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拉擠復(fù)合材料中脫模劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
時(shí)間：2023-04-20 來(lái)源：復(fù)合絕緣子芯棒 作者：泰普瑞電工
拉擠復(fù)合材料中脫模劑對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
//原文如下//
摘要：環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維引拔棒的傳統(tǒng)制造工藝中離不開(kāi)脫模劑，而脫模劑的作用除有助于芯棒生產(chǎn)順利脫模成型外，由于脫模劑的種類、配方以及引拔棒形狀和生產(chǎn)工藝的不同，對(duì)引拔棒的電氣性能、機(jī)械強(qiáng)度也有不同程度的影響，從而給復(fù)合絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面作用。無(wú)脫模劑引拔棒生產(chǎn)工藝克服了以上缺陷，使得絕緣子的質(zhì)量更穩(wěn)定，更適用于特高壓線路。
關(guān)鍵詞：復(fù)合絕緣子；引拔棒；環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維；脫模劑；高壓輸電
0 引言 復(fù)合絕緣子芯棒是由環(huán)氧樹(shù)脂和玻璃纖維為主要原料加其它添加劑通過(guò)引拔制成的，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)用于復(fù)合絕緣子的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維引拔棒(以下簡(jiǎn)稱“芯棒”)問(wèn)世于20世紀(jì)80年代。芯棒的生產(chǎn)水平也是隨著我國(guó)復(fù)合絕緣子電壓等級(jí)的不斷升高、工藝的不斷進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的，早期的普通芯棒在耐高溫方面有所欠缺，曾在線路運(yùn)行中由于各種原因造成了脆斷等惡性事故，因此隨著現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，芯棒的生產(chǎn)工藝也不斷改進(jìn)，研制了耐高溫芯棒、耐酸耐高溫芯棒 等新型芯棒。芯棒的主要生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展階段：普通芯棒—耐高溫芯棒—耐酸耐高溫芯棒一耐酸耐高溫透明芯棒 —耐高溫真空反應(yīng)注射芯棒 (RIM)一耐高溫壓力注射成型芯棒(RRIM)。 雖然芯棒有不同型號(hào)和性能，但采用的原料都離不開(kāi)玻璃纖維、環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑和脫模劑等。其 制作過(guò)程也都需要通過(guò)引拔將浸漬過(guò)樹(shù)脂的玻璃纖維從金屬模具中拉拔出來(lái)成型。為了減小拉擠過(guò)程中的摩擦力，提高芯棒表面的光潔度，就不得不使用脫模劑。
1 芯棒用脫模劑的作用機(jī)理
脫模劑在芯棒生產(chǎn)過(guò)程中的作用不可小視，它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率的高低起決定作用。芯棒生產(chǎn)用的脫模劑一般有以下幾種：固體類有粉狀E蠟、褐煤蠟、蒙膽蠟、硬脂酸鋅等；液體類有1890M、AZNF-57、IMRI-25、LMP-320硅油、 硅脂等。在芯棒生產(chǎn)前，先將環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑、脫模劑等按一定比例充分?jǐn)嚢瑁姑撃┓稚⑷廴诘秸麄€(gè)膠料中。然后將玻纖按照一定的工藝通過(guò)膠槽放入長(zhǎng)度為900~1200mm 的模具中，模具有幾個(gè)加熱區(qū)段，加熱到40℃以上后，膠料開(kāi)始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生熱量。反應(yīng)過(guò)程遵循溫度、壓力、時(shí)間的克拉伯龍方程,在此過(guò)程中脫模劑受熱后 沿半膠凝狀的玻纖樹(shù)脂預(yù)成體的某一個(gè)部位向外表面方向遷移。溫度越高，脫模劑遷移速度越快，從而在芯棒與模具內(nèi)腔之間形成一個(gè)保護(hù)膜。