专利名称：真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法
技术领域：
本发明涉及一种高压真空电器元件真空灭弧室，尤其是采用液体硅橡胶通过自动压力凝胶工艺(APG)来成型真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法。
背景技术：
真空灭弧室是电流开断的一种最为重要的高压真空电器元件，是真空开关的心脏。
真空灭弧室采用真空作为绝缘灭弧介质，利用电流过零瞬间熄弧原理来实现真空灭弧的功能。真空灭弧室通常呈圆柱体，具有开、合功能。真空灭弧室的动端触头、静端触头置于真空状态的容器中，此容器两端通常采用不锈钢罩和中间为陶瓷(或玻璃)材料的圆环管段焊接而成，并与附属物共同组成一体。
真空灭弧室在通常的环境条件下使用，当外绝缘性能要求不高时，直接依靠空气作为绝缘介质。但是，当用于高海拔地区以及户外等环境较为特殊的场合时，对外绝缘性能提出更高的要求，这是由于海拔高，大气压力低，真空灭弧室的外绝缘的介电强度下降，空气冷却效果降低，而环境的温度、湿度及污染等改变电气间隙和爬电距离，也会导致真空灭弧室的外绝缘性能下降。为了提高真空灭弧室的外绝缘性能，已有较为普遍的方法是1、将真空灭弧室放置密闭容器中，并在容积填充绝缘介质，如SF6气体，变压器油，硅脂，N2或N2与SF6混合物气体等；2、将真空灭弧室外表涂覆粘接剂后套硅橡胶来增加爬距。其中采用真空灭弧室外表涂覆粘接剂后套硅橡胶来增加爬距方法的产品存在严重的空气间隙被击穿及真空灭弧室被击穿的质量隐患。由于真空灭弧室外表面与硅橡胶套的粘接剂涂覆层以及真空灭弧室的陶瓷外壳圆度失真都造成存留封闭的空气间隙，很难将空气排除干净；而空气的介电常数比硅橡胶和陶瓷的低，从而绝缘介质在正常工作电场强度下，间隙上的电压超过其击穿值而引起间隙击穿。当间隙空气击穿时，其电荷将破坏外施电场强度的分布均匀性，引起局部电场强度发生严重畸变，从而可能导致绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被击穿，造成严重用电事故。电压等级越高，其击穿的几率也越高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高外绝缘性能的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘的方法。
本发明采用真空灭弧室整体式外包封硅橡胶，由液体硅橡胶通过自动压力凝胶的工艺。
本发明的步骤为1、将真空灭弧室装入模具中，并加热，温度为110～250℃，最好为120～240℃；2、将液体硅橡胶与固化剂的混合物注入模腔中，其注入速度最好为1.0～3.0L/min；3、固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室，固化温度为110～250℃，最好为120～240℃；4、液体硅橡胶与固化剂按质量比的含量为1∶(0.8～1.2)，最好为1∶(0.9～1.1)。
所说的固化时间最好≥10min。
液体硅橡胶是以聚硅氧烷为主链，分子量大约2000～10000之间，其分子内和/或分子末端都带有活性官能基。这类聚合物可在多官能基链增长剂(同时又是交联)的作用下，同时进行扩链和交链反应，获得一种没有分子末端的闭合交联网，既形成三维网状结构。
所说的活性官能基有羧基、羟基、硫醇基、氨基、坏氧基、异氰酸酯基、乙烯基、溴基等。
所说的固化剂可采用正硅酸丁酯，含硫的硫化剂或过氧化物等。所说的过氧化物可选自过苯甲酸叔丁酯，叔丁基碳酸异丙酯，过氧化氰异丙苯，过氧化叔丁基或过氧化异丙苯等。当使用正硅酸丁酯为固化剂时，可加催化剂，例如有机锡等。
液体硅橡胶和固化剂也可采用现成的市售产品，例如德国(GE)有机硅公司提供的液体硅橡胶和固化剂双组份(A/B)产品LSR2010A/B，LSR2020A/B，LSR2030A/B，LSR2040A/B，LSR2050A/B，LSR2060A/B，LSR2070A/B，LSR2080A/B，LSR2345A/B，LSR2610A/B，LSR2620A/B，LSR2630A/B，LSR2640A/B，LSR2650A/B，LSR2670A/B，LSR2680A/B，Electro2430A/B，Electro2440A/B，Electro242A/B，Electro245A/B，Electro 241 TP3610，Electro242-1 TP3717，Electro242-2 TP3750，Electro242-3 TP3751，Electro245 TP3609，XE20-B7146 TSE260，EL170-1，TP3790/52A TP3790/52B；或由道康宁公司提供的液体硅橡胶和固化剂双组份(A/B)产品HV1650/50A/B，HV1551/55PA/B。
在同步液压自动控制系统作用下，将液体硅橡胶与固化剂或其双组份自动同时计量并注入混料室进行混合。计量和混合可同时并举，但是，第一步计量和混合同时并举与第二步计量和混合同时并举，有一段时间间隔。间隔时间作为第二步的备料时间。
本发明所采用的自动压力凝胶工艺成型是指所在同步液压自动控制系统作用下，液体硅橡胶与固化剂自动同时计量并注入混料室进行自动混合，可通过自动控制装置将混合物注入模腔，硫化凝胶成型。
在所说的一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室外再二次包封树脂或其它塑料形成固封相柱，该树脂或其它塑料可同时作为支撑体，外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层。所说的树脂选用热固性环氧树脂，所说的其它塑料选用聚四氟乙稀或聚酰胺。
由于液体硅橡胶在不同温度下，其硫化周期也不同，即当硫化温度升高时，则硫化时间相应地缩短。根据液体硅橡胶APG工艺的条件要求，液体硅橡胶正硫化温度选为110～250℃。所谓“正硫化”是指为了使硅橡胶制品获得最佳的性能和正确正硫化条件，必须按制品的性能要求、形状、工艺性，选择既能满足制品特殊要求，又有良好综合性能的最短硫化时间。经多次试验得出，液体硅橡胶最佳硫化温度为120～240℃，正硫化时间大大缩短，为室温硫化时间的10倍以上，大大提高生产效率。
