CN104859131A - 一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法及模具 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法及模具，属于绝缘材料空间电荷分布测量研究技术领域。本发明为了解决在使用普通平板模具和平板硫化机制作三层复合试样时，三层材料厚度不均匀且边缘处不圆整，导致测量结果不够准确的问题。本发明采用屏蔽层模具制备半导电屏蔽层，采用绝缘层模具制备绝缘层，采用复合成型模具将两个半导电屏蔽层和绝缘层热压成型制得三层复合塑料试样。本发明复合塑料试样三层结构之间有足够的结合力，且两侧嵌入试样的边缘平滑圆整，能够提高空间电荷分布测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合塑料试样的热压成型方法及模具，具体涉及一种用于绝缘材料空间电荷分布测量的三层复合片状塑料试样的制备方法及其制备模具，属于绝缘材料空间电荷分布测量研究技术领域。
背景技术
直流高电场作用下的绝缘材料内由于电极注入电荷和杂质离化等因素将产生空间电荷。若绝缘材料在使用过程中积聚了大量空间电荷，则其中的电场分布可能发生严重畸变，进而导致绝缘材料的老化和失效加速。空间电荷对绝缘材料和绝缘设备有较大的威胁，尤其对聚合物绝缘高压直流电缆的介电性能和长期工作稳定性有显著的影响。近几十年来，随着柔性直流输电技术的发展和交联聚乙烯绝缘高压直流电缆的广泛应用，绝缘材料中的空间电荷现象日益受到重视，空间电荷测试技术也有明显进步。
测试空间电荷分布是国内外研发和评估直流绝缘材料性能最常用的测试手段之一，可用于研究固体电介质内部空间电荷的迁移、积聚、分布和衰减过程。已有研究发现，在空间电荷测量过程中，电极材料性质对于电荷的注入有显著影响。由于实际应用的高压直流电缆绝缘层两侧是半导电屏蔽层，因此，在应用平板试样测量聚合物绝缘材料中的空间电荷分布时，采用中间为交联聚乙烯绝缘、两侧为半导电屏蔽层的三层复合试样有助于真实、准确地反映实际电缆中的空间电荷分布情况。另外，测试区域内的电场强度值对空间电荷的注入量也有显著的影响，低电场下电荷注入量极少，而高场下电荷注入量较大。因此制作三层复合试样时，既要保证三层结构之间有足够的压力，也要保证各层材料的厚度均匀，且两侧半导电屏蔽层有较好的圆整度和平滑度，这样才能避免半导电屏蔽层附近区域出现电场集中。在使用普通平板模具和平板硫化机制作上述三层复合试样时，经常出现三层材料厚度不均匀且边缘处不圆整的情况，这导致绝缘材料内空间电荷分布测量结果不够准确。
发明内容
在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法及模具，以至少解决在使用普通平板模具和平板硫化机制作上述三层复合试样时，经常出现三层材料厚度不均匀且边缘处不圆整的情况，导致绝缘材料内空间电荷分布测量结果不够准确的问题。
本发明一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其具体步骤为：
步骤一、将适当质量的半导电屏蔽材料放在屏蔽层模具的屏蔽层模板的圆孔中，并由上平板和下平板夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出，制作出一个半导电屏蔽层，重复步骤一，再制作出一个半导电屏蔽层，作为三层复合试样的上、下两层备用；
步骤二、将适当质量的绝缘材料放在绝缘层模具的绝缘层模板中央的圆孔中，由绝缘层模具的上垫板和下垫板带有圆柱形凸起结构的一侧夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出制得绝缘层，绝缘层两侧带有圆形槽，绝缘层作为三层复合试样的中间层备用；
