”一經(jīng)形成，材料的抗開裂性能變就 發(fā)生突變，幾倍幾十倍地增加，而原有的機械性能、耐熱性能和電氣性能不受損 失或損失較小，這樣的優(yōu)異性能，正是人們所期望的。汀悔島結(jié)構(gòu)"的微觀形態(tài)一股固化物的微硯形態(tài)圖3-1雙酚A型環(huán)氧樹脂/酸酐固化物斷

5、口形貌衡量絕緣材料抗開裂性能的標準一斷裂韌性（Gic）和沖擊韌性 絕緣材料內(nèi)部不可避免地存在缺陷和微裂紋，應力則在裂紋尖端集中。材料 的開裂總是通過微裂紋的產(chǎn)生，進而擴展實現(xiàn)的。描繪材料抗開裂能力的大小, 就是要測量裂紋尖端所能承受的最大外力。材料的裂紋尖端受力分三種類型：圖3-2裂紋受力的三種類型材料裂紋在I型受力情況下最容易開裂，斷裂韌性（Gc）-表示材料裂紋在I 型受力情況下抵抗裂紋擴展的能力， 斷裂韌性（Gc）和拉伸強度、彎曲強度一樣是 材料的本性。斷裂韌性（Gc）單位是焦爾/米2（J/m2）或牛頓/米（N/m）。五、高韌性廣通環(huán)氧樹脂絕緣澆注料的結(jié)構(gòu)特征1、廣通增韌技術采用的是環(huán)氧樹

6、脂合金技術環(huán)氧樹脂合金技術在航天航空等高科技領域已經(jīng)成功使用三十多年。 環(huán)氧樹 脂合金技術的特點是樹脂固化物是多相的，不是均相的。典型的多相結(jié)構(gòu)就是“海 島結(jié)構(gòu)”。2、形成“海島結(jié)構(gòu)”的兩條技術路線：一條是添加法：將預先制作好的微米尺寸的橡膠粒子添加到環(huán)氧樹脂組分中 去。另一條是原位分相生成法：讓柔軟的微米尺寸的橡膠粒子在環(huán)氧樹脂的固化 過程中，自己長出并均勻分布在環(huán)氧樹脂固化物中。廣通化工制品公司在清華大學高分子研究所原位分相增韌機理多年研究的 基礎上，開發(fā)出獨特的低成本的廣通增韌技術。能原位分相生成“海島結(jié)構(gòu)”的 環(huán)氧樹脂/酸酐澆注產(chǎn)品自1990年就開始在輸變電設備制造中得到實際應用。六、

7、具有“海島結(jié)構(gòu)”的環(huán)氧樹脂/酸酐固化物的性能表6-1到表6-4分別列出了有代表性的幾種環(huán)氧樹脂絕緣材料增韌改性前后 的性能（以下均為室溫性能）。表6-1雙酚A環(huán)氧樹脂E39-D/苯酐體系增韌、增柔前后性能E-39-D / 苯酐固化物二丁酯增柔 固化物廣通合金化的 固化物模量 10 3(Mpa)4.964.664.05沖擊強度（KJ/m2）1.071.11 (+3.7 %)1.57 (+46.7% )斷裂韌性（J/m 2）64.6107.4 (+66.3%)840.0 (+1200 %)熱變形溫度（C）99.565.4 (-34.1 C)98.6 (-0.9 C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化

8、條件：120C /24hr表6-2雙酚A環(huán)氧樹脂E39-D/甲基四氫苯酐體系增韌、增柔前后性能E-39-D/MeTHPA加入增柔劑的廣通合金化的固化物固化物固化物模量 10 3(Mpa)4.564.663.56沖擊強度（KJ/m2）1.211.35 (+11.6 %)1.64 (+35.5 %)斷裂韌性（J/m 2）118.4184.8 (+56.1%)1352 (+1042 %)熱變形溫度（C）10071 (-29 C)90 (-10 C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化條件：80C /2h葉130 C /4hr表6-3進口環(huán)氧樹脂澆注料合金化前后的性能進口 APG專用料 固化物廣通合金化的

9、 固化物楊氏模量（Mpa）4.46 X 1034.02 X 103缺口沖擊強度（KJ/m ）1.321.87斷裂韌性Gc （J/m 2）1061250熱變形溫度（C）110102固化條件：170C /0.5h葉140 C /10hr表6-4三種環(huán)氧樹脂絕緣澆注料電氣性能國外產(chǎn)品A國外產(chǎn)品B廣通化工 制品產(chǎn)品擊穿強度（kV/mm）20.821.220.4GB1048-7(2mm板)介電損耗（%）20 C0.450.543.8GB-1409-7880 C0.700.853.57120C9.727.504.06介電常數(shù)20 C3.363.443.47GB-1409-7880 C3.4633.614.

10、15120C5.305.894.64體積電阻率（Q ? cm）20 C1.53 X 10164.8 X 10165.6 X 1016GB-1410-7880 C4.03 X 10153.1 X 10151.1 X 1016120C3.63 X 10121.4 X 10122.57 X 1013固化條件：80 C /6h葉 130 C /10hr西安交大電力設備電氣絕緣國家重點實驗室測以上數(shù)據(jù)告訴我們，環(huán)氧樹脂合金技術使環(huán)氧樹脂蘊藏的形變能力得到空前 的發(fā)揮，大大提高了材料的斷裂韌性，這將使材料產(chǎn)生裂紋的可能性變小， 并使 裂紋不易擴展。而環(huán)氧樹脂的機械性能、耐熱性能和電氣性能不損失或損失較小。

