環(huán)氧樹脂的絕緣性能應(yīng)用資料

一、 環(huán)氧樹脂在電工絕緣領(lǐng)域中應(yīng)用的特點(diǎn)二十世紀(jì)四十年代末，環(huán)氧樹脂開始被應(yīng)用于電工絕緣領(lǐng)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(dāng)前輸變電設(shè)備絕緣澆注材料的要緊品種，其優(yōu)勢突出：具有良好的粘接性；固化進(jìn)程中收縮率低；在固化進(jìn)程中不產(chǎn)生小分子；耐熱性、耐藥品性優(yōu)良；機(jī)械強(qiáng)度高；電斷氣緣性能優(yōu)良。但其缺點(diǎn)也很明顯：脆性大，抗開裂性能差：如產(chǎn)品澆注后開裂，寄存期開裂，低溫開裂，在線路運(yùn)行中開裂；脆性往往致使設(shè)備性能不達(dá)標(biāo)：如局放不達(dá)標(biāo)，耐冷熱沖擊不達(dá)標(biāo)，動熱穩(wěn)固性不達(dá)標(biāo)，絕緣子抗彎力不達(dá)標(biāo)等；隨著對輸變電設(shè)備性能要求的提高，問題越發(fā)突顯出來。例如：一、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輸變電設(shè)備及部件應(yīng)力集中問題顯著，更易開裂；二、 設(shè)備利用條件加倍嚴(yán)酷，如需要經(jīng)受強(qiáng)烈溫度沖擊，適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行波動，提高動熱穩(wěn)固性，保證長期質(zhì)量，降低局放等。二、 環(huán)氧樹脂絕緣層受力情形分析產(chǎn)生上述問題的緣故在于環(huán)氧樹絕緣材料在輸變電設(shè)備制造進(jìn)程及利用進(jìn)程中會受到多種力的作用：一、 固化進(jìn)程中由于化學(xué)反映發(fā)生收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力；二、 環(huán)氧樹脂與金屬的線膨脹系數(shù)的不同產(chǎn)生的應(yīng)力表2-1幾種經(jīng)常使用材料的線膨脹系數(shù)材料名稱線膨脹系數(shù)（10-礦C）石英鋁~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用意3、 絕緣層自身因溫度轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生應(yīng)力4、 電動力與外力作用可見，絕緣體受力是必然的，不能排除的，而且是不斷轉(zhuǎn)變的，這種應(yīng)力的存在是使環(huán)氧樹脂絕緣層產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的要緊緣故，而這種力又是客觀存在的，因此只有提高環(huán)氧樹脂本身抗擊這種內(nèi)部應(yīng)力的能力才是減弱和排除內(nèi)部缺點(diǎn)，從而降低局放的要緊手腕。三、提高環(huán)氧樹脂絕緣澆注制品品質(zhì)的三個環(huán)節(jié)一、 設(shè)計(jì)合理二、 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(diǎn)來看，由于設(shè)計(jì)一樣是固定的，因此運(yùn)用合理的工藝和提高環(huán)氧樹脂本身的韌性，減弱和排除絕緣體內(nèi)部的氣泡或缺點(diǎn)是降低局放的全然方式。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(guān)鍵在電工絕緣領(lǐng)域?yàn)榭朔h(huán)氧樹脂的脆性采取了很多方式，絕大多數(shù)采納的是增柔，增柔技術(shù)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(shù)（增韌技術(shù)）是大幅度提高環(huán)氧樹脂絕緣材料抗開裂性的新技術(shù)。環(huán)氧樹脂合金技術(shù)與增柔技術(shù)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。分散尺寸適合，含量適當(dāng)?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(jī)械性能、耐熱性能和電氣性能不受損失或損失較小，如此的優(yōu)良性能，正是人們所期望的?！亨藣u結(jié)構(gòu)”的微觀形態(tài)一般固化物的微視形態(tài)『嗨島結(jié)構(gòu)”的微觀形態(tài)一般固化物的微視形態(tài)圖3-1雙酚A型環(huán)氧樹脂/酸酐固化物斷口形貌衡量絕緣材料抗開裂性能的標(biāo)準(zhǔn)一斷裂韌性(GIC)和沖擊韌性絕緣材料內(nèi)部不可幸免地存在缺點(diǎn)和微裂紋，應(yīng)力那么在裂紋尖端集中。