環(huán)氧樹脂地絕緣性能應(yīng)用的資料

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案一、環(huán)氧樹脂在電工絕緣領(lǐng)域中應(yīng)用的特點(diǎn)二十世紀(jì)四十年代末，環(huán)氧樹脂開始被應(yīng)用于電工絕緣領(lǐng)域， 至今已經(jīng)有五 十余年的歷史。雙酚A型環(huán)氧樹脂/酸酐體系是當(dāng)前輸變電設(shè)備絕緣澆注材料的主要品種， 其優(yōu)點(diǎn)突出：? 具有良好的粘接性；? 固化過(guò)程中收縮率低；? 在固化過(guò)程中不產(chǎn)生小分子；? 耐熱性、耐藥品性優(yōu)良；? 機(jī)械強(qiáng)度高；? 電氣絕緣性能優(yōu)良。但其缺點(diǎn)也很明顯：? 脆性大，抗開裂性能差：如產(chǎn)品澆注后開裂，存放期開裂，低溫開裂， 在線路運(yùn)行中開裂；? 脆性往往導(dǎo)致設(shè)備性能不達(dá)標(biāo)：如局放不達(dá)標(biāo)，耐冷熱沖擊不達(dá)標(biāo)，動(dòng) 熱穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，絕緣子抗彎力不達(dá)標(biāo)等；隨著對(duì)輸變電設(shè)備性能要求的提高，問(wèn)題

2、越發(fā)突顯出來(lái)。例如：1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輸變電設(shè)備及部件應(yīng)力集中問(wèn)題顯著，更容易開裂；2、設(shè)備使用條件更加嚴(yán)酷，如需要經(jīng)受強(qiáng)烈溫度沖擊，適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行波動(dòng)， 提高動(dòng)熱穩(wěn)定性，保證長(zhǎng)期質(zhì)量，降低局放等。二、環(huán)氧樹脂絕緣層受力情況分析產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因在于環(huán)氧樹絕緣材料在輸變電設(shè)備制造過(guò)程及使用過(guò) 程中會(huì)受到多種力的作用：1、固化過(guò)程中由于化學(xué)反應(yīng)發(fā)生收縮產(chǎn)生的收縮應(yīng)力；2、環(huán)氧樹脂與金屬的線膨脹系數(shù)的差異產(chǎn)生的應(yīng)力表2-1幾種常用材料的線膨脹系數(shù)材料名稱線膨脹系數(shù)（10-6/C）石英0.5鋁24銅16環(huán)氧樹脂100圖2-1包裹或鑲嵌金屬零件的絕緣體示意圖3、絕緣層自身因溫度變化而產(chǎn)生應(yīng)力4、電動(dòng)力與外力

3、作用可見，絕緣體受力是必然的，不能消除的，而且是不斷變化的，這種應(yīng)力的 存在是使環(huán)氧樹脂絕緣層產(chǎn)生內(nèi)部裂紋的主要原因，而這種力又是客觀存在的， 因此只有提高環(huán)氧樹脂本身抵抗這種內(nèi)部應(yīng)力的能力才是減弱和消除內(nèi)部缺陷， 從而降低局放的主要手段。二、提咼環(huán)氧樹脂絕緣澆注制品品質(zhì)的二個(gè)環(huán)節(jié)1設(shè)計(jì)合理2、提高環(huán)氧樹脂絕緣材料的韌性3、澆注工藝合理從以上三點(diǎn)來(lái)看，由于設(shè)計(jì)一般是固定的，所以運(yùn)用合理的工藝和提高環(huán)氧 樹脂本身的韌性，減弱和消除絕緣體內(nèi)部的氣泡或缺陷是降低局放的根本方法。四、提高環(huán)氧樹脂絕緣材料的抗開裂性能是解決問(wèn)題的關(guān)鍵在電工絕緣領(lǐng)域?yàn)榭朔h(huán)氧樹脂的脆性采取了很多方法， 絕大多數(shù)采用的是 增

