環(huán)氧樹脂壓力凝膠成型設備新技術探究
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摘要：20世紀70年代，國外開發(fā)了環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠工藝技術，簡稱APG技術，也就是將環(huán)氧樹脂、固化劑、輔助配料按一定比例混合，使其在一定的溫度下快速成型。此技術在上世紀八十年代后期，被引入國內，并在我國的電力行業(yè)得到大量應用，尤其在開關、互感器、絕緣件等領域廣泛應用。經(jīng)過幾十年應用歷程，APG技術的整套生產(chǎn)設備、生產(chǎn)配方都日益完善，在電力行業(yè)中其整體的絕緣品質也大大地提高。基于此，本文針對環(huán)氧樹脂壓力凝膠成型設備新技術展開探究分析。
關鍵詞：環(huán)氧樹脂；壓力凝膠工藝技術；設備；技術完善
在現(xiàn)實應用中，APG生產(chǎn)工藝都還采用傳統(tǒng)的方法，將配料混合好儲存在一個灌體內，通過注入高氣壓進行注料傳送，從排氣口出料觀察來判定滿腔，滿腔后再采用升高氣壓保壓進行排氣，以達到混料在模腔內分布均勻密實，不生產(chǎn)氣孔，由于料體成份的不同，其流體稀稠度及固化溫度，固化應力等參數(shù)的不同，在進行生產(chǎn)設計時就要對其成份進行理化試驗，通過理化分析得出不同的模腔結構、用量，采用不同的注料速度，固化溫度，固化時間。
1不足之處
1.1注料問題
將混料注入模腔，管路長期使用會存在一定的垢壁，傳統(tǒng)工藝采用氣壓注料，會受到一定的影響，壓力損耗大，并且氣壓注料受材料自身稀稠度、混料存放時間、環(huán)境溫度等因素影響，對注料速度與氣壓壓力線性關系的掌控完全依賴操作人員個人技術經(jīng)驗與水平，量劑也無法有精準掌控。混合料一般都是常溫或保溫20～30℃，型模是根據(jù)原料及工藝要求來設定溫度，一般都在100℃以上，注料速度不同，滿腔的時間也不同，對模溫影響很大，直接影響混料固化工藝參數(shù)，造成產(chǎn)品個體實際生產(chǎn)工藝與預定指標不符且產(chǎn)品個體之間實際生產(chǎn)參數(shù)相差甚遠，無法保證產(chǎn)品品質能達到預期效果。注料的量劑無法掌控也就直接導致滿腔時間節(jié)點失控，只能通過排氣孔觀察出料情況來判定滿腔，排氣孔出料變相的降低了型模的質量工藝，排氣孔不出料又無法確定模腔是否注滿？一般情況都是兩難選其次，犧牲了模具精密度讓排氣孔出料，這樣也不利于模腔壓力的維持，會導致模腔內部份氣泡無法排盡，影響質量，也會造成了材料的浪費。
1.2保壓問題
環(huán)氧樹脂混合配料儲灌隸屬于壓力容器，灌蓋采用幾個鎖扣固定在灌體上，生產(chǎn)過程中使用高壓氣體注入來推動混料傳送、保壓，根據(jù)F=P，灌體直徑有600mm，當將空氣壓縮機產(chǎn)生的高壓氣體注入灌體中，作用于灌蓋上的壓力隨氣體P（壓強值）升高而直線升高，以通常實際生產(chǎn)過程使用氣壓在0.6MP左右，保守使用也會0.4MP，那么F=P×S≈0.4×106×3.14×0.32≈113000牛頓，一公斤力約等于9.8牛頓，也就是在灌蓋上平時作用力可達113000/9.8≈11.5噸，實際上存在一定的安全隱患，灌蓋所承受壓力完全靠鎖扣來承受，鎖扣有損傷或機械疲勞時會斷裂，在現(xiàn)實中也經(jīng)常碰到有生產(chǎn)企業(yè)員工在作業(yè)過程將灌蓋“打飛”的情況，也有傷人事故，儲灌對生產(chǎn)企業(yè)來說就是一個定時炸彈，什么時候爆不知道。