环氧树脂材料

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1、为了适应公司新战略的发展,保障停车场安保新项目的正常、顺利开展,特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划环氧树脂材料二十世纪四十年代末,环氧树脂开始被应用于电工绝缘领域,至今已经有五十余年的历史。双酚A型环氧树脂/酸酐体系是当前输变电设备绝缘浇注材料的主要品种,其优点突出:?具有良好的粘接性;?固化过程中收缩率低;?在固化过程中不产生小分子;?耐热性、耐药品性优良;?机械强度高;?电气绝缘性能优良。但其缺点也很明显:?脆性大,抗开裂性能差:如产品浇注后开裂,存放期开裂,低温开裂,在线路运行中开裂;?脆性往往导致设备性能不达标:如局放不达标,耐冷热冲击不达标,动热稳定性不达标,绝缘子抗弯

2、力不达标等;随着对输变电设备性能要求的提高,问题越发突显出来。例如:1、结构复杂的输变电设备及部件应力集中问题显著,更容易开裂;2、设备使用条件更加严酷,如需要经受强烈温度冲击,适应电网运行波动,提高动热稳定性,保证长期质量,降低局放等。产生上述问题的原因在于环氧树绝缘材料在输变电设备制造过程及使用过程中会受到多种力的作用:1、固化过程中由于化学反应发生收缩产生的收缩应力;2、环氧树脂与金属的线膨胀系数的差异产生的应力表2-1几种常用材料的线膨胀系数3、绝缘层自身因温度变化而产生应力4、电动力与外力作用可见,绝缘体受力是必然的,不能消除的,而且是不断变化的,这种应力的存在是使环氧树脂绝缘层产生

3、内部裂纹的主要原因,而这种力又是客观存在的,因此只有提高环氧树脂本身抵抗这种内部应力的能力才是减弱和消除内部缺陷,从而降低局放的主要手段。提高环氧树脂绝缘浇注制品品质的三个环节1、设计合理2、提高环氧树脂绝缘材料的韧性3、浇注工艺合理从以上三点来看,由于设计一般是固定的,所以运用合理的工艺和提高环氧树脂本身的韧性,减弱和消除绝缘体内部的气泡或缺陷是降低局放的根本方法。自动压力凝胶工艺不同于真空浇注:浇注物料是在外界压力下通过浇注入模具的:物料混合处理时温度低,而固化时模具温度较高;固化速度快,通常为十几分钟至几十分钟。APG工艺过程包括3个过程:前期混料、自动压力凝胶、成型后固化。APG工艺所

4、需设备主要有模具、前期混料装量、移动式注射专用压力容器、全液压自动压力凝胶成型机、空气压缩机、固化后所需的烘箱以及必备的辅机等。自动压力凝胶工艺(简称APG)作为由瑞士汽巴公司开发的环氧树脂新型应用工艺,目前在发达国家已得到普遍应用,近年国内厂家也开始开发、生产这一材料,并在性能上达到了国际较先进水平。浙江嘉化实业股份有限公司开发的APG环氧材料,与瑞士汽巴同类产品质量基本一致。国内产品何以在短时间内,达到较先进水平?国内有关专家对此从材料角度进行了深入剖析。APG材料主要由A料、B料组成。浙江嘉化制备A料基本由本公司自制,主要包括JH-225环氧树脂、改性剂、促进剂、增韧剂。将JH-225环

5、氧树脂加入改性剂,在一定温度下反应一段时间后,形成改性的无溶剂中等粘度双酚A型环氧树脂JH-925A,即为A料。此树脂既有较高的反应活性、又能在较高温度下长期存放,外观为无色或浅黄色透明粘稠液体,环氧值/(eq100g-1)为,可水解氯/%为,粘度(25)/Pas为1020,密度(25)/(kgm-3)为,贮存时间达1年。B料的制备过程是:在甲基四氢苯酐中加入活性增韧剂、促进剂后升温反应,冷却到一定温度后加入稳定剂,形成异构化的液体酸酐JH-925B即为B料,内有加速固化成分,因易吸潮而应密闭贮存。JH-925B外观为浅黄色透明液体,闪点(开口杯)为150,粘度(25)/Pas为3,密度(25

