摘要：介绍了环氧树脂真空浇注工艺的工艺流程，详细分析了各生产过程中易出现的问题及其注意事项。
关键词：干式变压器；真空浇注；环氧树脂；工艺
中图分类号：TM412；TM405 文献标识码：B
文章编号：1001-8425(2000)05-0033-04
Resin Vacuum Cast Process and Its Points for Attention
WU Hai-jun
(Tianshui Changcheng Universal Electric Appliance Factory,Tianshui 741000,China)
Abstract:The process of resin-cast techndogy is introduced.The questions that are easier to meet in operation and its points for attention are analysed.
Key words:Dry-type transformer;Vacuum cast;Expoy resin;Technology
1 概述
从80年代以来，环氧树脂材料在我国电工产品中的应用越来越广泛。除作为粘接剂、预浸绝缘材料外，现在已作为主要绝缘材料大量应用于变压器、互感器、绝缘子等领域，其电压等级范围，也由过去的10kV及以下发展到35kV，其加工手段主要是浇注。为提高产品浇注质量，各制造厂都对浇注设备不断进行技术改造，由常压浇注、半真空浇注到全真空浇注和绝缘子的全真空自动压力凝胶浇注(简称AFG工艺)。所谓全真空，就是从环氧树脂的配料、混料到最后的浇注完成，整个过程都是在小于0.1kPa的真空度下进行的。
全真空浇注的优点是配料的全过程都处于真空状态，可以有效地把环氧树脂混合料中的空气抽出来，减少配料中的气泡。在全真空浇注过程中，尽可能地多抽出环氧树脂浇注模内的空气，从而减少浇注产品内的气泡，提高产品电气绝缘强度和机械性能，有效降低产品内部局部放电量。
使用全真空浇注技术，对提高环氧树脂浇注质量，提高产品合格率，降低生产成本，改善生产环境，保护生产工人的身体健康等起到很大作用。所以近年来，全真空浇注技术和设备被广泛应用于互感器和干式变压器生产。我厂也在90年代中期从瑞士引进了环氧树脂浇注三相干式变压器生产设备和制造技术。
2 浇注工艺流程及注意事项
我厂引进浇注系统的浇注工艺流程图如图1所示。
图1 浇注工艺流程图
由于真空浇注设备的不同，浇注工艺也有所不同。但是，从总体工艺流程来说，是大同小异的。下面以我厂设备为例，谈谈主要生产过程和注意事项。
2.1 配料过程
此过程分为环氧树脂的配料和固化剂的配料。我厂设备使用瑞士Ciba-Geigy公司双组分环氧树脂材料，由环氧树脂CY225和固化剂HY227组成。其配料过程是将环氧树脂或固化剂(均为粘液状，冬季需加热)一定量吸入配料罐中，该罐为低真空、预混料罐。搅拌加热到60℃时，其流动性达到最佳状态，加入配比为1∶1.5的填料(通常为硅微粉)，搅拌、脱气。当混和料被搅拌均匀，没有大量泡沫并且温度达到60～65℃时，可将料送入环氧树脂或固化剂脱气罐进行薄膜脱气。此过程约2.5～3h，真空度为0.1～0.12kPa。固化剂配料与环氧树脂配料过程完全相同。
此过程易出现的问题是：冬季气温较低，在配料时，材料粘度会变得很高，甚至根本不能流动。这时，可对容器进行加热。加热时需注意必须均匀、缓慢地进行。否则上面的材料还没有熔解，而在底部的材料因温度太高变质损坏，甚至于燃烧，造成损失。
2.2 薄膜脱气过程
薄膜脱气过程是非常重要的过程。脱气的质量将决定浇注时气泡的多少，气泡越少，浇注质量越高。
薄膜脱气是目前浇注设备中广泛采用的一种脱气效果最理想的脱气方法。它通过螺旋提升装置将材料提升到脱气伞上，从伞面上向四周流下，此时材料在伞面上形成极薄材料层。材料中的气体在伞面上会形成气泡逸出到真空罐中，被真空泵抽出罐外。由于材料中混有填料，粘度会增大，流动性变差，混合在材料中的气体很难在短时间内被滤除干净，而且还有少量气体及水分会溶入材料中，因此必须在60～65℃范围内进行长时间搅拌脱气。一般情况下，必须至少连续脱气24h，这样才能尽可能多地脱去材料中的水分和气体。
此过程中易出现的问题有：