所以在設備保養(yǎng)與使用上都有相當高的要求與操作規(guī)范，對操作人員的作業(yè)能力、素質也提出更高的標準，設備安全閥、壓力表都要定期檢定，日常維護、保養(yǎng)還要記錄建檔。另外儲灌都要預先在混料工位進行預料脫氣作業(yè)，然后再轉移致注料、保壓工位，作業(yè)過程繁瑣，設備利用率不高，作業(yè)人員作業(yè)強度大，也無法實現(xiàn)混料與注料、保壓之間無縫連接，自動化程度也就無法談起。在注料與保壓過程中，使用氣壓頻率很高，每生產(chǎn)一模都要進行一個注氣、保壓、放氣的循環(huán)過程，相當于“危險作業(yè)”，頻次高，儲灌體積大，單次耗氣量也很大，能源消耗極大，氣量的損耗也是企業(yè)生產(chǎn)成本的重要組成部，不僅浪費金錢且也不符合當代環(huán)保理念與政策的走向，我們需要更加低碳環(huán)保的作業(yè)設備。
2改善方案
對于傳統(tǒng)注料與保壓兩道生產(chǎn)工藝存在的不足問題，結合現(xiàn)實APG生產(chǎn)工藝實際特性，改變思路，通過現(xiàn)有技術調整注料與保壓方式，解決傳統(tǒng)壓注設備存在的問題，為APG生產(chǎn)企業(yè)解決后顧之憂，提高生產(chǎn)效益，提升產(chǎn)品品質。
2.1注料方式的變更
在注料這道工序上，可以采用滾齒或渦桿技術工藝將配料傳送到模腔內，滾齒或渦桿系統(tǒng)對流體的傳送有其獨特的優(yōu)越性，滾齒或渦桿傳送速度不受本體混料稀稠度影響，滾齒或渦桿在滾動時對混料流體進行碾壓，相當于二次攪拌，滾齒或渦桿自身工藝的精密度對混料的二次攪拌比灌體內初混更加細膩，碾壓作用下的流動速度線性特性好，與滾齒或渦桿轉速有關，通過司服電機控制滾齒或渦桿轉速，來控制混料的傳送速度，泵的運行速度與混料的傳送速度之間的比例關系存在的非常穩(wěn)定的線性關系，可以有效避免由配料成份、溫度、靜料時間引起稀稠度不同而影響混料傳送速度，并且可以對型模用量進行精準設定，避免注料滿腔時間難以控制及滿腔量劑無法掌控的問題，同時也解決了APG生產(chǎn)工藝與型模溫度變化特性相匹配的問題，混料的流速與流量受控到位，能夠直接導出常溫混料進入高溫模腔時對溫度的影響特性規(guī)律，不同的產(chǎn)品，不同的混料特性都可以根據(jù)自己的工藝來選擇合適的注料速度，對配料的理化特性應用環(huán)境試驗數(shù)據(jù)實現(xiàn)有效控制提供前提保障，真實滿足APG實際應用生產(chǎn)過程工藝與試驗室過程工藝相符，讓產(chǎn)品現(xiàn)實工藝數(shù)據(jù)更貼近理化試驗數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品品質。
2.2保壓方式的完善
在混料進入模腔，達到滿腔后，需要通過增壓進行排氣，將混料體內的混合氣體有效排出。氣壓通過儲灌加壓，壓力在灌體與模腔之間的通道上傳遞，中間必有壓力損失，而且壓力損失的量與混料的稀稠度及通道的暢通度有這最直接聯(lián)系，實際到達模腔的壓力是多少，無法知曉，模腔真實壓力又是混料排氣的決定因素，所以傳統(tǒng)的保壓排氣方式，存在不確定因素，這就直接影響到了產(chǎn)品的質量。通過理論分析論證，根據(jù)液態(tài)不能被壓縮的原理，當模腔注滿料后，可采用機械增壓。