固体绝缘开关半导电层加工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体绝缘开关半导电层加工工艺，包括在半导电浆料中添加稀释剂、环氧树脂和固化剂进行改性，模具安装，铜导电件、嵌件的预处理，半导电材料喷涂及硫化，绝缘材料压注，保温、保压硫化，出模整理、修补，后固化等步骤。本发明通过导电浆料的改进，解决了现有半导电材料出现的脱落、开裂等影响质量的问题。本发明工艺简单，所制得的固体绝缘部件美观、大方，局部放电值低，安全可靠，环境适应能力强。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气工程【技术领域】，特别涉及一种固体绝缘开关半导电层加工工艺。 固体绝缘开关半导电层加工工艺
【背景技术】
[0002] 随着国家电网公司对固体绝缘环网柜产品的推广，固体绝缘开关性能要求越来越 高。局部放电是检验产品性能的一项关键指标。在固体绝缘部件采用半导电接地屏蔽和 导电件的固封部分喷涂半导电材料是降低局部放电值的有效手段。良好的接地屏蔽结构， 可以提高产品的安全性、延长产品的使用寿命。导电件的固封部分喷涂半导电材料后，可 以消除毛刺、杂质、气隙等影响局部放电值的因素。目前固体绝缘部件采用半导电接地屏 蔽层的加工工艺主要有两大类，其一是先完成固体绝缘部件的压注及后固化，然后对固 体绝缘部件表面喷砂、清洁处理后进行半导电层喷涂及固化；其二是在生产固体绝缘部件 时，在模具中先喷涂半导电层待其结晶后，再压注，最后进行后固化。上述方法在专利文献 201010154222. 0中压固体绝缘套管的制作工艺、201010269998. 7固体绝缘电路器件的制 造方法、201310692375. 4 -种固体绝缘件表面处理工艺中已有相关表述。在实际生产过程 中，还存在一些不足： ①采用固体绝缘部件生产完成后，再进行半导电喷涂、固化的产品，存在黏附强度不 够，局部分层脱落现象，影响到静电屏蔽效果。
[0003] ②采用在模具中喷涂半导电层加工时，出现半导电层局部开裂现象。
[0004] 为了克服上述绝缘件半导电层加工工艺的不足，对半导电层加工工艺的改进是十 分必要的。经对半导电材料脱落和开裂的产品进行材料分析和玻璃化温度测试以及加工工 艺流程的分析和试验，研究发现现有的半导电材料与所用的环氧树脂绝缘材料在玻璃化温 度指标上存在较大差异。文献CN 103714923 A (201310692375. 4 -种固体绝缘件表面处 理工艺）提出了在半导电层与固体绝缘材料之间采用增粘剂缓冲两种材料层间应力。但半 导电材料本身的材料特性并未改变，所以导致半导电层在生产过程中出现开裂现象。同时 由于文献CN 103714923 A中的工艺未包含脱模剂，模具表面又进行了喷砂处理，增加了制 成品与模具间的表面张力，导致产品脱模困难、局部半导电层出现开裂甚至于分层脱落。导 电浆料主要由导电碳粉(导电石墨)、热固型树脂、酚醛树脂、醚类溶剂等构成。在后固化完 成的固体绝缘部件中环氧树脂已经完成了化学性质的改变，虽然通过表面喷砂处理，提高 了表面的黏附能力，然而内部结构关联度不高，所以出现局部脱落现象。半导电层在模具中 喷涂过程中出现的开裂现象主要是半导电材料内部收缩应力导致。经过研究并通过试验证 明，在半导电材料中添加与固体绝缘部件相同（或相近）的环氧树脂材料，可以明显改善与 固体绝缘部件结合的紧密度(分子键间连接更多)，同时可以改善半导电材料的内部收缩应 力和玻璃化温度参数。由于环氧树脂具有良好的绝缘性能，因此添加过多的环氧树脂将降 低导电材料的导电性能，可以在导电浆料中添加导电性能更好的纳米银浆或纳米铜浆增强 导电性能。因此半导电材料中添加环氧树脂及其配比是改进半导电层加工工艺的关键技 术。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于为了克服现有工艺不足，提供一种简单、方便、有效的固体绝缘 开关半导电层加工工艺。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种固体绝缘开关半导电层加工工艺， 包括以下步骤： A、 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比45? 55 :30?40 :5?10 :4?10混合，然后置入真空搅拌系统混合均勻，最后灌装到高压喷涂 系统的容器中待用； B、 将固体绝缘部件模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同时将固 体绝缘部件的铜导电件、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； C、 待模具温度升到125?145°C，打开模具，在模腔内表面喷一层0. 01?0. 05毫米的 脱模剂，然后装入预热好的铜导电件和嵌件； D、 将处理好的半导电材料通过喷枪喷涂到模腔内表面和铜导电件表面，喷涂层厚度 0.2-0. 4毫米。厚度根据表面电阻值来确定，每平方厘米的电阻值R的范围是：500欧姆< R < 10000 欧姆； E、 合上模具，向模具里注入环氧树脂复合材料，将模具加热到135?140°C，在 0· 3-0. 4MPa的气压压力下保压、保温35-60分钟； F、 待固体绝缘部件成型后，打开模具将产品取出，清除合模边，并对合模边和有缺陷的 地方进行修补，然后再135?145°C烘箱内进行8?11小时的后固化处理； G、 经后固化处理的固体绝缘部件在常温条件下自然冷却后，进行电气参数、表面电阻、 局部放电值等检测，合格品再装配成开关产品。