步骤三：将压制成型的两个半导电屏蔽层分别放在绝缘层两侧的圆形槽内，三者一同放置在复合成型模具的定位凹模的圆孔中，复合成型模具的定位凹模与步骤二中的绝缘层模板结构一致，再将定位凹模固定于复合成型模具的上凹模和下凹模中间，采用螺栓将上凹模、定位凹模和下凹模拧紧，确保定位凹模、半导电屏蔽层和绝缘层被夹紧；将复合成型模具的上凸模和下凸模分别嵌入上凹模和下凹模中央的圆孔内，并一同放入平板硫化机中，施加所需的压力和温度，通过热压成型，即可制成三层复合塑料试样。
上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤一中所使用的屏蔽层模具，包括由上至下排布的上平板、屏蔽层模板和下平板，上平板和下平板由厚度为10mm-15mm的不锈钢平板制成，屏蔽层模板由厚度为0.5mm-2mm的中间带有直径为20mm-30mm的圆孔的不锈钢板制成。
上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤二中所使用的绝缘层模具，包括由上至下排布的上垫板、绝缘层模板和下垫板，上垫板和下垫板的中央部分带有圆柱形凸起结构，上垫板和下垫板的厚度均为10mm-15mm，圆柱形凸起结构的半径与屏蔽层模板中间的圆孔半径相同，圆柱形凸起结构的高度为0.3mm-1.8mm，绝缘层模板的厚度为1.3mm-4.3mm，绝缘层模板中央的圆孔直径为40mm-80mm，绝缘层模板的四角各有一个用于固定模板的圆孔，固定模板的圆孔的直径为3mm-7mm，上垫板的对角线两角处和下垫板的对角线两角处各有一个用于固定模板的圆柱销，圆柱销与用于固定模板的圆孔配合。
上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤三中所使用的复合成型模具，包括由上至下排布的上凹模、定位凹模和下凹模，还包括与上凹模配合的上凸模，与下凹模配合的下凸模；上凹模和下凹模均由厚度为10mm-15mm的不锈钢板制成，上凹模和下凹模中间的圆孔半径与屏蔽层模板中间的圆孔半径相同，上凹模四角各有一个放置螺栓的圆孔，下凹模四角各有一个固定螺母的六棱槽，上凸模和下凸模的厚度比上凹模和下凹模的厚度大1mm-2mm，上凸模和下凸模的半径与屏蔽层模板中间的圆孔半径相同，定位凹模与绝缘层模板结构相同，上凹模、定位凹模和下凹模由螺栓和螺母固定，构成三层复合试样的腔体，上凸模和下凸模由上凹模和下凹模中间的圆孔嵌入，构成三层复合试样两侧的施压传热模具。
本发明所达到的效果为：
本发明包括压制各层试样的模具和将三层试样压制成三层复合试样的嵌入型模具。
(1)三层复合试样的各层厚度均匀，各层之间有足够的结合力，且表面光滑平整；
(2)绝缘两侧半导电层的边缘形状规则圆整；
(3)所制成的空间电荷测量用三层复合试样与电缆实际绝缘结构相似，且测量过程中电场分布均匀，能提高空间电荷测量的准确性。
附图说明
图1是根据本发明的实施例屏蔽层模具的结构图；
图2是根据本发明的实施例绝缘层模具的结构图；
图3是根据本发明的实施例复合成型模具的结构图；
图4是根据本发明的实施例的绝缘层的结构图；
图5是图4的俯视图；
图6是根据本发明的实施例将压制成型的两个半导电屏蔽层分别放入绝缘层两侧的圆形槽内的过程示意图；
图7是根据本发明的实施例将压制成型的两个半导电屏蔽层分别放入绝缘层两侧的圆形槽内后的结构示意图；
图8是图7的俯视图。
图中：1-屏蔽层模具；1-1上平板；1-2屏蔽层模板；1-3下平板；2-绝缘层模具；2-1上垫板；2-2绝缘层模板；2-3下垫板；2-4圆柱形凸起结构；3-复合成型模具；3-1上凹模；3-2下凹模；3-3上凸模；3-4下凸模；3-5定位凹模；4-绝缘层；4-1圆形槽；5-半导电屏蔽层。
具体实施方式