化學(xué)交聯(lián)機(jī)理非常復(fù)雜，不為我們所完全了解，由于脫模劑的化學(xué)鍵基本上都是飽和的，不參與交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，因而是游離狀的物質(zhì)。在此過(guò)程中模具溫度、 拉擠速度等指標(biāo)都是由芯棒直徑?jīng)Q定的，對(duì)于直徑較大的芯棒而言，某一部位的脫模劑分子還未遷移到芯棒表面，芯棒對(duì)應(yīng)部分的樹(shù)脂就已經(jīng)被拉出模具，溫度逐漸降低，固化反應(yīng)過(guò)程已經(jīng)完成。未遷移到芯棒表面的脫模劑從此潛伏下來(lái)，二次進(jìn)行烘烤處理時(shí)芯棒沒(méi)有受模腔壓力的作用也未必能使之完全遷移到芯棒表面，同時(shí)因?yàn)闃?shù)脂已經(jīng)化學(xué)反應(yīng)變?yōu)楣腆w，內(nèi)部的脫模劑的遷移按照化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理要慢得多，大多永遠(yuǎn)潛伏到芯棒中間。這種以雜質(zhì)形態(tài)出現(xiàn)的游離物勢(shì)必給芯棒的物理性能、電性能、化學(xué)性能帶來(lái)負(fù)面影響，從而對(duì)復(fù)合絕緣子生產(chǎn)中芯棒與硅橡膠界面的可靠性帶來(lái)影響。這也正是芯棒制造企業(yè)和復(fù)合絕緣子制造企業(yè)要共同解決的迫切問(wèn)題。
2 含脫模劑芯棒對(duì)復(fù)合絕緣子質(zhì)量的影響
殘留的脫膜劑對(duì)絕緣子質(zhì)量有許多不良影響：
(1)使芯棒與護(hù)套粘接不良。芯棒制造過(guò)程中加入的脫模劑遷移至芯棒表面，在復(fù)合絕緣子生產(chǎn)過(guò)程中表面若打磨不徹底(有些區(qū)域脫模劑較厚也無(wú)法打磨掉),會(huì)在絕緣子高溫整體注射、擠包護(hù)套、平板模壓硫化時(shí)由于脫模劑受熱后析出而引起護(hù)套鼓包(不粘棒)、芯棒出油等問(wèn)題。尤其是用于特高壓線路的復(fù)合絕緣子，由于其電位梯度較高，對(duì)界面的粘接質(zhì)量要求更高，這一問(wèn)題更應(yīng)受到重視。
(2)使耐水?dāng)U散性能降低、工頻擊穿強(qiáng)度不穩(wěn)定。由于在膠料中加入脫模劑而引起的化學(xué)反應(yīng)相對(duì)滯后，大直徑(24mm 以上)芯棒由于固化程度不夠，在高溫整體注射、擠包護(hù)套、平板模壓硫化后會(huì)產(chǎn)生微裂紋，在復(fù)合絕緣子水煮后工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)易導(dǎo)致芯棒擊穿。
(3)導(dǎo)致水?dāng)U散試驗(yàn)不合格。由于脫模劑阻滯了玻纖與環(huán)氧樹(shù)脂界面的浸漬和耦聯(lián)，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致芯棒水?dāng)U散試驗(yàn)不合格。對(duì)于大直徑的芯棒，隨著直徑的增加這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)從芯棒的橫截面可以目測(cè)到界面。如果這種缺陷不是貫穿性的，在進(jìn)行水?dāng)U散和水滲透試驗(yàn)時(shí)不一定能檢測(cè)出，這一缺陷會(huì)隱含在復(fù)合絕緣子中。
(4)影響芯棒的耐高溫性能。加入脫模劑會(huì)導(dǎo)致芯棒固化度不夠、耐高溫性能差，芯棒在高溫整體注射、擠包護(hù)套、平板模壓硫化時(shí)會(huì)自然變軟、變彎，從而引起護(hù)套偏心或直接斷裂。
(5)使泄漏電流過(guò)大。潛伏在芯棒某一部位的脫模劑以游離的雜質(zhì)形態(tài)存在，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使水?dāng)U散試驗(yàn)后的泄漏電流會(huì)超過(guò)1mA。
(6)影響彎曲強(qiáng)度。有彎曲強(qiáng)度要求的復(fù)合絕緣子一般采用直徑較大的芯棒，以游離形態(tài)潛伏在芯棒中的脫模劑隔離了樹(shù)脂和玻纖的耦聯(lián)，隨著反復(fù)的彎曲變形，玻纖間的耦聯(lián)強(qiáng)度會(huì)降低，從而使芯棒的彎曲強(qiáng)度降低。
