CN104802326A - 环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统,用于当改变环氧树脂混合料配方或抽真空工况时,通过检测温度对真空脱气效果的影响,来确定环氧树脂真空脱气工艺的温度与抽真空时间设定值,同时依混料粘度对抽真空的影响,而改变其设定的搅拌速度。
Description
(一)技术领域
本发明涉及环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统,用于当改变环氧树脂混合料配方或抽真空工况时,通过检测温度对真空脱气效果的影响,来确定环氧树脂真空脱气工艺的温度与抽真空时间设定值,同时依混合料粘度对抽真空的影响,而改变其设定的搅拌速度。
(二)背景技术
环氧树脂的综合性能极佳,其配方的设计灵活多样,使环氧树脂在电力、电子电器等领域得到广泛应用,特别是电力互感器、变压器、绝缘子等电器的浇注材料,当环氧树脂应用于高电压电器时,要求它具有极低的局部放电量,否则将因局部放电量超标而过早老化、漏电甚至于击穿引发事故。环氧树脂材料中的气孔是产生局部放电的最主要原因,因此在环氧树脂浇注时,均采用真空浇注脱泡技术尽可能减少浇注制品中的气隙和气泡。
典型的工艺是将树脂、固化剂、硅徽粉、增韧剂及色浆按配比计算出各组份重量,称重后预先在烘箱中预热,其绕制好的半成品线圈和模具也需在烘箱内进行干燥处理。其干燥时间也不同一般约2～4h。然后启动混料罐、浇注罐的加热系统及真空系统。混料罐温度设定为80℃左右,浇注灌温度设定为85℃左右,将称量好的物料按顺序依次投入到混料灌。然后开启真空泵,在100～300Pa的真空度范围内抽真空、搅拌80～120分钟至混料均匀、脱气完全。同时,将已经预热到100-110℃备用的模具导入浇注罐进行真空浇注,将已经搅拌均匀、脱气完全的混合料慢慢注入模具完成浇注。
(三)发明内容
在空气中的高粘度环氧树脂混合料液体中,其气体也具有一定的溶解度,但在混合料液体深处气泡尺寸很小,通常以微气泡形式存在,微气泡依靠自身浮力上升的速度是极其缓慢的,必须依靠外力将气泡带到液面,因此目前较为有效的脱泡方式是采用真空搅拌脱泡和真空薄膜脱泡等方法。
由于环氧树脂混合料的各组成材料及其配比的各不相同,所使用的真空脱气设备性能及其采用的真空搅拌脱泡工艺差异很大,还可能由于环氧树脂、固化剂内在质量问题,造成每批混合料的凝胶时间不一致,因此现有真空搅拌脱泡的工艺参数设置多是凭经验或参照相似工艺设置,针对性差,其设定值没有随混合料配方或材料的生产厂家或工况变化而改变,影响脱泡效果和产品质量。本发明介绍环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统,用于当改变环氧树脂混合料配方或生产厂或抽真空工况时重新确定工艺参数,其特征是在确定工艺参数过程中,随混合料粘度的降低而提高其搅拌速度,同时通过现场检测适用脱泡温度将其作为温度设定值,并依混合料凝胶温度与时间关系选择真空搅拌脱泡工序的运行时间,从而使温度设定值可在原有系统中不影响生产确定后作为平时运行参数设置。使它对各种环氧树脂混合料的针对性更强。