4、柔，增柔技術(shù)大幅度地降低了樹脂絕緣體的耐熱性，而抗開裂性增加有限。環(huán)氧樹脂合金技術(shù)（增韌技術(shù)）是大幅度提高環(huán)氧樹脂絕緣材料抗開裂性的 新技術(shù)。環(huán)氧樹脂合金技術(shù)與增柔技術(shù)不同， 不是將材料整體柔性化，而是將環(huán) 氧樹固化物從均相材料變成非均相的多相多組分體系即環(huán)氧樹脂合金。典型的環(huán)氧樹脂合金結(jié)構(gòu)是“海島結(jié)構(gòu)”，見圖3-1 o分散尺寸合適，含量恰當(dāng)?shù)摹昂u結(jié)構(gòu)”一經(jīng)形成，材料的抗開裂性能變就 發(fā)生突變，幾倍幾十倍地增加，而原有的機(jī)械性能、耐熱性能和電氣性能不受損 失或損失較小，這樣的優(yōu)異性能，正是人們所期望的。汀悔島結(jié)構(gòu)"的微觀形態(tài)一股固化物的微硯形態(tài)圖3-1雙酚A型環(huán)氧樹脂/酸酐固化物斷

5、口形貌衡量絕緣材料抗開裂性能的標(biāo)準(zhǔn)一斷裂韌性（Gic）和沖擊韌性 絕緣材料內(nèi)部不可避免地存在缺陷和微裂紋，應(yīng)力則在裂紋尖端集中。材料 的開裂總是通過(guò)微裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的。描繪材料抗開裂能力的大小, 就是要測(cè)量裂紋尖端所能承受的最大外力。材料的裂紋尖端受力分三種類型：圖3-2裂紋受力的三種類型材料裂紋在I型受力情況下最容易開裂，斷裂韌性（Gc）-表示材料裂紋在I 型受力情況下抵抗裂紋擴(kuò)展的能力， 斷裂韌性（Gc）和拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度一樣是 材料的本性。斷裂韌性（Gc）單位是焦?fàn)?米2（J/m2）或牛頓/米（N/m）。五、高韌性廣通環(huán)氧樹脂絕緣澆注料的結(jié)構(gòu)特征1、廣通增韌技術(shù)采用的是環(huán)氧樹

6、脂合金技術(shù)環(huán)氧樹脂合金技術(shù)在航天航空等高科技領(lǐng)域已經(jīng)成功使用三十多年。 環(huán)氧樹 脂合金技術(shù)的特點(diǎn)是樹脂固化物是多相的，不是均相的。典型的多相結(jié)構(gòu)就是“海 島結(jié)構(gòu)”。2、形成“海島結(jié)構(gòu)”的兩條技術(shù)路線：一條是添加法：將預(yù)先制作好的微米尺寸的橡膠粒子添加到環(huán)氧樹脂組分中 去。另一條是原位分相生成法：讓柔軟的微米尺寸的橡膠粒子在環(huán)氧樹脂的固化 過(guò)程中，自己長(zhǎng)出并均勻分布在環(huán)氧樹脂固化物中。廣通化工制品公司在清華大學(xué)高分子研究所原位分相增韌機(jī)理多年研究的 基礎(chǔ)上，開發(fā)出獨(dú)特的低成本的廣通增韌技術(shù)。能原位分相生成“海島結(jié)構(gòu)”的 環(huán)氧樹脂/酸酐澆注產(chǎn)品自1990年就開始在輸變電設(shè)備制造中得到實(shí)際應(yīng)用。六、

7、具有“海島結(jié)構(gòu)”的環(huán)氧樹脂/酸酐固化物的性能表6-1到表6-4分別列出了有代表性的幾種環(huán)氧樹脂絕緣材料增韌改性前后 的性能（以下均為室溫性能）。表6-1雙酚A環(huán)氧樹脂E39-D/苯酐體系增韌、增柔前后性能E-39-D / 苯酐固化物二丁酯增柔 固化物廣通合金化的 固化物模量 10 3(Mpa)4.964.664.05沖擊強(qiáng)度（KJ/m2）1.071.11 (+3.7 %)1.57 (+46.7% )斷裂韌性（J/m 2）64.6107.4 (+66.3%)840.0 (+1200 %)熱變形溫度（C）99.565.4 (-34.1 C)98.6 (-0.9 C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化

8、條件：120C /24hr表6-2雙酚A環(huán)氧樹脂E39-D/甲基四氫苯酐體系增韌、增柔前后性能E-39-D/MeTHPA加入增柔劑的廣通合金化的固化物固化物固化物模量 10 3(Mpa)4.564.663.56沖擊強(qiáng)度（KJ/m2）1.211.35 (+11.6 %)1.64 (+35.5 %)斷裂韌性（J/m 2）118.4184.8 (+56.1%)1352 (+1042 %)熱變形溫度（C）10071 (-29 C)90 (-10 C)微觀形態(tài)不分相不分相海島結(jié)構(gòu)固化條件：80C /2h葉130 C /4hr表6-3進(jìn)口環(huán)氧樹脂澆注料合金化前后的性能進(jìn)口 APG專用料 固化物廣通合金化的

