引 言
      環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)是20世紀50年代產(chǎn)生的一種絕緣材料新型制造技術(shù)，它是隨著輸變電技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的。早期的輸變電設(shè)備電壓等級低，其核心絕緣部件還是采用傳統(tǒng)的絕緣材料，當輸變電設(shè)備的電壓等級提高后，傳統(tǒng)絕緣材料的不足凸顯出來，特別是無法滿足工頻耐壓和局部放電的要求，為解決這些問題，環(huán)氧樹脂澆注技術(shù)應(yīng)運而生。
      20 世紀 50 年代的環(huán)氧樹脂澆注工藝與金屬鑄造工藝相似，將環(huán)氧樹脂加熱倒入到金屬模具中，室溫或加熱即可。由于當時的環(huán)氧樹脂材料體系、澆注配方設(shè)計、澆注設(shè)備和澆注工藝水平都處于初級階段，澆注產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都比較差。
      20 世紀 60 年代出現(xiàn)了真空澆注技術(shù)，環(huán)氧樹脂澆注從常壓成型發(fā)展為真空成型。真空澆注成型使?jié)沧⒘现械臍馀菘梢愿菀椎呐懦?，制品的?nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都得到較大提高，從而推動了輸變電技術(shù)的發(fā)展，但這個時期用戶的關(guān)注焦點主要是內(nèi)在性能，而不太關(guān)注外觀質(zhì)量。
       20 世紀 70 年代后期，我國開始引進微機控制的全套真空系統(tǒng)，從材料預處理、管道系統(tǒng)到混料澆注系統(tǒng)都實現(xiàn)真空技術(shù)，且自動化程度提高，澆注產(chǎn)品質(zhì)量上升到一個新臺階。
       時至今日，材料體系、配方都十分成熟，澆注設(shè)備已實現(xiàn)智能化，產(chǎn)品性能完全可以滿足高電壓等級輸變電設(shè)備的要求，目前最高電壓等級的百萬伏輸變電設(shè)備配套的環(huán)氧澆注件都實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
       此時外觀質(zhì)量成為用戶驗收和制造商關(guān)注的焦點，也是環(huán)氧澆注產(chǎn)品立足于市場的根本。
       由于環(huán)氧澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量受諸多因素影響，精確地量化和確定問題的原因很困難，所以澆注件外觀質(zhì)量控制成為澆注工藝技術(shù)中的難點。目前，國外在澆注件外觀控制水平遠高于國內(nèi)同類產(chǎn)品的外觀水平。
       1 ·澆注工藝
       澆注工藝過程：材料預處理（嵌件涂覆粘結(jié)劑或半導電橡膠，填料抽空干燥，固態(tài)環(huán)氧樹脂熔化抽真空，固化劑抽真空）→材料混合（先將填料和環(huán)氧樹脂一次混合抽真空，然后與固化劑混合）→前固化（澆注料在固化爐中固化成型，固化度至80%以上）→脫模裝模（保持適當溫度將產(chǎn)品卸模并快速裝入下一模）→后固化（脫模后的產(chǎn)品集中固化，提高固化度，釋放內(nèi)應(yīng)力）→后處理（清理產(chǎn)品澆口，合?？p及其它缺陷）→檢驗包裝。
      與傳統(tǒng)絕緣材料相比，環(huán)氧真空澆注產(chǎn)品具有許多獨特的優(yōu)點：①無氣隙或少氣隙，制品的電氣絕緣性能優(yōu)異；②澆注成型流動性好，自然填充型腔，制品均勻性好；③由于電性能好，產(chǎn)品可以做到小型化，優(yōu)化主機結(jié)構(gòu)；④產(chǎn)品可以做成復雜形狀，且一次成型，金屬嵌件和絕緣材料的整體性好；⑤耐候性好，可以應(yīng)用于戶內(nèi)戶外領(lǐng)域；⑥產(chǎn)品為固態(tài)，難燃，使用安全方便。