在特定的压力和特定搅拌器的工况下,当温度不断升高,液体混合料中气体的溶解度降低,周围水分就向液体混合料中的小气泡里蒸发,随着温度升高气泡不断生长膨胀,同时由于液体混合料的粘性不断下降,气泡表面张力变小,当气泡上升到近液面后,气泡并不能立刻逸出,而是在压差的作用下,在近液面下停留一段时间,当挣脱液面张力后,才能逸出或破裂,但由于混合料粘度较大分子间运动磨擦力较大气泡上升逸出阻力较大,随着温度升高粘性下降,气泡不断生长及逸出,在特定的混合料、设备和压力下,当一定时间内气泡逸出数量和体积难于随温度上升继续增加时的温度,或因该混合料凝胶温度与时间的限制其工艺不允许温度继续上升,使气泡逸出数量和体积无法继续增加时的温度,这里均称为该工况下的适用脱泡温度。由于液体混合料脱泡工序温度受凝胶时间限制有的工艺不取太高,而取较低温度因为它有更长的脱泡工序允许时间,但这些都没有脱泡效果依据。液体混合料中气体在脱泡过程不断减少因此气泡逸出数量和体积变化是相对的。本发明在不影响混合料配比稳定的情况下选取适用脱泡温度或稍低于该温度的值作为真空搅拌脱泡工序的温度设定值。实际上,环氧树脂随温度升高粘度快速下降,但当温度上升到一定值时,粘度下降趋势变缓,最后基本上趋于某个数值。由于环氧树脂混合料中填料的填充量越多粒度越细其混合料黏度增大越多,它使环氧树脂温度、粘度对应关系在混合料中向粘度增大方向偏移,同时由于搅拌器结构及其速度选择不同,使处于不同生长期的气泡运输到液面并被逸出的有效运输效率,随温度和粘度的不同而变化也影响适用脱泡温度。另一方面当液态环氧树脂混合料含固化剂时,还随温度升高和时间推移粘度将逐渐增高。
综上所述,气泡逸出效率与环氧树脂混合料的粘度密切相关,而环氧树脂混合料粘度又与温度不成线性关系,因此对于不同的混合料就存在不同的最佳温度设定值。
环氧树脂混合料真空搅拌脱泡工艺所设定的温度和真空度不能太高,它是由组成该液态环氧树脂混合料的材料特性所决定,如果超过材料的饱和蒸汽压,就会导致材料的挥发,引起混合料配比的变化,浇注品的质量就无法保证。
气泡逸出效果还与搅拌速度密切相关,由于气泡上升到近液面后,气泡并不能立刻逸出,而是在压差的作用下,气泡继续膨胀,并在近液面下停留一段时间,当挣脱液面张力后,才能逸出或破裂,其停留时间随压力、混合料液体的粘性的降低而缩短,当许多处于不同生长阶段的气泡出现时,过高的搅拌速度将使一部分气泡来不及充分的生长破裂及逸出,又被带回混合料液体深处,过低的搅拌速度又占用过多的凝胶时间影响脱泡效果。同时,不同的温度和混合料粘度使处于不同生长阶段气泡的数量及生长速度不相同,就需要选择合适的不同搅拌速度。
系统利用真空度的变化来反映环氧树脂混合料中气泡逸出效率,在某一设定温度下,通过暂时关闭真空泵,检测真空度达到设定值的下限值(压力上限值)的时间,来反映在该特定工况下气泡逸出数量和体积的变化,并通过不同温度点的检测比较用于优化温度设置。
合理选择温度设定值,能有效保证环氧树脂混合料的各组成材料,不会因为采用过低的温度设定值,影响产品局放性能和生产效率,而盲目采用了过高的温度设定值,将降低材料品质及组成材料因为过高的温度设定值而挥发,影响其配比的稳定性。同时,过高的温度设定值使所允许的固化时间缩短,混合料粘性快速增加,从而使真空搅拌脱泡允许时间缩短影响浇注件电绝缘性能,同时选择合理的工艺温度设定值不受过高温度限制使之有更广泛合理的组成材料选择范围,和易于保证生产效率和节能。
所述环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统,用于确定真空搅拌脱泡过程的温度设置,当系统运行时,先将树脂、固化剂、硅徽粉、增韧剂及色浆按配比计算出各组份重量,称重后按原工艺要求预先在烘箱或热风炉中进行预热干燥处理后备用,然后启动混料罐、浇注罐的加热系统及真空系统。其中混料罐先投入环氧树脂,再投入硅微粉,并控制混料罐中料温冷却至始端温度下升温。所述始端温度是指该混合料能确保低于适用脱泡温度的温度例如取45℃-55℃左右。然后开启真空泵先搅拌5～8分钟使混合料均匀再投入固化剂,最后投入增韧剂,投料完成后,再搅拌3～5分钟使混合料均匀，然后开启真空泵,将真空度设定在一上下限范围内,例如可将其按真空脱气原工艺要求的设定值,作为压力下限值,而取真空度下降(压力上升)至该压力下限值加6-15％作为上限值。