高壓開關設備要求向小型化、大容量和高可靠性發(fā)展。由于SF6氣體節(jié)點強度高(在同一氣壓下為空氣的3~3.5倍),滅弧性能好(滅弧能力為空氣的1000~2000倍),化學性穩(wěn)定,熱分解溫度高,為高壓開關提高電壓等級、縮小體積提供了條件。目前從中壓到高壓,甚至超高壓,開關行業(yè)都采用SF6氣體絕緣。因此對于高壓電器中使用的環(huán)氧澆注件如盤式絕緣子等絕緣部件的要求更為嚴格。不僅要求有高的電氣絕緣性能,且要求高的力學性能和優(yōu)良的耐SF6分解而發(fā)生氣體腐蝕的性能。在氣體絕緣開關(GIS)中,SF4等氣體,SF4在有微量水分存在下,會發(fā)生水解而生成SOF2、HF等。而HF可與SiO2發(fā)生反應,使環(huán)氧樹脂澆注件表面發(fā)生老化,使表面電阻率降低,發(fā)生漏電痕跡。氧化鋁作填料的環(huán)氧澆注料在酸性介質中穩(wěn)定,不與HF及其他酸性分解物作用,在電弧放電中仍具有良好的絕緣性能和力學性能,是用作GIS絕緣部件的理想材料。
氧化鋁用量對澆注料固化物力學性能的影響 GIS用盤式絕緣子,在生產過程中,澆注件冬季固化后停放幾天后出現(xiàn)開裂,為此測試了填料加入量對拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和拉伸彈性模量的影響。填料量對澆注料的固化物線膨脹系數(shù)、收縮率的影響 由于金屬嵌件與澆注料固化物的線膨脹系數(shù)、固化收縮率均會對應力的大小產生影響,加入氧化鋁填料可以調節(jié)和適當減小。當Al2O3填料量大350份時,則其線膨脹系數(shù)由8.78×10-5℃-1降至4.83×10-5℃-1,冷卻收縮率則由1.36%降到0.45%,為純環(huán)氧樹脂酸酐固化物的1/3,有利于降低內應力。填料的粒度及分布對環(huán)氧澆注體系的影響 Al2O3在環(huán)氧樹脂澆注料凝膠之前,有沉降過程,若Al2O3中值粒徑太大,則易造成出顆粒沉降于摸底,若Al2O3中值粒徑太小,則易造成Al2O3粉團聚,并懸浮于模具的上部。Al2O3粒徑大小不匹配,經影響Al2O3在澆注料分布中分布不均勻而產生分層,導致環(huán)氧樹脂澆注件。中值粒徑為21um時,其起始黏度低,可使用時間長,彎曲強度和沖擊強度高,最為合適。顯然顆粒太小,比表面積大,則起始黏度大,可使用時間短,而顆粒太大則其力學性能稍差,沖擊強度、彎曲強度都低,且易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。粗粒子沉降于模具底部,使得氧化鋁填料上下分布不均,且粉體顆粒間環(huán)氧樹脂較厚,樹脂黏附的界面強度低。因此氧化鋁填料粒徑只有大小適當,顆粒匹配適當,才能使之分布均勻,充分被環(huán)氧樹脂浸潤,減少因氧化鋁填料分布不均勻而產生的內應力,從而提高環(huán)氧澆注料固化物的機電特性。偶聯(lián)劑改性處理氧化鋁填料對環(huán)氧樹脂澆注料的影響 去氧化鋁中值粒徑為21um,環(huán)氧澆注料內氧化鋁的用量為350份進行試驗。當硅烷偶聯(lián)劑用量為Al2O3填料的0.2%,各項性能都很好,對提高彎曲強度和沖擊強度更為明顯。氧化鋁填料經偶聯(lián)劑處理后,能增加填料表面張力,增大與樹脂的浸潤性,降低顆粒的表面能,增強粒子的表面活性,可與環(huán)氧樹脂基體相反應而形成長鏈分子結構中的側鏈和直鏈,形成互穿網絡的聚合物,同時起著無機相于有機相之間相互連接的作用,提高了環(huán)氧澆注體系的力學性能。氧化鋁填料的粒子形狀對環(huán)氧固化物性能的影響 氧化鋁填料由于制造方法不同所得到填料的粒子形狀亦不同,對環(huán)氧澆注料的性能也有不同的影響。日本氧化鋁填料用電熔法,我國采用煅燒法。環(huán)氧澆注體系的黏度不僅與填料加入量有關,而且受粒子形態(tài)影響,填料粒子形狀不同,則形狀系數(shù)不同。粒子形狀越不對稱,其形狀系數(shù)越大;填料粒子球形態(tài)越好,形狀系數(shù)就小,體系黏度就越低。由于電熔剛玉熔塊硬度高,脆性大,結晶顆粒為單晶,粉碎后填料顆粒有等體積性,片狀形,劍狀形及其他形狀。等體積形顆粒堆積性好,具有較小的比表面積,環(huán)氧樹脂容易浸潤,而呈片狀、劍狀的填料比表面積大,填料表面能大,氧化鋁不易被環(huán)氧樹脂充分浸潤和混合均勻,因此影響環(huán)氧樹脂澆注料的性能。
材料預處理 環(huán)氧樹脂、Al2O3填料預熱溫度為(130±5)℃,酸酐固化劑的熔化溫度為(140±5)℃。澆注料的配比(質量比) E-31:E-42:H93:Al2O3=40:60:50:350。H93系混合酸酐固化劑。配料溫度及真空度 樹脂與填料于(140±5)℃下預混合3h,真空度150Pa。預浸料、固化劑終混合:(135±5)℃,真空度150Pa。澆注 模具預熱,(130±5)℃澆注后脫氣,真空度為200Pa,時間30~60min。環(huán)氧澆注料固化溫度為(130±5)℃固化12h和(140±5)℃固化8h。淺黃白色,收縮率1%,密度1.9~2.2g/cm3,玻璃化溫度104℃,拉伸強度78MPa,彎曲強度120MPa,沖擊強度16.4kJ/m2,體積電阻率1×1015?·cm,介電常數(shù)3.7,介質損耗角正切tanδ0.018,介電強度25kV/mm,耐電弧196s。
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