[0007] 上述本发明的技术方案中，不需要改变现有模具的内表面，模具内表面进行纹理 处理，或采用镜面。铜导电件表面喷涂半导电层在预热时加工好。导电浆料是导电碳浆或 导电石墨，或者含纳米银粉或铜粉的导电碳浆或导电石墨的复合物，在半导电材料中导电 碳浆或导电石墨的重量百分比为15-18%。半导电层喷涂采取多次重复喷涂方式，每次喷涂 不得出现流挂、团聚现象。为防止D步骤中半导电层固化后与模具分离，在喷涂完半导电层 后2分钟内合上模具。模具内腔空气温度比模具温度低，即时合上模具可解决此温差问题。
[0008] 所述稀释溶剂主要成分为市售醚类溶剂、酚醛树脂。
[0009] 所述环氧树脂及其固化剂选择玻璃化温度在90-125°C的双酚A型环氧。
[0010] 所述脱模剂采用市售有机硅油溶剂类。
[0011] 所述环氧树脂复合材料各主要成份重量比为：环氧树脂1〇〇、固化剂1〇〇、硅微粉 300、色浆2。或者参照环氧树脂生产厂家提供的配比参数。
[0012] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比的有益效果是：导电浆料中添 加了与绝缘材料一致的环氧树脂，粘合性得到了加强，通过改进加工工艺，解决了目前存在 的半导电层脱落和开裂的问题；在模具中对铜导电件喷涂半导电材料，避免了铜导电件表 面的二次污染；同时有效屏蔽了铜导电件的毛刺、气隙，屏蔽了铜导电件表面未清洁干净的 杂质，在环氧树脂与铜导电件之间起到缓冲作用，有效释放了内部应力，消除了铜导电件 与环氧树脂绝缘材料间的气隙，从而降低了产品的局部放电值；经上述工艺制作的固体绝 缘套管的局部放电值小于lpc，固体绝缘极柱的局部放电值小于5pC ;与固体绝缘部件表面 喷砂后再喷涂半导电材料的工艺相比，取消了喷砂、喷涂半导电材料环节和半导电材料的 后固化环节，缩短了产品的制造时间，节约了电能、减少了消耗，缩短了工时，提高了产品生 产效率；采用本发明可以不改变现有模具的内表面(纹理或镜面)，不增加改模的费用；采用 本发明可以不用增粘剂。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0015] 实施例1 :12kV固体绝缘极柱生产工艺流程： A、 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比52 :34 : 7 :7混合，然后置入真空搅拌系统混合均匀并排出气泡，最后灌装到高压喷涂系统的容器 中待用； B、 将12kV固封极柱模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同时将 固体绝缘部件的铜导电件、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； C、 待模具温度升到145°C，打开模具，在模腔内表面喷一层0. 01?0. 02毫米的脱模剂， 用无尘布檫除多于的脱模剂，然后装入预热好的真空灭弧室、上出线端铜导电件、下出现端 铜导电件和嵌件，用高温保鲜膜包裹住真空灭弧室的硅橡胶层外表面(绝缘面）； D、 将处理好的半导电材料通过喷枪喷涂到模腔内表面(绝缘面除外）和铜导电件表面， 喷涂层厚度0. 2?0. 4毫米；采取4次均匀喷涂方式，每次喷涂均不得出现流挂、团聚现象； 每平方厘米的电阻值R的范围是：500欧姆< R < 900欧姆； E、 去掉保鲜膜，合上模具，向模具里注入环氧树脂复合材料(环氧树脂、固化剂、硅微 粉、色浆等)，将模具加热到140°C，在0. 35-0. 4MPa的气压压力下保压、保温35分钟； F、 待固体绝缘部件成型后，打开模具将产品取出，清除合模边，并对合模边和有缺陷的 地方进行修补，然后再135?145°C烘箱内进行9?10小时的后固化处理； G、 在常温条件下自然冷却后，进行电气参数、表面电阻、局部放电值等检测，合格品再 装配成开关产品。
[0016] 实施例2 :12kV固体绝缘套管生产工艺流程： A、 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比53 :36 : 7 :4混合，然后置入真空搅拌系统混合均匀并排出气泡，最后灌装到高压喷涂系统的容器 中待用； B、 将12kV固体绝缘套管模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同 时将固体绝缘部件的铜导电件、传感器、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； C、 待模具温度升到125°C，打开模具，在模腔内表面喷一层0. 01?0. 