材料的開裂老是通過微裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的?？坍嫴牧峡归_裂能力的大小，確實(shí)是要測量裂紋尖端所能經(jīng)受的最大外力。I型一張開力材料的裂紋尖端受力分三種類型：I型一張開力II型一剪切力 III型一錯開力圖3-2裂紋受力的三種類型材料裂紋在I型受力情形下最容易開裂，斷裂韌性(GIC)—表示材料裂紋在I型受力情形下抗擊裂紋擴(kuò)展的能力，斷裂韌性(GIC)和拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度一樣是材料的本性。斷裂韌性(GIC)單位是焦?fàn)?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)特點(diǎn)一、廣通增韌技術(shù)采納的是環(huán)氧樹脂合金技術(shù)環(huán)氧樹脂合金技術(shù)在航天航空等高科技領(lǐng)域已經(jīng)成功利用三十連年。環(huán)氧樹脂合金技術(shù)的特點(diǎn)是樹脂固化物是多相的，不是均相的。典型的多相結(jié)構(gòu)確實(shí)是“海島結(jié)構(gòu)”。二、形成“海島結(jié)構(gòu)”的兩條技術(shù)線路：一條是添加法：將預(yù)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)氧樹脂的固化進(jìn)程中，自己長出并均勻散布在環(huán)氧樹脂固化物中。廣通化工制品公司在清華大學(xué)高分子研究所原位分相增韌機(jī)理連年研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)出獨(dú)特的低本錢的廣通增韌技術(shù)。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(shè)備制造中取得實(shí)際應(yīng)用。六、具有“海島結(jié)構(gòu)”的環(huán)氧樹脂/酸酊固化物的性能表6-1到表6-4別離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103(Mpa)沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)(+%)(+%)斷裂韌性(J/m2)(+%)(+1200%)熱變形溫度(C)(-34.1C)(-0.9C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化條件：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103(Mpa)沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)(+%)(+%)斷裂韌性(J/m2)(+%)1352(+1042%)熱變形溫度(C)10071(-29C)90(-10C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化條件：80°C/2hr+130°C/4hr表6-3入口環(huán)氧樹脂澆注料合金化前后的性能進(jìn)口APG專用料固化物廣通合金化的固化物楊氏模量(Mpa)X103X103缺口沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)斷裂韌性G1c(J/m2)1061250熱變形溫度(C)110102固化條件：170C/+140C/1Ohr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(qiáng)度(kV/mm)GB1048-7(2mm板)介電損耗（%）20CGB-1409-7880C120C介電常數(shù)20CGB-1409-7880C120C體積電阻率（Q，cm）20CX1016X1016X1016GB-1410-7880CX1015X1015X1016120CX1012X1012X1013固化條件：80°C/6hr+130°C/10hr西安交大電力設(shè)備電斷氣緣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測以上數(shù)據(jù)告知咱們，環(huán)氧樹脂合金技術(shù)使環(huán)氧樹脂蘊(yùn)藏的形變能力取得空前的發(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(kuò)展。而環(huán)氧樹脂的機(jī)械性能、耐熱性能和電氣性能不損失或損失較小。