(7)使機(jī)械強(qiáng)度的分散性增大。由于脫模劑阻滯了環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑、促進(jìn)劑分子間的交聯(lián)和玻纖與環(huán)氧膠料的耦聯(lián)，因此會(huì)使芯棒機(jī)械強(qiáng)度達(dá)不到理想值，也增加了機(jī)械拉伸強(qiáng)度的分散性。
由此可見(jiàn)，脫模劑是一個(gè)值得復(fù)合絕緣子制造企業(yè)深入研究的課題，尤其是它對(duì)芯棒與硅橡膠護(hù)套的耦聯(lián)粘接性能的影響。目前國(guó)內(nèi)的復(fù)合絕緣制造企業(yè)生產(chǎn)出的復(fù)合絕緣子雖然已經(jīng)通過(guò)各種型式試驗(yàn)，并具有了多年的運(yùn)行業(yè)績(jī)，但在生產(chǎn)制造過(guò)程中還會(huì)遇到上述問(wèn)題。
為了解決這一技術(shù)難題，這些企業(yè)都是采用對(duì)芯棒表面進(jìn)行機(jī)械打磨并涂抹耦聯(lián)劑的方法。機(jī)械打磨其一是為了除去芯棒表面的脫模劑，其二是為了增加芯棒與硅橡膠表面粘接強(qiáng)度。芯棒打磨對(duì)于絕緣子制造企業(yè)來(lái)講費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、污染環(huán)境，而且機(jī)械打磨只能除去芯棒表面的絕大多數(shù)脫模劑，而對(duì)于脫模劑較厚的區(qū)域和潛伏在芯棒內(nèi)部的脫模劑則無(wú)法去除。
3 無(wú)脫模劑芯棒的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 脫模劑是為了在芯棒生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂和金屬模具進(jìn)行潤(rùn)滑以生產(chǎn)出表面光潔的絕緣制品。對(duì)于目前采用傳統(tǒng)金屬模具的芯棒制造工藝來(lái)說(shuō)不添加脫模劑是不可能的。泰普瑞電工【Taporel Electrical】從2004年以來(lái)，針對(duì)復(fù)合絕緣子企業(yè)在生產(chǎn)和使用芯棒中遇到的實(shí)際問(wèn)題，一直致力于無(wú)脫模劑復(fù)合絕緣子芯棒的開(kāi)發(fā)。經(jīng)過(guò)大量工藝試驗(yàn)，使用高強(qiáng)陶瓷作為成型模具，通過(guò)改變傳統(tǒng)加熱方式，在環(huán)氧樹(shù)脂中不添加任何脫模劑，生產(chǎn)出了無(wú)脫模劑的耐高溫環(huán)氧玻纖芯棒。無(wú)脫模劑的耐高溫環(huán)氧玻纖芯棒避免了脫模劑對(duì)芯棒的影響，經(jīng)有關(guān)復(fù)合絕緣子制造企業(yè)在不進(jìn)行機(jī)械打磨或簡(jiǎn)單表面處理的情況下，生產(chǎn)復(fù)合絕緣子時(shí)采用高溫整體注射、擠包護(hù)套、平板模壓硫化后，粘接強(qiáng)度完全符合相關(guān)技術(shù)要求。整支絕緣子在水煮后，未出現(xiàn)芯棒與硅橡膠脫離問(wèn)題。從而從根本上解決了復(fù)合絕緣子企業(yè)的長(zhǎng)期憂慮?？梢哉f(shuō)，無(wú)脫模劑復(fù)合絕緣子芯棒的研制成功， 是環(huán)氧玻璃纖維絕緣棒制造業(yè)的又一次工藝突破，使芯棒的機(jī)械和電氣性能更加穩(wěn)定，從而更有利于復(fù)合絕緣子的質(zhì)量穩(wěn)定。
4 結(jié)論
(1)脫模劑是芯棒制作過(guò)程中為了減小拉擠過(guò)程中的摩擦力，提高芯棒表面的光潔度所使用的材料，是一種以雜質(zhì)形態(tài)出現(xiàn)的游離物，對(duì)芯棒的耐高溫、機(jī)械和電氣性能都有不良影響，在滿足工藝要求的的情況下應(yīng)少用或不用。
(2)隨著芯棒直徑的增加，脫模劑的不良影響增大，生產(chǎn)廠家常采用機(jī)械打磨并涂抹耦聯(lián)劑的方法來(lái)解決這一 問(wèn)題，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、污染環(huán)境，而 且只能除去表面的部分脫模劑，而無(wú)法去除較厚區(qū) 域和芯棒內(nèi)部的脫模劑。
(3)使用高強(qiáng)陶瓷作為成型模具的情況下，通過(guò)改變傳統(tǒng)加熱方式，可在不添加任何脫模劑，生產(chǎn)出無(wú)脫模劑的耐高溫環(huán)氧玻纖芯棒，其粘接強(qiáng)度完全符合要求，從根本上解決了脫模劑對(duì)芯棒性能可能產(chǎn)生的影響。提高了環(huán)氧玻璃纖維引拔棒質(zhì)量穩(wěn)定性，從而提高了復(fù)合絕緣子質(zhì)量。