       但該工藝也存在不足之處：①體系中無補強材料，力學性能較差，主機使用中有斷裂的情況；②制品內(nèi)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，應(yīng)力累積釋放時制品有開裂的風險；③外觀質(zhì)量上易存在各種缺陷。
       2· 澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量缺陷的常見類型及其對性能的影響
     （1）氣孔：在高電壓狀態(tài)下，氣孔會改變局部電場分布，影響局部放電量。
     （2）縮孔縮痕：縮孔縮痕的存在會導致產(chǎn)品表面不光滑，影響產(chǎn)品的電性能，如果通過打磨處理，表面樹脂層會被破壞，易吸潮和易吸附灰塵，也影響其電性能。
     （3）黃痕：主要是視覺上不好看，對性能基本沒有什么影響。
     （4）流痕：流痕可能會改變電弧在其表面的流動一致性。
     （5）雜質(zhì)：雜質(zhì)的存在會影響電性能，實驗表明密集或者大粒徑的雜質(zhì)會導致制品表面放電，局放增大。
     （6）劃痕：劃痕實質(zhì)上是局部尖角毛刺的一種表現(xiàn)，可能會導致制品放電。
     （7）裂紋：裂紋會影響制品的耐電壓和局部放電性能、力學性能，如果外表存在裂紋，內(nèi)部可能會存在隱患，接線端子板類產(chǎn)品可能會產(chǎn)生氣體泄露。由此說明，外觀質(zhì)量缺陷不只是外觀質(zhì)量差，且在一定程度上會影響到整機的性能，需要引起足夠的重視。
       3· 外觀質(zhì)量缺陷的原因分析及解決方法
       3.1 氣孔的產(chǎn)生原因及解決方法
     （1）由于產(chǎn)品形狀復雜，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復雜不合理，會產(chǎn)生排氣死角或排氣通道狹窄，模具內(nèi)的空氣在澆注前或澆注中不能及時排盡，從而產(chǎn)生氣孔。因此，模具設(shè)計要合理，特別是排氣通道要順暢，路徑要短，在模具上要設(shè)計出氣囊，讓死角處無法排出的氣泡聚集到氣囊中，后期處理時，應(yīng)清理掉氣囊空間多余的樹脂。
     （2）原材料中的水分未充分干燥，環(huán)氧樹脂、固化劑中的小分子物質(zhì)沒有完全抽空也會引起氣孔的產(chǎn)生。所以，生產(chǎn)前必須將材料進行充分的預處理，填料中的水分、環(huán)氧樹脂中的低分子物質(zhì)、固化劑中的低分子物質(zhì)都要通過真空系統(tǒng)進行處理。
     （3）固化劑加入過量，抽真空時會使過量酸酐揮發(fā)。因此，要注意配方中的固化劑不能過量，保證計算正確，計量系統(tǒng)可靠。
     （4）澆注時沒有針對不同模具調(diào)節(jié)流量快慢，全程以快速度澆注，或者在模具轉(zhuǎn)換過程中沒有控制好流量，一開始模具中的澆注料流量過急，引起產(chǎn)生的氣泡來不及排盡。由于澆注過程是依靠經(jīng)驗的操作，流速快慢、流量大小隨模具不同和澆注料的粘度不同而變化，迄今沒有自動化的操作方式，需要具有豐富經(jīng)驗的澆注技術(shù)工人。
     （5）當澆注溫度過高或材料體系反應(yīng)過快，導致澆注料可使用時間縮短，粘度增大，氣體不能快速從料中逸出，在后續(xù)過程中緩慢移到表面。所以加入固化劑后，可適當降低體系溫度，控制材料體系粘度的變化，關(guān)注溫度的變化，在合適粘度下盡快澆注，確保澆入模具的體系粘度不發(fā)生較大變化，這樣可以減少氣孔的產(chǎn)生。
     （6）混料或澆注時罐內(nèi)真空不足或抽真空時間不夠。處理措施是定期更換真空泵油和過濾器過濾芯，保證真空泵良好的運轉(zhuǎn)，檢查真空系統(tǒng)有無漏點和真空度，真空度下降時，延長抽空時間，以到達要求值為準。