9、 固化物楊氏模量（Mpa）4.46 X 1034.02 X 103缺口沖擊強(qiáng)度（KJ/m ）1.321.87斷裂韌性Gc （J/m 2）1061250熱變形溫度（C）110102固化條件：170C /0.5h葉140 C /10hr表6-4三種環(huán)氧樹脂絕緣澆注料電氣性能國(guó)外產(chǎn)品A國(guó)外產(chǎn)品B廣通化工 制品產(chǎn)品擊穿強(qiáng)度（kV/mm）20.821.220.4GB1048-7(2mm板)介電損耗（%）20 C0.450.543.8GB-1409-7880 C0.700.853.57120C9.727.504.06介電常數(shù)20 C3.363.443.47GB-1409-7880 C3.4633.614.

10、15120C5.305.894.64體積電阻率（Q ? cm）20 C1.53 X 10164.8 X 10165.6 X 1016GB-1410-7880 C4.03 X 10153.1 X 10151.1 X 1016120C3.63 X 10121.4 X 10122.57 X 1013固化條件：80 C /6h葉 130 C /10hr西安交大電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)以上數(shù)據(jù)告訴我們，環(huán)氧樹脂合金技術(shù)使環(huán)氧樹脂蘊(yùn)藏的形變能力得到空前 的發(fā)揮，大大提高了材料的斷裂韌性，這將使材料產(chǎn)生裂紋的可能性變小， 并使 裂紋不易擴(kuò)展。而環(huán)氧樹脂的機(jī)械性能、耐熱性能和電氣性能不損失或損失較小。

11、此外由于“海島結(jié)構(gòu)”中分散橡膠粒子的線膨脹系數(shù)較大，因而還可以降低 環(huán)氧樹脂固化收縮率，提高制品表面光潔度。七、廣通化工制品環(huán)氧樹脂合金產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例1）互感器制造應(yīng)用實(shí)例華東某互感器制造公司原來(lái)使用環(huán)氧樹脂/苯酐澆注料，使用廣通韌性固化劑 后認(rèn)為：? 可在不增加粘度的條件下增加填料量，工藝性能好；? 極大提高了斷裂韌性，同時(shí)不影響熱性能；? 澆注產(chǎn)品時(shí)模擬了惡劣工作條件，產(chǎn)品冬天放置戶外，經(jīng)受風(fēng)吹雨打， 也未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，其性能是其它增韌劑無(wú)法比擬的；? 澆注了 LZZQB6-10電流互感器100/5A和150/5A，都通過(guò)了動(dòng)熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn), 其中100/5A為首次通過(guò)；東北某互感器廠將原來(lái)環(huán)氧

12、樹脂/液體酸酐體系合金化后，用于制備西北高原 地區(qū)的大型電流互感器，認(rèn)為：? 產(chǎn)品整機(jī)一次通過(guò)了條件嚴(yán)格的全套型式試驗(yàn)；? 運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)受了線路過(guò)電壓，過(guò)電流沖擊，澆注體始終完好無(wú)損；? 具有“海島結(jié)構(gòu)”的環(huán)氧樹脂絕緣材料切合實(shí)際，易于掌握，深受歡迎。2）開關(guān)制造應(yīng)用實(shí)例華中某開關(guān)廠使用進(jìn)口料 APG工藝制造新型絕緣套筒，型式試驗(yàn)水壓不通過(guò)。 將進(jìn)口料進(jìn)行合金化改造，難題得到順利解決，詳見下表。表7-1開關(guān)絕緣套筒的水壓試驗(yàn)情況進(jìn)口料制造的 絕緣套筒合金化后制備的 絕緣套筒例行實(shí)驗(yàn)0.6Mpa水壓2min不破壞通過(guò)通過(guò)型式實(shí)驗(yàn)1.5Mpa通過(guò)2.0Mpa水壓030秒破壞5min不破壞2.4Mp

