新闻资讯

环氧树脂浇注工艺突破：绝缘部件击穿场强的 40% 增幅秘诀

某高压开关制造商曾饱受成品绝缘拉杆局放量超标的困扰，其废品率长期高达15%。通过引入“分子级脱泡”与“梯度固化”新工艺后，不仅废品率降至3%以下，更测得绝缘拉杆的击穿场强从 22 kV/mm 跃升至 31 kV/mm，增幅超40%，使得新一代开关设备尺寸得以缩小20%。

 一、 瓶颈分析：击穿场强为何难以提升？

环氧树脂浇注体的击穿，起始于材料内部的微观缺陷。这些缺陷如同木桶的短板，决定了绝缘强度的上限。传统工艺的主要问题如下：

1.  微观气泡（主要元凶）：搅拌、浇注过程中卷入的肉眼不可见的气泡（10-100μm），在电场下其介电常数远低于环氧树脂，承受更高场强，引发局部放电，逐步腐蚀绝缘。

2.  内应力裂纹：树脂固化过程中，由于散热不均、收缩不均产生的内应力，会导致微裂纹。这些裂纹成为电场畸变点。

3.  界面缺陷：环氧树脂与金属嵌件或填料之间的结合不紧密，产生气隙或弱界面层。

4.  杂质与分子缺陷：原材料中的杂质、低分子物，以及固化后不完善的交联网络，都是绝缘的薄弱环节。

 二、 工艺突破：四大关键技术路径

实现击穿场强飞跃，需要一套环环相扣的“组合拳”。其核心在于从材料预处理到固化全过程的无缺陷精准控制，其系统性工艺流程如下图所示：

 关键一：分子级真空脱泡——从“粗脱”到“精脱”

   传统工艺：一次性抽至 -0.095MPa，维持10-20分钟。

   突破工艺：

    1.  阶梯式抽真空：先抽至 -0.08MPa，保持5分钟，让大气泡顺利逸出；再缓慢抽至 -0.1MPa。

    2.  动态调节：在 -0.1MPa 下，通过程序控制，短暂泄压再抽真空（如3-5个循环），利用压力变化“撕破”液体表面张力，迫使微小气泡聚并和逸出。

    3.  温度协同：将树脂温度精确控制在 40-45℃（在其粘度最低点附近），极大降低气泡逸出阻力。

效果：可将混合料中的气泡含量降至 0.05% 以下，基本实现“无气泡”状态。

 关键二：低温低速搅拌——抑制气泡再生与分子链损伤

   传统工艺：高速搅拌（>300 rpm）以提高效率，但会卷入大量空气并因剪切发热导致树脂预聚合。

   突破工艺：

       转速控制：采用 <100 rpm 的低速搅拌，并使用锚式或螺旋式搅拌桨，实现温和、均匀的混合。

       温度控制：搅拌釜配备精确的冷却系统，确保整个过程温度 <40℃。

效果：避免新气泡产生，保护环氧树脂分子链不受机械剪切破坏，保证材料本征性能。

 关键三：精准控温浇注——确保“平稳着陆”

   传统工艺：忽略模具温度，或预热温度不均。

   突破工艺：

    1.  模具预热：将模具预先加热至 50-60℃（略高于树脂初始温度）。

    2.  底部慢注：浇注口设置在模具底部，采用细长导管，以稳定、缓慢的流速注入。此举能最大程度减少飞溅和裹入空气。

效果：树脂流动性最佳，能充分浸润填料和嵌件，并平稳填充型腔，避免冷模导致的表面缺陷。

 关键四：梯度压力固化——消除内应力的核心

这是最关键也最复杂的一步，其目的是让环氧树脂“温和地”完成从液态到固态的转变。

 三、 效果验证：数据说话

通过上述工艺突破，可获得以下实质性提升：

1.  击穿场强：从传统的 20-25 kV/mm 提升至 28-35 kV/mm，实现 40% 的显著增幅。

2.  局部放电量：＜5 pC（甚至在工频耐压下达不到视在放电量检测阈值）。

3.  内部缺陷率：超声扫描（C-Scan）显示，内部缺陷（气泡、分层）面积占比 ＜0.1%。

4.  机械强度：抗弯强度提升约20%，内应力降低超过50%。

 四、 总结：从“技艺”到“科学”

环氧树脂浇注工艺的突破，本质上是将依赖老师傅经验的“技艺”，转变为可量化、可复制、基于材料科学原理的“科学”。

核心秘诀在于对每一个环节的精准控制：

   脱泡：不再是简单的抽真空，而是动态、协同的物理过程管理。

   固化：不再是简单的升温保温，而是温度-压力-时间耦合的化学交联反应动力学管理。

对于追求高可靠性、小型化的高压电气设备制造商而言，投入资源进行上述工艺革新，所带来的产品性能提升和市场竞争优势，将是决定性的。这不仅关乎成本，更关乎未来市场的话语权。