11、此外由于“海島結(jié)構(gòu)”中分散橡膠粒子的線膨脹系數(shù)較大，因而還可以降低 環(huán)氧樹脂固化收縮率，提高制品表面光潔度。七、廣通化工制品環(huán)氧樹脂合金產(chǎn)品應用實例1）互感器制造應用實例華東某互感器制造公司原來使用環(huán)氧樹脂/苯酐澆注料，使用廣通韌性固化劑 后認為：? 可在不增加粘度的條件下增加填料量，工藝性能好；? 極大提高了斷裂韌性，同時不影響熱性能；? 澆注產(chǎn)品時模擬了惡劣工作條件，產(chǎn)品冬天放置戶外，經(jīng)受風吹雨打， 也未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，其性能是其它增韌劑無法比擬的；? 澆注了 LZZQB6-10電流互感器100/5A和150/5A，都通過了動熱穩(wěn)定實驗, 其中100/5A為首次通過；東北某互感器廠將原來環(huán)氧

12、樹脂/液體酸酐體系合金化后，用于制備西北高原 地區(qū)的大型電流互感器，認為：? 產(chǎn)品整機一次通過了條件嚴格的全套型式試驗；? 運行過程中經(jīng)受了線路過電壓，過電流沖擊，澆注體始終完好無損；? 具有“海島結(jié)構(gòu)”的環(huán)氧樹脂絕緣材料切合實際，易于掌握，深受歡迎。2）開關制造應用實例華中某開關廠使用進口料 APG工藝制造新型絕緣套筒，型式試驗水壓不通過。 將進口料進行合金化改造，難題得到順利解決，詳見下表。表7-1開關絕緣套筒的水壓試驗情況進口料制造的 絕緣套筒合金化后制備的 絕緣套筒例行實驗0.6Mpa水壓2min不破壞通過通過型式實驗1.5Mpa通過2.0Mpa水壓030秒破壞5min不破壞2.4Mp

13、a破壞評價：工藝性能好；耐熱性能損失小； 電性能無損失； 價格低，成本增加小;上海某開關廠使用APG工藝制造斷路器上出線的環(huán)氧帽，鋁合金導體形狀復 雜，環(huán)氧絕緣層厚度不均勻，開裂問題嚴重。使用環(huán)氧樹脂合金澆注料，開裂問 題得以解決，認為：? 增韌效果明顯，解決了工廠難以克服的開裂問題；? 電性能滿足了工廠10KV到35KV制品的使用要求；? 工藝性能良好；? 質(zhì)量穩(wěn)定，不再因開裂而影響了產(chǎn)品質(zhì)量；3) 干式變壓器應用實例沿海某一大型干式變壓器廠使用廣通“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧絕緣料澆注制造SC-1250KVA/10K和 SC9-500KVA/10KVF式變壓器，認為：? 工藝性能良好；? 體積收縮率低

14、，外觀品質(zhì)良好；? 耐機械沖擊，韌性好；? 變壓器出廠檢驗全部合格，其局部放電測量數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品名稱：樹脂澆鑄線圈電力變壓器產(chǎn)品型號：SC-1250kVA/10KV局部放電測量：予加電壓17.25KV時間：30s視在放電量(PC)測量電壓：kV時間：180sABC3.23.64.0產(chǎn)品名稱：樹脂澆鑄線圈電力變壓器產(chǎn)品型號：SC-500kVA/10KV局部放電測量：予加電壓17.25KV時間：30s視在放電量(PC)測量電壓：12.65kV時間：180sABC4.44.84.6以上產(chǎn)品的PC均小于54)絕緣件制造應用實例北京某廠用APG工藝生產(chǎn)絕緣子，使用了兩種環(huán)氧樹脂材料，彎曲破壞力總 不能達

15、到20KN的指標，后改用廣通環(huán)氧樹脂合金。圖7-1絕緣子彎曲破壞示意圖三種材料制造的絕緣子破壞力分別是：A廠環(huán)氧樹脂料：制作三個試樣，彎曲破壞力平均值17.3KNB廠環(huán)氧樹脂料：制作三個試樣，彎曲破壞力平均值19.5KN廣通化工制品公司合金料：制作六個試樣，彎曲破壞力平均值25.6KN，比A料提高了 47.9 %，比B料提高了 31.3 %。同時還通過了一 40C的冷凍實驗。廣通化工制品環(huán)氧樹脂合金材料，能使輸變設備不再開裂，局放降低，動熱 穩(wěn)定性試驗得以通過的根本原因在于“海島結(jié)構(gòu)”提高了材料的斷裂韌性Gc。制造高品質(zhì)輸變電設備，合理的設計、正確的制造工藝和優(yōu)異的材料三者缺一不 可。原位分相

16、的“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧樹脂絕緣材料可使制造廠家不再為開裂、局放 等問題困擾，成為制造高性能輸變電設備的有力保證。自1990年始，廣通化工制品公司的產(chǎn)品經(jīng)八年的實踐考驗， 于1998年，由 原機械工業(yè)部重大裝備司主持鑒定，評價廣通環(huán)氧樹脂合金系列產(chǎn)品是“既有技 術創(chuàng)新，又有經(jīng)濟實用性的高新技術成果”。該成果獲1998年清華大學重大經(jīng)濟 效益成果獎，1999年北京科技成果進步二等獎。八、廣通化工制品公司耐候環(huán)氧樹脂絕緣澆注料推入市場表8-1耐候性環(huán)氧樹脂澆注料性能對比（室溫性能）進口產(chǎn)品廣通化工制品 產(chǎn)品2缺口沖擊強度（KJ/m ）1.852.20彎曲強度（KJ/m2）127109拉伸模量10 3（Mpa