6、)/(kgm-3)为,贮存时间为6月。配方组成为:JH-925A100、HJ-925B80,另包括HGH-400活性硅微粉250300、色浆适量。固化工艺方面,混料温度为30-40,真空脱气1h以上;注射压力为;模具温度为140170;进料时间为510min;脱模时间为1624min;后固化为120140/812h,之后随炉冷却,可得产品。与瑞士汽巴同类材料相比各项测试数据基本相同、完全达到使用要求。其中弯曲强度/Mpa为,低;冲击强度/(KJm-2)为,高;拉伸强度/MPa为,低;电气强度/(MVm-1)为,高;玻璃化温度/为106,低2;气密性(SF61min)为不漏气,相同。XX年,我国

7、同时研制出两种固封极柱真空断路器:一是西高所与厦门华电开关公司研制成VEP型固封式真空断路器;另一是西安森源开关技术研究所研制成VSm型固封式真空断路器。前者参数做到12kV6304000A,2040kA,后者参数做到12kV6303150A,2540kA。固封式真空断路器的研制成功,体现了我国真空断路器技术的巨大进步。在相柱固封中,VEP型固封断路器采用德国APG工艺和设备。设备由Hedrich和Vogel公司提供,浇铸材料为瑞士Vantico公司的树脂材料。VSm型固封式真空断路器由西安森源开关技术研究所委托奥地利库瓦格公司进行研制,用了近一年时间进行反复试验,解决了材料和工艺问题。XX年

8、,为了设计和制造出完全国产化的固封极柱产品,由西安森源开关技术研究所牵头,组织8家企业成立了APG协作组,对固封技术进行攻关。协作组的第一个试制项目为12kV户内真空断路器用固封极柱。这个研制项目由西安森源开关技术研究所负责总体设计和协调;设备采用上海煤科院的压力注射机;模具由厦门耐德工贸有限公司负责开发制造;真空灭弧室由成都旭光电子股份有限公司研制生产;试制由常州国电森源绝缘电器有限公司负责固封极柱样品。整个研制工作于XX年下半年完成。热固性树脂基复合材料是目前研究得最多、应用得最广的一种复合材料。它具有质量轻、强度高、模量大、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛,加工成型简便、生产效率高等

9、特点,并具有材料可设计性以及其他一些特殊性能,如减振、消音、透电磁波、隐身、耐烧蚀等特性,已成为国民经济、国防建设和科技发展中无法取代的重要材料。在热固性树脂基复合材料中使用最多的树脂仍然是酚醛树脂、不饱和聚酪树脂和环氧树脂这三大热固性树脂。这三种树脂阶性能各有特点:酚醛树脂的耐热性较高、耐酸性好、固化速度快,但较脆、需高压成型;不饱和聚酪树脂的工艺性好、价格最低,但性能较差;环氧树脂的粘结强度和内聚强度高,耐腐蚀性及介电性能优异,综合性能最好,但价格较贵。因此,在实际工程中环氧树脂复合材料多用于对使用性能要求高的场合,如用作结构材料、耐腐蚀材料、电绝缘材料及透波材料等。1、环氯树脂复合材料的

10、分类环氧树脂复合材料(简称环氧复合材料,也有人称为环氧增强塑料)的品种很多,其名称、含义和分类方法也没有完全统一,但大体上讲可按以下方法分类。(1)按用途可分为环氧结构复合材料、环氧功能复合材料和环氧功能型结构复合材料。结构复合材料是通过组成材料力学性能的复合,使之能用作受力结构材料,并能按受力情况设计和制造材料,以达到材料性能册格比的最佳状态。功能复合材料是通过组成材料其他性能(如光、电、热、耐腐蚀等)的复合,以得到具有某种理想功能的材料。例如环氧树脂覆铜板、环氧树脂电子塑封料、雷达罩等。需要指出的是,无论使用的是材料的哪一种功能性,都必须具有必要的力学性能,否则再好的功能材料也没有实用性。

11、已有些功能材料同时还要有很高的强度,如高压绝缘子芯棒,要求绝缘性和强度都很高,是一种绝缘性结构复合材料。(2)按成型压力可分为高压成型材料(成型压力530MPa),如环氧工程塑料及环氧层压塑料;低压成型材料(成型压力25MPa),如环氧玻璃钢和高性能环氧复合材料。玻璃钢和高性能复合材料由于制件尺寸较大(可达几个)、型面通常不是平面,所以不宜用高压成型。否则模具造价太高,压机吨位太大,因而成本太贵。(3)按环氧复合材料阶性能、成型方法、产品及应用领域的特点,并照顾到习惯上的名称综合考虑可分为:环氧树脂工程塑料、环氧树脂层压塑料、环氧树脂玻璃钢(通用型环氧树脂复合材料)及环氧树脂结构复合材料。3、

