高壓開關設備要求向小型化、大容量和高可靠性發展。由于SF6氣體節點強度高(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,開關行業都采用SF6氣體絕緣。因此對于高壓電器中使用的環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良的耐SF6分解而發生氣體腐蝕的性能。在氣體絕緣開關(GIS)中,SF4等氣體,SF4在有微量水分存在下,會發生水解而生成SOF2、HF等。而HF可與SiO2發生反應,使環氧樹脂澆注件表面發生老化,使表面電阻率降低,發生漏電痕跡。氧化鋁作填料的環氧澆注料在酸性介質中穩定,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、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、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和適當減小。當Al2O3填料量大350份時,則其線膨脹系數由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氧澆注體系的影響 Al2O3在環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,且易出現沉降現象。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,從而提高環氧澆注料固化物的機電特性。偶聯劑改性處理氧化鋁填料對環氧樹脂澆注料的影響 去氧化鋁中值粒徑為21um,環氧澆注料內氧化鋁的用量為350份進行試驗。當硅烷偶聯劑用量為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,提高了環氧澆注體系的力學性能。氧化鋁填料的粒子形狀對環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,而且受粒子形態影響,填料粒子形狀不同,則形狀系數不同。粒子形狀越不對稱,其形狀系數越大;填料粒子球形態越好,形狀系數就小,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,氧化鋁不易被環氧樹脂充分浸潤和混合均勻,因此影響環氧樹脂澆注料的性能。
材料預處理 環氧樹脂、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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