其反映真空度的压力信号送温度控制器处理,其打开或关闭真空泵工作的信号由温度控制器发出。温度控制器采用阶梯式升温模式,每次可取3-8℃左右的相同升温间隔,并根据混合料凝胶温度与时间关系确定允许的终端温度,例如从始端温度升至75℃-85℃左右,要求升温功率大速度快以及抽真空速率快。终端温度不可太高避免凝胶时间过短影响允许的真空搅拌脱泡时间。搅拌器的搅拌速度采用依所述阶梯式升温模式各级温度分段递减,即最高温度采用原工艺确定的搅拌速度并向低的温度递减,并经多次生产效果对比使其各级搅拌速度与气泡逸出速度相适应。
系统工作时,先在始端温度下升温并打开真空泵抽真空,使真空度达到设定压力下限值并达到相应温度段设定温度时,关闭真空泵及阀门,启动真空度的下降计时器,当真空度下降到设定压力上限值时计时结束,然后作数秒延时后消除过多气泡再打开阀门及真空泵抽真空,同时启动真空度的上升计时器,使真空度达到设定压力下限值计时结束,进入下一段。如此周而复始,依序记录每次真空度的下降计时器的计时时间和上升计时器的计时时间,其上升计时器计时时间经多次生产比较,反映搅拌速度设置对抽真空性能的影响,其下降计时器反映系统在各温度下气泡生成速度,比较每次真空度的下降计时器计时时间,扣除真空泄漏率影响取其较长时间所对应温度段的温度作为温度设定值,即适用脱泡温度,然后到终端温度后停止升温,并在原工艺要求的温度设定值及其工序时间下恒温真空搅拌脱泡之后,再按原工艺要求进行浇注、固化及脱模。
平时生产不做适用脱泡温度检测,仅改用所述温度设定值和对应温度段的搅拌速度设定值恒温运行,其真空搅拌脱气时间依混合料凝胶温度与时间关系修改,并仍使用原工艺确定的真空度设定值,其余均按原工艺要求操作。必要时用局放仪对浇注件做局放检测,检查其是否符合国家相关标准或企业内控标准再调整抽真空时间和温度设定值。
(四)附图说明
附图是环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统的电路结构方框图。
(五)具体实施方式
环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统的电路结构方框图如附图所示,它由温度传感器2、温度控制器7、压力传感器3、压力变送器4、真空泵5、真空泵驱动电路6、搅拌电机驱动电路8和真空脱气机1组成。压力传感器3与真空脱气机1的真空腔相连,用于检测系统的真空度,温度控制器7通过真空泵驱动电路6打开或关闭真空泵5来控制系统的真空度。压力传感器3的信号经压力变送器4送温度控制器7处理,温度控制器7的电路同时用于控制系统的真空度。启动真空脱气机后,如果真空腔内的压力达到设定上限值,则温度控制器7电路将向真空泵驱动电路6和电磁阀发出信号,真空泵5将立即启动。当真空腔内的压力达到设定下限值时,温度控制器7电路就会关闭真空泵5。搅拌速度控制由搅拌电机驱动电路8完成,其速度控制信号由温度控制器7提供。
Claims (2)
1.环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统,用于当改变环氧树脂混合料配方或生产厂或抽真空工况时重新确定工艺参数,其特征是在确定工艺参数过程中,随混合料粘度的降低而提高其搅拌速度,同时通过现场检测适用脱泡温度将其作为温度设定值,并依混合料凝胶温度与时间关系选择真空搅拌脱泡工序的运行时间,从而使温度设定值可在原有系统中不影响生产确定后作为平时运行参数设置；在特定的压力和特定搅拌器的工况下,当温度不断升高,液体混合料中气体的溶解度降低,气泡不断生长及逸出,在特定的混合料、设备和压力下,当一定时间内气泡逸出数量和体积难于随温度上升继续增