在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
结合图1至图8，本发明的实施例提供了一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其具体步骤为：
步骤一、将适当质量的半导电屏蔽材料放在屏蔽层模具1的屏蔽层模板1-2的圆孔中，并由上平板1-1和下平板1-3夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出，制作出一个半导电屏蔽层5，重复步骤一，再制作出一个半导电屏蔽层5，作为三层复合试样的上、下两层备用；
步骤二、将适当质量的绝缘材料放在绝缘层模具2的绝缘层模板2-2中央的圆孔中，由绝缘层模具的上垫板2-1和下垫板2-3带有圆柱形凸起结构2-4的一侧夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出制得绝缘层4，绝缘层4两侧带有圆形槽4-1，绝缘层4作为三层复合试样的中间层备用；
步骤三：将压制成型的两个半导电屏蔽层5分别放在绝缘层4两侧的圆形槽4-1内，三者一同放置在复合成型模具3的定位凹模3-5的圆孔中，复合成型模具3的定位凹模3-5与步骤二中的绝缘层模板2-2结构一致，再将定位凹模3-5固定于复合成型模具3的上凹模3-1和下凹模3-2中间，采用螺栓将上凹模3-1、定位凹模3-5和下凹模3-2拧紧，确保定位凹模3-5、半导电屏蔽层5和绝缘层4被夹紧；将复合成型模具3的上凸模3-3和下凸模3-4分别嵌入上凹模3-1和下凹模3-2中央的圆孔内，并一同放入平板硫化机中，施加所需的压力和温度，通过热压成型，即可制成三层复合塑料试样。
另外，根据一种实现方式，结合图1所示，上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤一中所使用的屏蔽层模具1，包括由上至下排布的上平板1-1、屏蔽层模板1-2和下平板1-3，上平板1-1和下平板1-3由厚度为10mm-15mm的不锈钢平板制成，屏蔽层模板1-2由厚度为0.5mm-2mm的中间带有直径为20mm-30mm的圆孔的不锈钢板制成。
再者，根据一种实现方式，结合图2所示，上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤二中所使用的绝缘层模具2，包括由上至下排布的上垫板2-1、绝缘层模板2-2和下垫板2-3，上垫板2-1和下垫板2-3的中央部分带有圆柱形凸起结构2-4，上垫板2-1和下垫板2-3的厚度均为10mm-15mm，圆柱形凸起结构2-4的半径与屏蔽层模板1-2中间的圆孔半径相同，圆柱形凸起结构2-4的高度为0.3mm-1.8mm，绝缘层模板2-2的厚度为1.3mm-4.3mm，绝缘层模板2-2中央的圆孔直径为40mm-80mm，绝缘层模板2-2的四角各有一个用于固定模板的圆孔，固定模板的圆孔的直径为3mm-7mm，上垫板2-1的对角线两角处和下垫板2-3的对角线两角处各有一个用于固定模板的圆柱销，圆柱销与用于固定模板的圆孔配合。
最后，根据一种实现方式，结合图3所示，上述制备三层复合塑料试样的热压成型方法步骤三中所使用的复合成型模具3，包括由上至下排布的上凹模3-1、定位凹模3-5和下凹模3-2，还包括与上凹模3-1配合的上凸模3-3，与下凹模3-2配合的下凸模3-4；上凹模3-1和下凹模3-2均由厚度为10mm-15mm的不锈钢板制成，上凹模3-1和下凹模3-2中间的圆孔半径与屏蔽层模板1-2中间的圆孔半径相同，上凹模3-1四角各有一个放置螺栓的圆孔，下凹模3-2四角各有一个固定螺母的六棱槽，上凸模3-3和下凸模3-4的厚度比上凹模3-1和下凹模3-2的厚度大1mm-2mm，上凸模3-3和下凸模3-4的半径与屏蔽层模板1-2中间的圆孔半径相同，定位凹模3-5与绝缘层模板2-2结构相同，上凹模3-1、定位凹模3-5和下凹模3-2由螺栓和螺母固定，构成三层复合试样的腔体，上凸模3-3和下凸模3-4由上凹模3-1和下凹模3-2中间的圆孔嵌入，构成三层复合试样两侧的施压传热模具。