13、a破壞評(píng)價(jià)：工藝性能好；耐熱性能損失??； 電性能無(wú)損失； 價(jià)格低，成本增加小;上海某開關(guān)廠使用APG工藝制造斷路器上出線的環(huán)氧帽，鋁合金導(dǎo)體形狀復(fù) 雜，環(huán)氧絕緣層厚度不均勻，開裂問(wèn)題嚴(yán)重。使用環(huán)氧樹脂合金澆注料，開裂問(wèn) 題得以解決，認(rèn)為：? 增韌效果明顯，解決了工廠難以克服的開裂問(wèn)題；? 電性能滿足了工廠10KV到35KV制品的使用要求；? 工藝性能良好；? 質(zhì)量穩(wěn)定，不再因開裂而影響了產(chǎn)品質(zhì)量；3) 干式變壓器應(yīng)用實(shí)例沿海某一大型干式變壓器廠使用廣通“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧絕緣料澆注制造SC-1250KVA/10K和 SC9-500KVA/10KVF式變壓器，認(rèn)為：? 工藝性能良好；? 體積收縮率低

14、，外觀品質(zhì)良好；? 耐機(jī)械沖擊，韌性好；? 變壓器出廠檢驗(yàn)全部合格，其局部放電測(cè)量數(shù)據(jù)如下：產(chǎn)品名稱：樹脂澆鑄線圈電力變壓器產(chǎn)品型號(hào)：SC-1250kVA/10KV局部放電測(cè)量：予加電壓17.25KV時(shí)間：30s視在放電量(PC)測(cè)量電壓：kV時(shí)間：180sABC3.23.64.0產(chǎn)品名稱：樹脂澆鑄線圈電力變壓器產(chǎn)品型號(hào)：SC-500kVA/10KV局部放電測(cè)量：予加電壓17.25KV時(shí)間：30s視在放電量(PC)測(cè)量電壓：12.65kV時(shí)間：180sABC4.44.84.6以上產(chǎn)品的PC均小于54)絕緣件制造應(yīng)用實(shí)例北京某廠用APG工藝生產(chǎn)絕緣子，使用了兩種環(huán)氧樹脂材料，彎曲破壞力總 不能達(dá)

15、到20KN的指標(biāo)，后改用廣通環(huán)氧樹脂合金。圖7-1絕緣子彎曲破壞示意圖三種材料制造的絕緣子破壞力分別是：A廠環(huán)氧樹脂料：制作三個(gè)試樣，彎曲破壞力平均值17.3KNB廠環(huán)氧樹脂料：制作三個(gè)試樣，彎曲破壞力平均值19.5KN廣通化工制品公司合金料：制作六個(gè)試樣，彎曲破壞力平均值25.6KN，比A料提高了 47.9 %，比B料提高了 31.3 %。同時(shí)還通過(guò)了一 40C的冷凍實(shí)驗(yàn)。廣通化工制品環(huán)氧樹脂合金材料，能使輸變?cè)O(shè)備不再開裂，局放降低，動(dòng)熱 穩(wěn)定性試驗(yàn)得以通過(guò)的根本原因在于“海島結(jié)構(gòu)”提高了材料的斷裂韌性Gc。制造高品質(zhì)輸變電設(shè)備，合理的設(shè)計(jì)、正確的制造工藝和優(yōu)異的材料三者缺一不 可。原位分相

16、的“海島結(jié)構(gòu)”環(huán)氧樹脂絕緣材料可使制造廠家不再為開裂、局放 等問(wèn)題困擾，成為制造高性能輸變電設(shè)備的有力保證。自1990年始，廣通化工制品公司的產(chǎn)品經(jīng)八年的實(shí)踐考驗(yàn)， 于1998年，由 原機(jī)械工業(yè)部重大裝備司主持鑒定，評(píng)價(jià)廣通環(huán)氧樹脂合金系列產(chǎn)品是“既有技 術(shù)創(chuàng)新，又有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的高新技術(shù)成果”。該成果獲1998年清華大學(xué)重大經(jīng)濟(jì) 效益成果獎(jiǎng)，1999年北京科技成果進(jìn)步二等獎(jiǎng)。八、廣通化工制品公司耐候環(huán)氧樹脂絕緣澆注料推入市場(chǎng)表8-1耐候性環(huán)氧樹脂澆注料性能對(duì)比（室溫性能）進(jìn)口產(chǎn)品廣通化工制品 產(chǎn)品2缺口沖擊強(qiáng)度（KJ/m ）1.852.20彎曲強(qiáng)度（KJ/m2）127109拉伸模量10 3（Mpa