与采用真空灭弧室外表涂覆粘接剂后套硅橡胶来增加爬距方法相比较，本发明完全避免真空灭弧室与硅橡胶套内层间的存留空气间隙，从而消除了因空气间隙所导致真空灭弧室外绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被高电压击穿。外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室可以再二次包封树脂或其它塑料形成固封相柱，外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层。本发明解决了固封相柱中环氧树脂或其它塑料与陶瓷或玻璃的真空灭弧室因热胀冷缩而引起相对运动和真空灭弧室外绝缘不易被高压电击穿的问题。
采用本发明制造的真空灭弧室组装的真空开关可以用于各种场合，如电力、机械、化工、冶金、矿山等输配电力系统作控制和保护，特别适用于各种恶劣的环境，甚至经二次包封后还可以用于下水道场合，或操作频繁的场所。
经试验未发生因外包封硅橡胶绝缘层造成存留封闭的空气间隙导致真空灭弧室的绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被击穿等现象，使用安全、可靠。
图1为真空灭弧室的外形结构示意图。
图2为采用本发明在包封模腔中装配真空灭弧室的示意图。
图3为包封硅橡胶层的真空灭弧室的外形结构示意图。
图4为经二次包封真空灭弧室相柱的示意图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1首先将图1的真空灭弧室进行表面处理，然后将其装入相应的模具腔中(参见图2)固定。模具结构的动定模腔2、4相同。真空灭弧室上下端的固定件1、3插入定位孔将其固定，并加热至195～200℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与固化剂过氧化氰异丙苯按1∶1的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以1.5L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经15min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室，其外形参见图3。经多次生产试验，未发生因外包封硅橡胶绝缘层造成存留封闭的空气间隙导致真空灭弧室的绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被击穿的现象，使用安全、可靠。外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室可以再二次包封树脂(如热固性环氧树脂)形成固封相柱，外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层，参见图4。
实施例2其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为110～120℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与过氧化叔丁基按1∶0.9的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以3.0L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经10min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。
实施例3其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为230～240℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与过氧化异丙苯按1∶1.2的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以1.0L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经20min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。
实施例4其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为150～160℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与正硅酸丁酯按1∶0.8的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以2.0L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经25min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。也可适量加入催化剂以加速固化过程，催化剂可采用有机锡等。
实施例5其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为130～140℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与硫化物按1∶1的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以2.5L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经18min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。
实施例6其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为120～130℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与过苯甲酸叔丁酯按1∶1.1的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以3.0L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经10min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。
实施例7其工艺步骤与实施例1类似，其不同在于加热温度为220～230℃。将已经真空处理的液体硅橡胶与叔丁基碳酸异丙酯按1∶1的含量置于压注装置中，在同步间歇压力作用下，以1.0L/min的速度将混合物通过注嘴注入模腔。经20min固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。