12、环氧树脂复合材料的特性(1)密度小,比强度和比模量高。高模量碳纤维环氧复合材料的比强度为钢的5倍、铝合金的4倍,钻合金的32倍。其比模量是钢、铝合金、钦合金的556倍。因此,在强度和刚度相同的情况下碳纤维环氧复合材料构件的重量可以大大减轻。这在节省能源、提高构件的使用性能方面,是现有任何金属材料所不能相比的。(2)疲劳强度高,破损安全特性好。环氧复合材料在静载荷或疲劳载荷作用下,首先在最薄弱处出现损伤,如横向裂纹、界面脱胶、分层、纤维断裂等。然而众多的纤维和界面会阻止或延缓裂纹的扩展,基体会迅速把载荷重新分配并通过界面传递到末断纤维上,使整个构件能继续承载,不会立即整体断裂。在疲劳过程中裂纹扩

13、展很慢,直到疲劳寿命的90左右才迅速断裂。整体断裂前有明显预兆,所以破损安全特性好。而金属材料在疲劳载荷下常常是没有明显预兆的突发性破坏。(3)减振性能好。结构的白振频率除了与结构本身形状有关外,还与材料的比模量的平方根成正比。环氧复合材料具有高的比模量,因此也具有高的自振频率。高的自振频率不易引起工作时的共振,这就可以避免因共振而产生的早期破损。同时,复合材料中纤维与基体间的界面具有吸振能力,因此它的振动阻尼很高。对形状和尺寸相同的轻金属合金梁及碳纤维复合材料梁进行振动试验表况轻合金梁需9s才能停止振动,而复合材料梁只需25s就静止了。(4)耐腐蚀性能、介电性能、透电磁波性能及综合性能好。耐

14、热性亦较好。(5)可用模具一次成型整体构件,从而减少了零部件、紧固件和接头数目,改善了受力状态,节省了原材料,减轻了构件的重量。所用工装简单,生产周期短,成本可大大降低。(6)各向异性及材料性能的可设计性。这是复合材料,尤其是高性能复合材料的突出特点。可根据工程结构的载荷分布及使用条件进行复合材料的配方设计和铺层设计。合理地、有效地发挥各组成材料的作用和潜在性能,满足材料性能的预定要求,实现构件的优化设计,做到安全可靠、经济合理。(7)环氧复合材料的主要缺点是:材料性能的分散性较大,耐老化性较差,耐湿热性不很高,横向性能和层间剪切强度不够好。环氧树脂胶粘剂是性能极为优异的胶粘剂品种,特别是它环

15、境适应性强、粘着力强、环保性好等特点,使其受到人们的广泛重视,应用范围及广。专家向中国环氧树脂行业介绍了它的优缺点。一、环氧树脂胶粘剂的优点与其他类型的胶粘剂比较,环氧树脂胶粘剂具有以下优点:(1)环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基,因而与金属、玻璃、水泥、木材、塑料等多种极性材料,尤其是表面活性高的材料具有很强的粘接力,同时环氧固化物的内聚强度也很大,所以其胶接强度很高。(2)环氧树脂固化时基本上无低分子挥发物产生。胶层的体积收缩率小,约1一2,是热固性树脂中固化收缩率最小的品种之一。加入填料后可降到02以下。环氧固化物的线胀系数也很小。因此内应力小,对胶接强度影响小。加之环氧固化物的蠕变小,所以胶层的尺寸稳定性好。(3)环氧树脂、固化剂及改性剂的品种很多,可通过合理而巧妙的配方设计,使胶粘剂具有所需要的工艺性(如快速固化、室温固化、低温固化、水中固化、低粘度、高粘度等),并具有所要求的使用性能(如耐高温、耐低温、高强度、高柔性、耐老化、导电、导磁、导热等)。(4)与多种有机物(单体、树脂、橡胶)和无机物(如填料等)具有很好的相容性和反应性,易于进行共聚、交联、共混、填充等改性,以提高胶层的性能。(5)耐腐蚀性及介电性能好。能耐酸、碱、盐、溶剂等多种介质的

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