環(huán)氧樹脂壓力凝膠成型設(shè)備新技術(shù)探究
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摘要：20世紀(jì)70年代，國外開發(fā)了環(huán)氧樹脂自動(dòng)壓力凝膠工藝技術(shù)，簡稱APG技術(shù)，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(shù)在上世紀(jì)八十年代后期，被引入國內(nèi)，并在我國的電力行業(yè)得到大量應(yīng)用，尤其在開關(guān)、互感器、絕緣件等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。經(jīng)過幾十年應(yīng)用歷程，APG技術(shù)的整套生產(chǎn)設(shè)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(zhì)也大大地提高?；诖耍疚尼槍Νh(huán)氧樹脂壓力凝膠成型設(shè)備新技術(shù)展開探究分析。
關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂；壓力凝膠工藝技術(shù)；設(shè)備；技術(shù)完善
在現(xiàn)實(shí)應(yīng)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(gè)灌體內(nèi)，通過注入高氣壓進(jìn)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(jìn)行排氣，以達(dá)到混料在模腔內(nèi)分布均勻密實(shí)，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(yīng)力等參數(shù)的不同，在進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)就要對其成份進(jìn)行理化試驗(yàn)，通過理化分析得出不同的模腔結(jié)構(gòu)、用量，采用不同的注料速度，固化溫度，固化時(shí)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(shí)間、環(huán)境溫度等因素影響，對注料速度與氣壓壓力線性關(guān)系的掌控完全依賴操作人員個(gè)人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與水平，量劑也無法有精準(zhǔn)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(shè)定溫度，一般都在100℃以上，注料速度不同，滿腔的時(shí)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(gè)體實(shí)際生產(chǎn)工藝與預(yù)定指標(biāo)不符且產(chǎn)品個(gè)體之間實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)相差甚遠(yuǎn)，無法保證產(chǎn)品品質(zhì)能達(dá)到預(yù)期效果。注料的量劑無法掌控也就直接導(dǎo)致滿腔時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(zhì)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(dǎo)致模腔內(nèi)部份氣泡無法排盡，影響質(zhì)量，也會造成了材料的浪費(fèi)。
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(gè)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(dòng)混料傳送、保壓，根據(jù)F=P，灌體直徑有600mm，當(dāng)將空氣壓縮機(jī)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(qiáng)值）升高而直線升高，以通常實(shí)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(shí)作用力可達(dá)113000/9.8≈11.5噸，實(shí)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(jī)械疲勞時(shí)會斷裂，在現(xiàn)實(shí)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(gè)定時(shí)炸彈，什么時(shí)候爆不知道。所以在設(shè)備保養(yǎng)與使用上都有相當(dāng)高的要求與操作規(guī)范，對操作人員的作業(yè)能力、素質(zhì)也提出更高的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備安全閥、壓力表都要定期檢定，日常維護(hù)、保養(yǎng)還要記錄建檔。另外儲灌都要預(yù)先在混料工位進(jìn)行預(yù)料脫氣作業(yè)，然后再轉(zhuǎn)移致注料、保壓工位，作業(yè)過程繁瑣，設(shè)備利用率不高，作業(yè)人員作業(yè)強(qiáng)度大，也無法實(shí)現(xiàn)混料與注料、保壓之間無縫連接，自動(dòng)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(jìn)行一個(gè)注氣、保壓、放氣的循環(huán)過程，相當(dāng)于“危險(xiǎn)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(fèi)金錢且也不符合當(dāng)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(shè)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(jié)合現(xiàn)實(shí)APG生產(chǎn)工藝實(shí)際特性，改變思路，通過現(xiàn)有技術(shù)調(diào)整注料與保壓方式，解決傳統(tǒng)壓注設(shè)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(zhì)。
