固封极柱制造工艺分析论文(DOC)

固封极柱制造工艺分析
一、 引言
在中压领域，特别在12 kV 级，真空断路器已成为主流产品，真空断路器的极柱绝缘经历了空气绝缘-复合
绝缘-固封绝缘。第三代绝缘也就固封极柱，它通过 APG 工艺将真空灭弧室及导电端子等零件用环氧树脂固化连
结成一体的集成式极柱，由于真空灭弧室被包封在环氧树脂之中，几乎不受外界污秽、潮气等的不良影响，另外
环氧树脂不仅作为灭弧室的主绝缘，而且又是灭弧室的机械支撑，电场分布优于传统装配式的极柱，同时，结构
零件数量减少，导电回路可靠性增高，其应用日趋广泛。

二、 固封极柱介绍
2.1固封极柱基本结构
1. 固封极柱主要由真空灭弧室、上出线座、下出线座、散热片、绝缘拉杆、固定嵌件、环氧树脂层组成，见下
图1。

图1 固封极柱基本结构示意图

1. 散热片
2. 真空灭弧室
3. 环氧树脂层
4. 绝缘拉杆
5. 固定嵌件
6. 下出线座
7. 上出线座
2.2生产工艺
目前固封极柱依生产工艺流程的不同又进一步细分为以ABB为代表的固封极柱和以SIEMENS为代表的灌封极
柱，两种极柱生产工艺简介如下：

固封极柱：先在真空灭弧室表面硫化一层硅橡胶，再将灭弧室与导电件装配后放入模具浇注环氧树脂材料固
化成型。

灌封极柱：将真空灭弧室与导电件装配后放入预制的环氧树脂绝缘筒内固定锁紧，然后在真空灭弧室与绝缘
筒的间隙内灌入硅橡胶固化成型。

本文所涉及的内容是固封极柱制造工艺，详细的工艺流程图如下图，

三、 模具要求
3.1模具对于采用APG工艺生产的固封极柱质量十分重要，尤其是外观质量。适合环氧树脂APG工艺的模具，
要求模具腔体密封性好，模腔的光洁度高，脱模方便，进料口在模具的侧下部，模具上部留有排气槽。

3.2模具的安装顺序一般为下抽芯、静模、动模、上抽芯，模具安装检查：注意观察动静模定位销和下抽芯定
位销，确保位于定位孔的中心。闭合动静模及上、下抽芯并加压至模具保压状态，用塞尺检查模具的合模缝，确
保合模缝间隙≦0.05mm。

四、环氧树脂混合料配制
4.1原材料要求
APG工艺对环氧树脂混合料提出了比真空浇注材料更高的技术要求，即室温下稳定，高温下反应活性高，能
迅速凝胶化，固化周期短，抗开裂性能和冲击性能好，对机械和电气应力具有很高的抵抗强度。固封极柱内部机
构较为复杂，嵌件较大，使该产品对材料的抗开裂性能要求高，由于产品成型过程中会受到外界环境等不确定因

后固化
注射成型
脱模、修补

装模
检测模温

模具清理

打标
外观检查、
打磨注料口、
装拉杆

包装、入库

混合料、固化
设备、嵌件、
工具的准备及
模具检查

模具安装

检验
素的影响，要求材料的工艺性能良好，具有较宽的适用范围，以降低温度、湿度等不确定因素的影响程度。适用
于固封极柱的APG浇注环氧树脂材料体系性能指标见表1。

表1
性能指标 范围 检验标准
拉伸强度，N/mm2
75~85
GB/T 2567-2008 弯曲强度，MPa 110~130
冲击强度，kJ/m2
9~11
凝胶时间（130℃）/min
10~30 GB/T 12007.7-1989
玻璃化转变温度，℃
110~120 GB/T 11998-1989
吸水性，重量变化60min/100℃
0.1~0.2 GB/T 1034-2008

4.2混合料配制工艺参数
在进行APG浇注前需进行环氧树脂混合料的配制，环氧树脂混合料的配制是指将环氧树脂、固化剂、填料、
色粉混合均匀、彻底脱气的过程，采用搅拌混料装置进行混合料配制工艺参数见下表2

表2

四、 零部件准备
5.1清洗
真空灭弧室、上出线座、下出线座、嵌件等需嵌入环氧树脂的部件在浇注前要用酒精进行一次清洗，
除掉油污及灰尘。

工艺参数 单位 要求
真空度 Pa ≤100
混料罐温度 ℃
30-40
转速
r/min 35
脱气时间 min 90～120
5.2单极装配
单极装配是真空灭弧室与上、下出线座等零部件的装配体，装配是需确保装配后的单极装配上、下出线座端
面平行，上、下出线座中心距达到310mm。

5.3预热
在预热模具的同时，将嵌件及经过清理过的真空灭弧室放在烤箱内预热，预热时间
不少于30min，最后将真空灭弧室及嵌件整体预热温度达到160℃。

5.4 涂偶联剂

五、 APG浇注
5.1 APG技术简介
APG技术即环氧树脂自动压力凝胶成型技术(The Automatic Pressure Gelation)， 主要应用于生产中高压
环氧树脂绝缘制品。其特点为可将环氧树脂绝缘制品的生产周期从传统真空浇注所需的十几个小时缩短到十几分
钟，并较好地控制放热效应，有利于补偿因固化反应而引起的收缩，且具有极好的尺寸稳定性和很高的机械强度
等优点。固封极柱具有形状复杂、壁薄、多方位抽芯的结构特点，更适合采用APG技术生产。