02毫米的脱模剂， 用无尘布檫除多于的脱模剂，然后装入预热好的铜导电件、带电显示传感器和嵌件，用高温 保鲜膜遮住套管锥形绝缘面； D、 将处理好的半导电材料通过喷枪喷涂到模腔内表面(绝缘面除外）和铜导电件表面， 喷涂层厚度0. 2毫米；采取2次均匀喷涂方式，每次喷涂均不得出现流挂、团聚现象；每平 方厘米的电阻值R的范围是：650欧姆< R < 1000欧姆； E、 去掉保鲜膜，合上模具，向模具里注入环氧树脂复合材料(环氧树脂100重量比、固 化剂100重量比、硅微粉300重量比、色浆2重量比等)，将模具加热到130?140°C，在 0· 3-0. 35MPa的气压压力下保压、保温45-50分钟； F、 待固体绝缘部件成型后，打开模具将产品取出，清除合模边，并对合模边和有缺陷的 地方进行修补，然后再135?145°C烘箱内进行9?10小时的后固化处理； G、 在常温条件下自然冷却后，进行电气参数、表面电阻、局部放电值等检测，合格品再 装配成开关产品。
[0017] 实施例3 :12kV固体绝缘母线生产工艺流程： A、 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比45 :30 : 5 :4混合，然后置入真空搅拌系统混合均匀并排出气泡，最后灌装到高压喷涂系统的容器 中待用； B、 将12kV固体绝缘母线模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同 时将固体绝缘部件的铜导电件、传感器、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； 其余步骤与实施例1相同。
[0018] 实施例4 :12kV固体绝缘母线生产工艺流程： A、 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比55 :40 : 10 :1〇混合，然后置入真空搅拌系统混合均匀并排出气泡，最后灌装到高压喷涂系统的容 器中待用； B、 将12kV固体绝缘母线模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同 时将固体绝缘部件的铜导电件、传感器、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； 其余步骤与实施例1相同。
【权利要求】
1. 固体绝缘开关半导电层加工工艺，其特征在于：包括以下步骤： (A) 半导电材料处理：先将导电浆料、稀释溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比45? 55 :30?40 :5?10 :4?10混合，然后置入真空搅拌系统混合均勻，最后灌装到高压喷涂 系统的容器中待用； (B) 将固体绝缘部件模具安装到压注机上，并清洁模腔，然后对模具进行预热，同时将 固体绝缘部件的铜导电件、嵌件进行去毛刺、洁净处理后，进行预热； (C) 待模具温度升到125?145°C，打开模具，在模腔内表面喷一层0. 01?0. 05毫米 的脱模剂，然后装入预热好的铜导电件和嵌件； (D) 将处理好的半导电材料通过喷枪喷涂到模腔内表面和铜导电件表面，喷涂层厚度 0. 2-0.4毫米，厚度根据表面电阻值来确定，每平方厘米的电阻值R的范围是：500欧姆< R < 10000 欧姆； (E) 合上模具，向模具里注入环氧树脂复合材料，将模具加热到135?140°C，在 0· 3-0. 4MPa的气压压力下保压、保温35-60分钟； (F) 待固体绝缘部件成型后，打开模具将产品取出，清除合模边，并对合模边和有缺陷 的地方进行修补，然后再135?145°C烘箱内进行8?11小时的后固化处理； (G) 经后固化处理的固体绝缘部件在常温条件下自然冷却后，进行电气参数、表面电 阻、局部放电值等检测，合格品再装配成开关产品； 所述稀释溶剂主要成分为市售醚类溶剂、酚醛树脂； 所述环氧树脂及其固化剂选择玻璃化温度在90-125?的双酚A型环氧； 所述脱模剂采用市售有机硅油溶剂类； 所述环氧树脂复合材料各主要成份重量比为：环氧树脂100、固化剂100、硅微粉300、 色浆2。
2. 根据权利要求1所述固体绝缘开关半导电层加工工艺，其特征在于：所述步骤（A) 中的导电浆料是导电碳浆或导电石墨，或者含纳米银粉或铜粉的导电碳浆或导电石墨的复 合物，在半导电材料中导电碳浆或导电石墨的重量百分比为15-18%。
3. 根据权利要求1所述固体绝缘开关半导电层加工工艺，其特征在于：所述步骤（B) 中固体绝缘部件模具内表面为镜面。
4. 根据权利要求1所述固体绝缘开关的半导电层加工工艺，其特征在于：所述步骤（D) 中半导电材料通过喷枪2~4次喷涂到模腔内表面和铜导电件表面，每次喷涂均不得出现流 挂、团聚现象。
5. 根据权利要求1所述固体绝缘开关半导电层加工工艺，其特征在于：导电浆料、稀释 溶剂、环氧树脂、固化剂按质量百分比52-53 :34-36 :7 :4-7。
【文档编号】H01B13/00GK104124005SQ201410394392
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】唐韬, 周振业, 李水胜, 刘蜀江 申请人:北海银河开关设备有限公司