(1)在配料结束后，向脱气罐泵料时，一定要非常小心。如果将树脂泵入固化剂罐，或将固化剂泵入树脂脱气罐，必须在4～6h之内将罐内材料全部排出。否则一旦固化，会造成脱气罐报废的严重后果。
为预防这种情况发生，该设备在罐体下方出料阀处装有紧急手动排料阀，供异常情况发生时排出罐体内材料。情况严重时，还可以拆除出料口电磁阀，以加快混合料的排出。
(2)脱气过程应连续进行，要保证随时可以使用，尽量避免停机。如果脱气完成的材料因某种原因停机(如周末、节假日或检修设备等)，材料重新投入使用前必须重新脱气。这时，开机顺序为先加热脱气罐，达到＞45℃后，开真空泵。当罐内真空度达到要求后，保持几分钟，再开搅拌机进行脱气。此时脱气时间可按材料多少和停机时间长短适当调整。否则材料中会混进大量空气，影响浇注质量。
2.3 终混和浇注过程
这个过程是使脱气后的树脂和固化剂混合料，在最终混合搅拌均匀后进行真空浇注的过程。浇注过程为手动操作，人工控制流量和流速，使混合料顺利进入模具内。该设备采用依靠上、下罐体的高度差进行自然浇注的方法。在浇注时，必须根据模具型腔的复杂程度和浇注工艺性的好坏，适当控制材料流量，一般变压器绕组卧式浇注可控制在1.5～2kg/min，或以不堵塞排气孔为标准进行控制。
此过程中易出现的问题是：
(1)终混料过程时间过长。如果混料时间太长，就会迫使浇注时间缩短。否则2～3h之后，材料粘度会迅速增加，影响流料速度和浇注质量。严重时会造成产品报废或输料管道堵塞，损坏设备。应以温度65～70℃，时间30～45min为宜，搅拌均匀后即可进行浇注。
(2)浇注时材料倒喷。浇注前必须检查终混罐内气压略高于浇注罐。因为该设备采用依靠大气压压力差和材料自重使材料自然流入模具的自然浇注方法进行浇注，如果上、下罐内气压没有压差或压差过小，都会使浇注速度降低，流动缓慢，延长浇注时间。当下罐内气压高于上罐时，就会造成上罐内材料倒喷。
(3)浇注速度一般以1.5～2kg/min为宜。如型腔较狭长时，以不堵塞浇口排气孔为宜。浇注速度必须均匀，不能太快或太慢。速度太快，树脂混合料来不及充满所有的型腔就已从浇口处溢出来，给我们一个浇满的错觉，加热固化时，材料慢慢填充满各处型腔后会在浇口处造成缺料；速度太慢，当超过2h以后，材料粘度会随时间而迅速增长，时间越长，粘度越大，越不利于浇注。在这种情况下，往往在固化物内部会有大量蜂窝状或斑点状的气孔或较大面积缺料。
(4)浇注完成后，必须迅速将浇注件推入固化炉中进行固化，尽量避免在低温环境中停留，防止模具温度下降，影响材料在模具内的流动。浇注完成后，应严格按照设备操作规程，对终混罐、输料管阀门进行清洗。并定期用清洗液对设备进行彻底清洗，对堵塞的输料管体和阀门，及时清理或更换。
(5)模具装配完成后，先在浇注罐内均匀加热6～8h后，使模具温度达到80～85℃，再抽真空，进行浇注。如果模具内部温度达不到，也会出现固化后缺料现象。
树脂混合料的粘度与温度、时间关系如图2所示。
图2 粘度与温度、时间的关系曲线
在＞60℃时，粘度很小，最有利于浇注。如果温度降低，粘度会很快增加，流动困难。有时即使模具表面温度达到要求，而内部铜箔和绝缘材料或铜线和绝缘材料温度还没有达到要求，浇注时，混合料在接触到内部绕组后，接触面的温度将迅速下降，材料粘度增加，堵塞型腔，使后面的材料不能进入到模具内，也会造成缺料。
2.4 固化和拆模过程
浇注完成后的模具必须在固化炉内按照材料要求的固化温度时间曲线进行加热固化。此过程中，只要保证固化炉内温度均匀，上、下炉温偏差＜3℃就能正常固化。当局部树脂层很厚时，应在凝胶过程结束后，拆去这部分模具，使厚层树脂材料暴露在空气中，直接进行加热，达到最佳固化效果。但须注意，此时材料虽已表面固化，但并未完全硬化，不能受挤压力，否则会变形破损。固化结束后，将模具拆卸。
此过程易出现的问题有：
(1)当模具放进固化炉内1～2h左右时，需对每个模具进行检查。如果发现有浇口凹陷深入模具内部、或缺料时，可将浇注剩余料灌入浇口，直到灌满为止。半小时后，再检查一次，如还有缺料，可继续上一步骤。这种措施只能在树脂混合料发生凝胶之前进行。在此之前，材料为液态，灌入新材料，两者能够相溶。凝胶开始之后，首先浇口处树脂混合料表面开始固化，形成一层光亮固态氧化膜，这时新灌入的材料就不会与旧材料相溶。固化后会在这个面上形成夹层，极易剥离，所以在进入固化炉约4h之后，就不宜再补料。