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(shù)工藝將配料傳送到模腔內(nèi)，滾齒或渦桿系統(tǒng)對流體的傳送有其獨(dú)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(dòng)時(shí)對混料流體進(jìn)行碾壓，相當(dāng)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(nèi)初混更加細(xì)膩，碾壓作用下的流動(dòng)速度線性特性好，與滾齒或渦桿轉(zhuǎn)速有關(guān)，通過司服電機(jī)控制滾齒或渦桿轉(zhuǎn)速，來控制混料的傳送速度，泵的運(yùn)行速度與混料的傳送速度之間的比例關(guān)系存在的非常穩(wěn)定的線性關(guān)系，可以有效避免由配料成份、溫度、靜料時(shí)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(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)定，避免注料滿腔時(shí)間難以控制及滿腔量劑無法掌控的問題，同時(shí)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(dǎo)出常溫混料進(jìn)入高溫模腔時(shí)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(yīng)用環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效控制提供前提保障，真實(shí)滿足APG實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)過程工藝與試驗(yàn)室過程工藝相符，讓產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)工藝數(shù)據(jù)更貼近理化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證產(chǎn)品品質(zhì)。
2.2保壓方式的完善
在混料進(jìn)入模腔，達(dá)到滿腔后，需要通過增壓進(jìn)行排氣，將混料體內(nèi)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(shí)際到達(dá)模腔的壓力是多少，無法知曉，模腔真實(shí)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(zhì)量。通過理論分析論證，根據(jù)液態(tài)不能被壓縮的原理，當(dāng)模腔注滿料后，可采用機(jī)械增壓。通過液壓缸頂桿擠入料腔，擠壓混料流體，當(dāng)液壓缸頂桿擠入料腔時(shí)，料腔壓力瞬時(shí)增大，會向四周進(jìn)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(nèi)增壓時(shí)，流體在注料路徑上倒流，將料腔內(nèi)高壓排出的混料集中向模腔內(nèi)擠入，使模腔內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)期值，進(jìn)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(jī)械增壓通過對油壓缸壓力無極調(diào)節(jié)來保證腔內(nèi)工藝需要所需的壓力，壓力值精度高，由于機(jī)械增壓桿直接作用于料腔內(nèi)，不受流體稀稠度的影響，有效保證了腔內(nèi)的真實(shí)壓力值，無偏差或無虛值，對腔內(nèi)產(chǎn)品工藝?yán)砘瘏?shù)控制實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用于APG設(shè)備，通過控制、傳感系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)自動(dòng)制造，對注料速度、注料時(shí)間、注量都可以直接設(shè)定，不需要人為觀察，憑經(jīng)驗(yàn)控制氣壓。注量滿腔后即時(shí)起動(dòng)機(jī)械增壓系統(tǒng)，利用設(shè)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(nèi)，料腔內(nèi)流體被擠壓，生產(chǎn)壓力，止回閥就會自動(dòng)關(guān)閉，通過壓力調(diào)節(jié)裝置設(shè)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(shí)且穩(wěn)定，對腔體內(nèi)混料中滲雜的氣體進(jìn)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(zhì)地密實(shí)、均勻，相比傳統(tǒng)APG設(shè)備生產(chǎn)出的產(chǎn)品有著明顯優(yōu)勢，這都?xì)w功于新設(shè)備能對注料與保壓的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)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(gè)灌體，減少了設(shè)備的投入，加大的設(shè)備使效益，也減輕人作業(yè)人員的作業(yè)強(qiáng)度，為下一步現(xiàn)實(shí)無人自動(dòng)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(xué)的工程技術(shù)措施，從設(shè)備本質(zhì)上消除了安全隱患，對生產(chǎn)企業(yè)來說是個(gè)重大利好。
3結(jié)語
綜上所述，針對當(dāng)下傳統(tǒng)壓力凝膠生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)化改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品制造高效、工藝精準(zhǔn)控制，作業(yè)過程安全、低碳環(huán)保。新技術(shù)全面應(yīng)用推廣是對傳統(tǒng)工藝的一種顛覆，此技術(shù)在新型設(shè)備上的應(yīng)用為下一步實(shí)現(xiàn)壓力凝膠工藝全自動(dòng)化開拓實(shí)現(xiàn)前景，注料、保壓環(huán)節(jié)過程與時(shí)間節(jié)點(diǎn)都能有效精準(zhǔn)受控，通過智能芯片編輯程序完全能夠?qū)PG生產(chǎn)工藝過程實(shí)現(xiàn)智能控制，工藝標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)穩(wěn)定。APG新設(shè)備的投入使用為電力行業(yè)環(huán)氧樹脂流體的應(yīng)用提供更為可靠技術(shù)保障，解決了APG制造工藝存在的人力不確定因素，將改變?nèi)藗儗鹘y(tǒng)APG生產(chǎn)制造工藝看法，消除制造工藝質(zhì)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(qiáng)度，增加了設(shè)備使用效益，為推進(jìn)環(huán)氧樹脂開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，推動(dòng)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(xùn)學(xué)校有限公司