     （7）為了方便清理嵌件上的環(huán)氧澆注料，操作時在嵌件允許部位涂抹硅脂，但超出范圍或涂抹過量會導致結(jié)合處出現(xiàn)氣孔。所以要嚴格按照要求范圍進行涂抹，為防止不需要涂抹的部位受到污染，可用膠帶等將不需要涂抹的部位進行包裹保護；沾取硅脂要少量，涂抹時硅脂要形成膜，不能有堆積現(xiàn)象。
     （8）前固化凝膠前模具出現(xiàn)漏模現(xiàn)象。處理措施是合模前清理干凈合模面，不能夾雜異物；對模具螺絲進行緊固，模具密封條定期檢查更換，確保密封條富有彈性。
      （9）固化爐內(nèi)溫度不均勻，導致模具溫度不均勻，高溫處反應(yīng)快，低溫處反應(yīng)慢，導致表面產(chǎn)生氣孔，因此保證固化爐內(nèi)溫度一致性對保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性很重要。對固化爐內(nèi)溫度進行多點測量，取其平均值作為固化爐溫度；根據(jù)固化爐的大小，安裝合適數(shù)量、大小的鼓風裝置，使固化爐內(nèi)的氣流在內(nèi)部循環(huán)流動起來，以便爐內(nèi)各點溫度相同。
     （10）前固化時溫度過高或升溫過快，致使反應(yīng)不均勻從而產(chǎn)生氣孔?？刹扇‰A梯升溫、逐步提高溫度的方法，控制固化反應(yīng)速度。
     （11）模具在模具框中擺放角度不合適，人為造成排氣路徑受阻。所以應(yīng)該及時清理模具框中的澆注料，保證模具穩(wěn)當放入模具框中。放入模具框中的模具，澆注口必須高于模具型腔面，型腔中必須留有排氣空間，必要時可借助墊塊等對模具擺放角度進行調(diào)整。
     （12）模具密封圈與密封槽的配合不合適，新?lián)Q密封圈時易出現(xiàn)氣孔。要對新更換密封圈的模具進行加熱、加壓處理，使密封圈彎曲壓入密封槽，將密封槽間隙中殘留的氣體完全排出。
        4.2 縮痕縮孔的產(chǎn)生原因及解決方法
      （1）環(huán)氧澆注固化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，澆注時要求料溫低于模具和澆注罐溫，當罐溫和模具溫度低于料溫時，容易產(chǎn)生縮痕。模具脫模后要保證足夠的加熱時間，進入澆注爐前用紅外測溫儀測量模具溫度，比較準確的測量方法是找出爐中體積最大的模具，通過澆注口測型腔的溫度，必須做到模具的溫度高于澆注料的溫度10 ℃左右，模具置入澆注爐內(nèi)，澆注爐的溫度不能低于模具溫度，從而保證模具溫度一直高于料溫。
      （2）模具設(shè)計不合理導致澆注口冷卻效果不好；澆口加水袋冷卻不及時或水袋大小不當或放置位置不正確。所以設(shè)計模具時要科學的安排澆注口位置，冷卻澆注口的水箱位置、大小，使?jié)沧⒖诘臐沧⒘夏苎a縮到型腔中，對于一些形狀特異不能完全通過模具上的水箱解決問題時必須外加水袋，水袋的大小、放置部位可以在實際操作中進行調(diào)整。
       4.3 黃痕的產(chǎn)生原因及解決方法
       澆注件從嵌件處開始形成豎直的黃痕目前尚不清楚原因，出現(xiàn)這種情況時經(jīng)驗的做法是：①延長固化劑與一次混合料的混合時間；②涂敷嵌件時確保表面清潔處理。
       4.4 流痕的產(chǎn)生原因及解決方法
     （1）流痕是噴灑脫模劑后沒有擦拭干凈，在局部有脫模劑滯留，澆注時此位置的澆注料無法浸潤到型腔表面，出現(xiàn)流痕。脫模劑噴灑到型腔后要停留5 min左右再擦拭，目的是浸潤模具、減少脫模劑滯留，這個環(huán)節(jié)主要依靠操作者的精細作業(yè)。
     （2）另一種流痕在澆注件表面大范圍出現(xiàn)，有的顯現(xiàn)，有的隱約，流痕密集，這是由于填料的粒度分布不合適所引起的。因此，每批原材料一定要做粒度分布試驗，選用符合粒度分布要求的原材料有利于流痕的消除。
      4.5 表面不光亮的產(chǎn)生原因及解決方法