通過液壓缸頂桿擠入料腔，擠壓混料流體，當液壓缸頂桿擠入料腔時，料腔壓力瞬時增大，會向四周進行排料，在注料路徑上會生產(chǎn)回流通徑，只需在注料路徑上加裝止回閥，防止腔內增壓時，流體在注料路徑上倒流，將料腔內高壓排出的混料集中向模腔內擠入，使模腔內部壓力達到預期值，進行有效排氣，縮短了壓力傳遞路徑，又避開了混料稀稠度對壓力損耗的問題。機械增壓通過對油壓缸壓力無極調節(jié)來保證腔內工藝需要所需的壓力，壓力值精度高，由于機械增壓桿直接作用于料腔內，不受流體稀稠度的影響，有效保證了腔內的真實壓力值，無偏差或無虛值，對腔內產(chǎn)品工藝理化參數(shù)控制實現(xiàn)精準到位，大大提升了此工藝生產(chǎn)的可靠性和優(yōu)異性，保證生產(chǎn)的產(chǎn)品技術標準的穩(wěn)定性。
2.3系統(tǒng)集成
將新型注料與保壓方式組合集成應用于APG設備，通過控制、傳感系統(tǒng)現(xiàn)實自動制造，對注料速度、注料時間、注量都可以直接設定，不需要人為觀察，憑經(jīng)驗控制氣壓。注量滿腔后即時起動機械增壓系統(tǒng)，利用設備自帶的液壓站，讓液壓缸工作，液壓缸的頂桿直接插入料腔內，料腔內流體被擠壓，生產(chǎn)壓力，止回閥就會自動關閉，通過壓力調節(jié)裝置設定液壓缸的輸出壓力，具體值根據(jù)系統(tǒng)需要來定，壓力輸出值真實且穩(wěn)定，對腔體內混料中滲雜的氣體進行擠壓，使其穩(wěn)定上升通過型模排氣孔排出，混料在壓力維持下逐步完成固化、成型，出模的產(chǎn)品質地密實、均勻，相比傳統(tǒng)APG設備生產(chǎn)出的產(chǎn)品有著明顯優(yōu)勢，這都歸功于新設備能對注料與保壓的數(shù)據(jù)進行精準撐控，解決了傳統(tǒng)方式的缺陷。新的注料、保壓系統(tǒng)還解決混料與注料型成之間的無縫連接，不再需要像傳統(tǒng)工藝混料與注料、保壓使用的是同一個灌體，減少了設備的投入，加大的設備使效益，也減輕人作業(yè)人員的作業(yè)強度，為下一步現(xiàn)實無人自動化作業(yè)提供可靠依據(jù)。而且無氣壓作業(yè)為安全生產(chǎn)提供了科學的工程技術措施，從設備本質上消除了安全隱患，對生產(chǎn)企業(yè)來說是個重大利好。
3結語
綜上所述，針對當下傳統(tǒng)壓力凝膠生產(chǎn)設備的優(yōu)化改進，實現(xiàn)了產(chǎn)品制造高效、工藝精準控制，作業(yè)過程安全、低碳環(huán)保。新技術全面應用推廣是對傳統(tǒng)工藝的一種顛覆，此技術在新型設備上的應用為下一步實現(xiàn)壓力凝膠工藝全自動化開拓實現(xiàn)前景，注料、保壓環(huán)節(jié)過程與時間節(jié)點都能有效精準受控，通過智能芯片編輯程序完全能夠對APG生產(chǎn)工藝過程實現(xiàn)智能控制，工藝標準化程度高，產(chǎn)品生產(chǎn)受人為因素影響變小，產(chǎn)品制造過程完全受控，工藝參數(shù)可靠，產(chǎn)品品質穩(wěn)定。APG新設備的投入使用為電力行業(yè)環(huán)氧樹脂流體的應用提供更為可靠技術保障，解決了APG制造工藝存在的人力不確定因素，將改變人們對傳統(tǒng)APG生產(chǎn)制造工藝看法，消除制造工藝質量的疑慮，方便了企業(yè)現(xiàn)場管理，減輕了作業(yè)人員的工作強度，增加了設備使用效益，為推進環(huán)氧樹脂開拓新的應用領域提供現(xiàn)實基礎，推動環(huán)氧樹脂APG制造工藝健康發(fā)展。
作者:戴建堯 楊恩策 單位:華建電氣有限公司 樂清市技才職業(yè)培訓學校有限公司