(2)浇注模具一般由钢和铝制成，如果有距离较远的嵌件被固定在模具上时，注意在冷却前就应拆除这些紧固件，以避免在冷却时，由于收缩不一致，在嵌件处产生很大内应力，甚至产生裂纹。模具的最佳拆卸时间应在固化结束后、冷却之前进行。此时模具与浇注件之间都保持在固化进行中的热膨胀状态，没有相对形变，因此拆卸也更加容易。对浇注件本身也不产生附加应力，可提高产品的机械性能和抗疲劳强度。
(3)冷却过程中如果温度变化较大时，则在浇注件中会产生内应力。这种力由于呈散布状态，受到内部绕组的支撑，表现不明显。一旦有外部因素影响时，如运行中电流、电压冲击，机械冲击，或遇到较大环境温度变化等，浇注体表面会产生裂纹或裂缝，就会引起非常严重的质量事故隐患。树脂层越厚，温度变化越大，产生的内应力越大。尤其在树脂层厚薄不均处，最容易产生裂纹。有一次，我们在拆模时，拆完模具后，不慎将一根80mm×65mm×1 000mm的垫块落到地面上。几分钟内其中部出现超过5mm的弓起，可见内应力的危害性是非常严重的。因此，在浇注件温度没有完全降下来之前，切不可与地面或其他温差较大的物体接触，避免产生内应力隐患。一般应采用随炉缓慢冷却的方法进行降温。
3 设备使用中应注意的问题
3.1 清洗
可分为定期清洗和随时清洗。随时清洗操作是在每次浇注完毕后，排空终混罐和浇注管内的残余树脂，关闭所有阀门，按终混罐进料方法将固化剂混合料注入终混罐内。用量约20kg(以能正常搅拌为限，量越多，清洗效果越好)，抽真空，搅拌20min，打开出料阀，在固化剂流出过程中，开关出料阀若干次，清洗阀门。然后，打开浇注阀，操作同前。清洗后的固化剂可用作垫块的浇注料使用，或重新倒入脱气罐脱气。如按操作规程，将此料作为下一次浇注用料，由于在清洗时，这些固化剂会有大部分时间暴露于空气中，材料中会混有大量空气，在混料罐中，脱气效果较差，最终会在浇注料中含有很多空气，给浇注带来不利影响。
定期清洗又分长期清洗和短期清洗。长期清洗是在一段较长时间内对设备进行彻底清理，包括管道、每个罐体内部及各个阀门的清理。这种清洗一般可以一年进行一次。具体操作是将约500L溶剂(可用香蕉水、丙酮、n—甲基吡咯烷酮等有机溶剂)，由配料罐按配料、脱气、终混、浇注流程依次对各罐、管道、阀进行清洗。时间可略长于正常操作，以保证清洗彻底。
短期清洗主要指对终混罐及浇注管道和浇注阀的清洗。即使每次浇注完毕，对终混罐和浇注管、阀都进行认真清洗，仍免不了有少量终混料粘在里面，日积月累，就会造成阀门开关不灵，管道堵塞，罐壁粘积物损坏搅拌机叶片，影响罐内加热速度，堵塞传感器探头等问题。终混罐内有提升机构的，会影响提升效率。严重时，粘住搅拌机。因此，在一个月或一个季度要对设备进行一次清理。主要内容是拆下浇注阀，在溶剂中加热浸泡后，刮去粘积物。拆下浇注管，加热到120～140℃，让其中粘积物流出。如有固化物堵塞金属管道时，可置于火上烘烤，使堵塞物燃烧后排出。打开终混罐加热后，刮除壁残物，拆下真空传感器探头，用溶剂清洗滤网。
3.2 管道加热与保温
在输料管道及浇注管道中，大部分没有加热装置。当环境温度较低时，材料粘度增大，流动困难。如果温度太低会造成输料泵空转，降低泵的使用寿命。这种情况在北方冬季经常会发生。
解决这种情况的方法有两种：一种是提高环境温度，如加装供暖装置。但加装供暖系统难度大，耗资较多，给生产也会带来一些不便。另一种是对各管道和相应阀门直接加热。将电热丝按使用要求缠绕在管道上，按选用功率大小，选择是否加保温层。功率大，可不加，功率小则一定要加保温层。各管道分别安装控制开关，只在需要时进行加热。
3.3 定期检查及校准
定期检查电子秤或流量计，进行校准。秤的准确程度直接影响配比是否准确。环氧树脂各成分的配比必须严格控制，否则会影响其固化反应时间、反应效率和固化物的机械、电气性能。
4 结束语
环氧树脂真空浇注系统，已广泛应用于电气元件制造行业，而环氧树脂作为绝缘材料，在不同产品中对性能也有不同要求。在掌握引进技术的基础上再进行工艺、设备局部改进，提高某一种性能或使其更适应生产需要，是十分必要的。
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