加时的温度,或因该混合料凝胶温度与时间的限制其工艺不允许温度继续上升,使气泡逸出数量和体积无法继续增加时的温度,这里均称为该工况下的适用脱泡温度,本发明在不影响混合料配比稳定的情况下选取适用脱泡温度或稍低于该温度的值作为真空搅拌脱泡工序的温度设定值,气泡逸出效率与环氧树脂混合料的粘度密切相关,而环氧树脂混合料粘度又与温度不成线性关系,因此对于不同的混合料就存在不同的最佳温度设定值；气泡逸出效果还与搅拌速度密切相关,当许多处于不同生长阶段的气泡出现时,过高的搅拌速度将使一部分气泡来不及充分的生长破裂及逸出,又被带回混合料液体深处,过低的搅拌速度又占用过多的凝胶时间影响脱泡效果,同时,不同的温度和混合料粘度使处于不同生长阶段气泡的数量及生长速度不相同,就需要选择合适的不同搅拌速度；系统利用真空度的变化来反映环氧树脂混合料中气泡逸出效率,在某一设定温度下,通过暂时关闭真空泵,检测真空度达到设定值的下限值(压力上限值)的时间,来反映在该特定工况下气泡逸出数量和体积的变化,并通过不同温度点的检测比较用于优化温度设置；
系统将混合料罐中料温冷却至始端温度下升温,所述始端温度是指该混合料能确保低于适用脱泡温度的温度,将真空度设定在一上下限范围内,例如可将其按真空脱气原工艺要求的设定值,作为压力下限值,而取真空度下降(压力上升)至该压力下限值加6-15％作为上限值,其反映真空度的压力信号送温度控制器处理,其打开或关闭真空泵工作的信号由温度控制器发出,温度控制器采用阶梯式升温模式,每次可取3-8℃的相同升温间隔,并根据混合料凝胶温度与时间关系确定允许的终端温度,例如从始端温度升至75℃-85℃,要求升温功率大速度快以及抽真空速率快,终端温度不可太高避免凝胶时间过短影响允许的真空搅拌脱泡时间,搅拌器的搅拌速度采用依所述阶梯式升温模式各级温度分段递减,即最高温度采用原工艺确定的搅拌速度并向低的温度递减,并经多次生产效果对比使其各级搅拌速度与气泡逸出速度相适应,系统工作时,先在始端温度下升温并打开真空泵抽真空,使真空度达到设定压力下限值并达到相应温度段设定温度时,关闭真空泵及阀门,启动真空度的下降计时器,当真空度下降到设定压力上限值时计时结束,然后作数秒延时后消除过多气泡再打开阀门及真空泵抽真空,同时启动真空度的上升计时器,使真空度达到设定压力下限值计时结束,进入下一段,如此周而复始,依序记录每次真空度的下降计时器的计时时间和上升计时器的计时时间,其上升计时器计时时间经多次生产比较,反映搅拌速度设置对抽真空性能的影响,其下降计时器反映系统在各温度下气泡生成速度,比较每次真空度的下降计时器计时时间,扣除真空泄漏率影响取其较长时间所对应温度段的温度作为温度设定值,即适用脱泡温度,然后到终端温度后停止升温,并在原工艺要求的温度设定值及其工序时间下恒温真空搅拌脱泡之后,再按原工艺要求进行浇注、固化及脱模；
平时生产改用所述温度设定值和对应温度段的搅拌速度设定值恒温运行,其真空搅拌脱气时间依混合料凝胶温度与时间关系修改,其余均按原工艺要求操作。
2.根据权利要求1所述环氧树脂真空脱气温度及搅拌速度控制系统，其特征在于它包括：
它由温度传感器2、温度控制器7、压力传感器3、压力变送器4、真空泵5、真空泵驱动电路6、搅拌电机驱动电路8和真空脱气机1组成,压力传感器3与真空脱气机1的真空腔相连,用于检测系统的真空度,温度控制器7通过真空泵驱动电路6打开或关闭真空泵5来控制系统的真空度,压力传感器3的信号经压力变送器4送温度控制器7处理,温度控制器7的电路同时用于控制系统的真空度,搅拌速度控制由搅拌电机驱动电路8完成,其速度控制信号由温度控制器7提供。
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