5.2
工艺参数 单位 要求
注射压力 MPa 0.14-0.18
注满时间 min 8-10
保压压力 MPa 0.3-0.4
保压时间（含
注满时间）
min 30-32

六、 后固化
隧道式固化炉参数设置：
第一温区130℃，第二温区是135℃，第三温区是140℃，第四温区是130℃，第五温区是80℃，转动速
度为22r/min。固化时间的范围是10-12小时。

普通固化炉的参数设置：加热温度设置为130±5℃，超温温度设置为150℃，定时设置为10小时，当班
次生产的最后一模产品放入固化炉后，按下“定时”按钮，完成固化后，设备停止加热。

七、 二次装配
8.1拉杆装配
8.2散热片装配
九、成品件的检查及试验及入库 检查项目如下：
① 外观检查：有无缺陷，色泽是否均匀，嵌件内的环氧树脂用工具能够清除，尺寸应符合图纸要求，无
明显变形。

② 用探伤仪器探测内部有无气孔、杂质、裂痕。 ③ 绝缘试验：工频耐压试验应合格。 ④ 局部放电试
验：不大于5Pc。

1热固化双组份环氧树脂APG料的配比
环氧树脂、固化剂、硅微粉及色素按质量计算配比为1：1：3.5：0.02。三种
材料按固化剂、环氧树脂、活性APG专用硅微粉及色素的次序先后放入真空压
力搅拌罐。用搅拌棒进行人工搅拌混合后，盖上封盖，抽真空10min后，开动
搅拌机，一边抽真空，一边进行搅拌，搅拌时搅拌罐的温度调制到50°C- 60°
C。搅拌好的混合料一般都应该当天使用完，实在使用不完，在真空搅拌罐内
存放时间也不能够超过48H。如果不是连续使用，使用后应及时清理搅拌罐内
的残留环氧树脂混合料，如不及时清理，会使环氧树脂混合料固化，造成设备
损坏。

2环氧树脂APG材料的准备
在20-35℃环境温度下（夏季无需加热，冬季需加热到40℃），边抽真空，边
进行搅拌，注意真空度需要达到8mP以下，大约需要40-60 min后停机。停机
后，静置一段时间后（约20min）开启进气阀门，关闭真空泵阀门，打开压缩
空气阀门就可以进行环氧树脂的注射了。混合后的环氧树脂通常可以使用72h，
但是24h后，粘度增大，不易于注射。最有效使用时间，在低于25℃环境条件
下，48h内为最佳。 3模具的准备

3适合环氧树脂APG的模具，模具腔体要求密封，进料口在模具的侧下部，模
具顶端留一排气小孔，可随时进行封闭。

4真空灭弧室和嵌件的准备
真空灭弧室的准备经过硅橡胶APG的真空灭弧室后封闭保存
嵌件的准备嵌入环氧树脂部件的嵌件零件表面要镀彩锌，零件嵌入前要用酒精
进行一次清洗，除掉油污及灰尘。

5注射环氧树脂的步骤
装卡模具
系统的主动模块放置在打开位置，将模具吊装在设备的下模块上，轻轻的移动
主动模块，将模具合龙，上下两个方向反复作开合模具的动作，连续几次应没
有明显变化。检查所有的禁锢件，应牢固无松动现象。

以上工作完成之后，就可以给模具加热了。最初模具的加热温度应调整的稍高
一些，调整到180℃，以后在注入环氧树脂后可逐步降低到160℃。

安装真空灭弧室及嵌件
在预热模具的同时，将嵌件及经过清理过的真空灭弧室放在烤箱内预热，预热
时间不少于30min，最后将真空灭弧室及嵌件整体预热温度达到160℃。

合模
确认真空灭弧室及嵌件装配完好，就可以合模了，，加热温度需要高于180℃，
把模具的初始温度适当提高，可以增加环氧树脂的流动性，保证良好的产品质
量。

向模具内注入环氧树脂
当模具温度达到180℃时，可以开始向模具内注入环氧树脂，将树脂打入模具，
打入压力为0.3MPA-0.4MPA, 5min内完成，当环氧树脂充满模具后，从模具顶
端的小螺孔流出，此时应将小螺孔用封堵封闭。环氧树脂注满以后，要保持压
力20-30分钟，使零件具有充足的密度，同时进行出模之前的固化，一般温度
保持在140℃10-40min可脱模，大型零件升温较慢，脱模时间较长，每一个零
件固化的时间有所不同。工件脱模后，用雕刻刀将缺陷杂质处理干净——用混
合好的树脂填补——表面涂硅脂（以防树脂流——外表粘橡胶带——进入固化
炉固化8h。温度越低，固化时间越长。

6成品件的检查及试验及入库 检查项目如下：
① 外观检查：有无缺陷，色泽是否均匀，嵌件内的环氧树脂用工具能够清除，
尺寸应符合图纸要求，无明显变形。

② 用探伤仪器探测内部有无气孔、杂质、裂痕。 ③ 绝缘试验：工频耐压试
验应合格。 ④ 局部放电试验：不大于5Pc。