实施例8～20采用与实施例1相类似的方法，将经过表面处理的真空灭弧室装入相应的模具腔中固定。真空灭弧室上下端的固定件插入定位孔将其固定，并加热。将已经真空处理的A、B双组份液体硅橡胶在同步间歇压力作用下，将混合物通过注嘴注入模腔。经固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室。外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室可以再二次包封其它塑料(如聚四氟乙稀或聚酰胺)形成固封相柱，外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层，参见图4。液体硅橡胶与固化剂材料采用德国(GE)有机硅公司及道康宁公司生产的双组份(A/B)产品，实际生产工艺参数见表1。经多次生产试验，未发生因外包封硅橡胶绝缘层造成存留封闭的空气间隙导致真空灭弧室的绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被击穿的现象，使用安全、可靠。
表1
权利要求
1.真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于其步骤为1)、将真空灭弧室装入模具中，并加热，温度为110～250℃；2)、将液体硅橡胶与固化剂的混合物注入模腔中；3)、固化后脱模，制成一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室，固化温度为110～250℃；4)、液体硅橡胶与固化剂按质量比的含量为1∶0.8～1.2。
2.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于步骤1中所说的加热温度为120～240℃。
3.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于步骤2中的混合物注入速度为1.0～3.0L/min。
4.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的固化温度为120～240℃。
5.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于液体硅橡胶与固化剂按质量比的含量为1∶0.9～1.1。
6.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的固化时间≥10min。
7.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的固化剂采用正硅酸丁酯，含硫的硫化剂或过氧化物。
8.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于液体硅橡胶和固化剂采用现成的市售产品德国GE有机硅公司提供的液体硅橡胶和固化剂双组份A/B产品LSR2010 A/B，LSR2020 A/B，LSR2030 A/B，LSR2040 A/B，LSR2050 A/B，LSR2060 A/B，LSR2070 A/B，LSR2080 A/B，LSR2345 A/B，LSR2610 A/B，LSR2620 A/B，LSR2630 A/B，LSR2640 A/B，LSR2650 A/B，LSR2670 A/B，LSR2680 A/B，Electro2430 A/B，Electro2440 A/B，Electro242 A/B，Electro245 A/B，Electro 241 TP3610，Electro242-1 TP3717，Electro242-2 TP3750，Electro242-3 TP3751，Electro245 TP3609，XE20-B7146TSE260，EL170-1，TP3790/52A TP3790/52B；或道康宁公司提供的液体硅橡胶和固化剂双组份A/B产品HV1650/50A/B，HV1551/55PA/B。
9.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的过氧化物可选自过苯甲酸叔丁酯，叔丁基碳酸异丙酯，氧化氰异丙苯，过氧化叔丁基或过氧化异丙苯。
10.如权利要求7所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的固化剂采用正硅酸丁酯时，加催化剂。
11.如权利要求10所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的催化剂选自有机锡。
12.如权利要求1所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于在所说的一次外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室外再二次包封树脂或其它塑料形成固封相柱，外包封硅橡胶绝缘层的真空灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层。
13.如权利要求12所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的二次包封树脂或其它塑料同时作为支撑体。
14.如权利要求12所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的树脂选自热固性环氧树脂。
15.如权利要求12所述的真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，其特征在于所说的其它塑料选自聚四氟乙稀或聚酰胺。
全文摘要
真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法，涉及一种采用液体硅橡胶通过自动压力凝胶工艺成型真空灭弧室一次外包封硅橡胶绝缘层的方法。将灭弧室装入模具加热，液体硅橡胶与固化剂注入模腔，固化后脱模。完全避免灭弧室与缓冲层间存留空气间隙，消除因空气间隙所导致灭弧室外绝缘陶瓷外表面或陶瓷厚度方向被高电压击穿。灭弧室可再二次包封形成固封相柱，外包封硅橡胶绝缘层的灭弧室的硅橡胶作为弹性绝缘缓冲层。解决了固封相柱中环氧树脂或其它塑料与陶瓷或玻璃的灭弧室因热胀冷缩而引起相对运动和灭弧室外绝缘不易被高压电击穿的问题。特别适用于各种恶劣的环境，使用安全、可靠。明显提高生产效率。
文档编号H01H33/664GK1681063SQ200410034428
公开日2005年10月12日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者庄顺 申请人:厦门华电开关有限公司