另外由于“海島結(jié)構(gòu)”中分散橡膠粒子的線膨脹系數(shù)較大，因此還能夠降低環(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(yīng)用實(shí)例1） 互感器制造應(yīng)用實(shí)例華東某互感器制造公司原先利用環(huán)氧樹脂/苯酐澆注料，利用廣通韌性固化劑后以為：/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，同時不阻礙熱性能；/澆注產(chǎn)品時模擬了惡劣工作條件，產(chǎn)品冬季放置戶外，經(jīng)受風(fēng)吹雨打，也未發(fā)覺開裂現(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)固實(shí)驗(yàn)，其中100/5A為第一次通過；東北某互感器廠將原先環(huán)氧樹脂/液體酸酐體系合金化后，用于制備西北高原地域的大型電流互感器，以為：/產(chǎn)品整機(jī)一次通過了條件嚴(yán)格的全套型式實(shí)驗(yàn)；/運(yùn)行進(jìn)程中經(jīng)受了線途經(jīng)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)氧樹脂絕緣材料符合實(shí)際，易于把握，深受歡迎。2） 開關(guān)制造應(yīng)用實(shí)例華中某開關(guān)廠利用入口料APG工藝制造新型絕緣套筒，型式實(shí)驗(yàn)水壓不通

過。將入口料進(jìn)行合金化改造，難題取得順利解決，詳見下表。表7-1開關(guān)絕緣套筒的水壓實(shí)驗(yàn)情形進(jìn)口料制造的合金化后制備的絕緣套筒絕緣套筒例行實(shí)驗(yàn)水壓2min不破壞通過通過型式實(shí)驗(yàn)水壓0?30秒破壞通過5min不破壞破壞評判：工藝性能好；耐熱性能損失??；電性能無損失；價錢低，本錢增加??；上海某開關(guān)廠利用APG工藝制造斷路器上出線的環(huán)氧帽，鋁合金導(dǎo)體形狀復(fù)雜，環(huán)氧絕緣層厚度不均勻，開裂問題嚴(yán)峻。利用環(huán)氧樹脂合金澆注料，開裂問題得以解決，以為：/增韌成效明顯，解決了工廠難以克服的開裂問題；/電性能知足了工廠10KV到35KV制品的利用要求；/工藝性能良好；/質(zhì)量穩(wěn)固，再也不因開裂而阻礙了產(chǎn)品質(zhì)量；干式變壓器應(yīng)用實(shí)例沿海某一大型十式變壓器廠利用廣通“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧絕緣料澆注制造SC-1250KVA/10KV和SC9-500KVA/10KV干式變壓器，以為：/工藝性能良好；/體積收縮率低，外觀品質(zhì)良好；/耐機(jī)械沖擊，韌性好；/變壓器出廠查驗(yàn)全數(shù)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：予加電壓時間：30s視在放電量(PC)測量電壓：kV 時間：180sABC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：予加電壓時間：30s 視在放電量(PC)測量電壓：時間：180s ABC以上產(chǎn)品的PC均小于5絕緣件制造應(yīng)用實(shí)例北京某廠用APG工藝生產(chǎn)絕緣子，利用了兩種環(huán)氧樹脂材料，彎曲破壞力總不能達(dá)到20KN的指標(biāo)，后改用廣通環(huán)氧樹脂合金。圖7-1絕緣子彎曲破壞示用意三種材料制造的絕緣子破壞力別離是：A廠環(huán)氧樹脂料：制作三個試樣，彎曲破壞力平均值B廠環(huán)氧樹脂料：制作三個試樣，彎曲破壞力平均值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，比A料提高了％，比B料提高了％。同時還通過了一40°C的冷凍實(shí)驗(yàn)。廣通化工制品環(huán)氧樹脂合金材料，能使輸變設(shè)備再也不開裂，局放降低，動熱穩(wěn)固性實(shí)驗(yàn)得以通過的全然緣故在于“海島結(jié)構(gòu)”提高了材料的斷裂韌性GIC。制造高品質(zhì)輸變電設(shè)備，合理的設(shè)計(jì)、正確的制造工藝和優(yōu)良的材料三者缺一不可。原位分相的“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧樹脂絕緣材料可使制造廠家再也不為開裂、局放等問題困擾，成為制造高性能輸變電設(shè)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(shí)踐考驗(yàn)，于1998年，由原機(jī)械工業(yè)部重大裝備司主持鑒定，評判廣通環(huán)氧樹脂合金系列產(chǎn)品是“既有技術(shù)創(chuàng)新，又有經(jīng)濟(jì)有效性的高新技術(shù)功效”。該功效獲1998年清華大學(xué)重大經(jīng)濟(jì)效益功效獎，1999年北京科技功效進(jìn)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照(室溫性能)進(jìn)口產(chǎn)品廣通化工制品產(chǎn)品缺口沖擊強(qiáng)度(KJ/m2)彎