     （1）模具處理不凈，型腔某些部位被粘膠后，留下痕跡，局部表面粗糙。制造模具的材料最好是鋼材質(zhì)，模具表面光亮，硬度高，不易損傷，才能制造出外觀光亮的產(chǎn)品。
     （2）模具養(yǎng)護不好，尤其是第一次使用模具時，在處理時間、處理次數(shù)、脫模劑選擇上不合適，使得新模具表面干澀。模具的一次拋光要做到最佳狀態(tài)，初次處理模具必須徹底，型腔表面形成保護膜后才能轉(zhuǎn)入澆注。
     （3）模具拋光不精細，光潔度不夠。所以生產(chǎn)中做好保養(yǎng)維護，模具停用后也需要定期養(yǎng)護。
      4.6 色灰產(chǎn)生原因
     （1）正常情況下，不加顏料的澆注件是白色的，如果填料（采用三氧化二鋁時）計量錯誤，加入比例超出了正常范圍，顏色會變得深灰。
     （2）混料罐中有金屬接觸到罐壁，隨著攪拌研磨而產(chǎn)生色灰。
     （3）填料潮濕且長時間攪拌（這種情況出現(xiàn)在鋼制攪拌罐中）。
      4.7 雜質(zhì)的產(chǎn)生原因及解決方法
     （1）材料本身不潔凈，材料使用時將雜質(zhì)帶入制品中。裝脫模時，操作臺之間未隔離，交叉作業(yè)影響帶入雜質(zhì)。因此要嚴格原材料檢驗，避免原材料中帶入雜質(zhì)。凈化現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，需隔離的區(qū)域必須隔離，避免交叉污染。
     （2）采用一罐法澆注工藝時，混料罐壁產(chǎn)生膠渣，未及時清理形成雜質(zhì)。最好采用技術(shù)先進的靜態(tài)混料澆注設(shè)備，可避免混料過程產(chǎn)生雜質(zhì)。
     （3）裝模時違規(guī)操作，對型腔清潔不夠。裝嵌件，合模具時粗暴操作，嵌件上的導電橡膠涂層被強震動后落入型腔。澆注時選擇過濾網(wǎng)的孔眼目數(shù)不恰當。澆口封堵不嚴，在烘箱中鼓風加熱時進入雜質(zhì)。這些都需要精細作業(yè)，嚴格按規(guī)范操作。
      4.8 裂紋產(chǎn)生原因及解決方法
     （1）環(huán)氧樹脂和嵌件的熱膨脹系數(shù)不一致，而嵌件沒有進行合適的預處理，造成裂紋。
     （2）環(huán)氧樹脂澆注層厚薄不均勻處沒有過渡區(qū)域。要求嵌件和材料的所有過渡部分必須有一定要求的弧度，不允許突變。
     （3）環(huán)氧樹脂與嵌件接觸處沒有對嵌件倒圓角或噴砂、滾花處理。
     （4）與嵌件接觸處的環(huán)氧樹脂層太薄。
     （5）室溫太低的環(huán)境下，產(chǎn)品脫模后沒有保溫措施，冷卻太快。遇到這種情況，產(chǎn)品脫模后必須用保溫材料迅速保護，并盡快轉(zhuǎn)入后固化，后固化結(jié)束后自然冷卻到室溫。
     （6）產(chǎn)品后固化后，沒有緩慢冷卻到室溫，而是直接打開烘爐冷卻。
     （7）模具溫度、澆注溫度、固化溫度不匹配而產(chǎn)生的應(yīng)力作用。工藝中應(yīng)嚴格控制模具溫度、澆注料溫度、固化溫度之間的匹配。
     （8）環(huán)氧樹脂固化度低于85%時，強度變差，無法抵抗內(nèi)應(yīng)力釋放，產(chǎn)生沖擊力造成裂紋。
     （9）原材料選擇和配方設(shè)計不正確，沒有考慮對制品抗開裂的影響以及如何提高制品的韌性。在保證產(chǎn)品性能的前提下，可考慮在配方中引入增韌劑。
       5 ·結(jié)束語
       通過分析影響澆注產(chǎn)品外觀質(zhì)量的原因和相應(yīng)的解決方法，但切忌孤立考慮問題，當某種外觀缺陷產(chǎn)生時，難以確定單一原因，所以在解決澆注件的外觀質(zhì)量問題時應(yīng)系統(tǒng)分析，結(jié)合工藝、設(shè)備、管理、原材料等持續(xù)改進提升，才能提高澆注產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。