通过以上描述可知，上述根据本发明包括压制各层试样的模具和将三层试样压制成三层复合试样的嵌入型模具。使用此模具通过热压成型法制成的三层复合试样具有均匀确定的各层厚度，三层结构之间有足够的结合力，且各两侧嵌入试样的边缘平滑圆整，能够提高空间电荷分布测量的准确性。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。
Claims (4)
1.一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一、将适当质量的半导电屏蔽材料放在屏蔽层模具(1)的屏蔽层模板(1-2)的圆孔中，并由上平板(1-1)和下平板(1-3)夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出，制作出一个半导电屏蔽层(5)，重复步骤一，再制作出一个半导电屏蔽层(5)，作为三层复合试样的上、下两层备用；
步骤二、将适当质量的绝缘材料放在绝缘层模具(2)的绝缘层模板(2-2)中央的圆孔中，由绝缘层模具的上垫板(2-1)和下垫板(2-3)带有圆柱形凸起结构(2-4)的一侧夹紧，采用平板硫化机热压成型后取出制得绝缘层(4)，绝缘层(4)两侧带有圆形槽(4-1)，绝缘层(4)作为三层复合试样的中间层备用；
步骤三：将压制成型的两个半导电屏蔽层(5)分别放在绝缘层(4)两侧的圆形槽(4-1)内，三者一同放置在复合成型模具(3)的定位凹模(3-5)的圆孔中，复合成型模具(3)的定位凹模(3-5)与步骤二中的绝缘层模板(2-2)结构一致，再将定位凹模(3-5)固定于复合成型模具(3)的上凹模(3-1)和下凹模(3-2)中间，采用螺栓将上凹模(3-1)、定位凹模(3-5)和下凹模(3-2)拧紧，确保定位凹模(3-5)、半导电屏蔽层(5)和绝缘层(4)被夹紧；将复合成型模具(3)的上凸模(3-3)和下凸模(3-4)分别嵌入上凹模(3-1)和下凹模(3-2)中央的圆孔内，并一同放入平板硫化机中，施加所需的压力和温度，通过热压成型，即可制成三层复合塑料试样。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其特征在于：步骤一中所使用的屏蔽层模具(1)，包括由上至下排布的上平板(1-1)、屏蔽层模板(1-2)和下平板(1-3)，上平板(1-1)和下平板(1-3)由厚度为10mm-15mm的不锈钢平板制成，屏蔽层模板(1-2)由厚度为0.5mm-2mm的中间带有直径为20mm-30mm的圆孔的不锈钢板制成。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其特征在于：步骤二中所使用的绝缘层模具(2)，包括由上至下排布的上垫板(2-1)、绝缘层模板(2-2)和下垫板(2-3)，上垫板(2-1)和下垫板(2-3)的中央部分带有圆柱形凸起结构(2-4)，上垫板(2-1)和下垫板(2-3)的厚度均为10mm-15mm，圆柱形凸起结构(2-4)的半径与屏蔽层模板(1-2)中间的圆孔半径相同，圆柱形凸起结构(2-4)的高度为0.3mm-1.8mm，绝缘层模板(2-2)的厚度为1.3mm-4.3mm，绝缘层模板(2-2)中央的圆孔直径为40mm-80mm，绝缘层模板(2-2)的四角各有一个用于固定模板的圆孔，固定模板的圆孔的直径为3mm-7mm，上垫板(2-1)的对角线两角处和下垫板(2-3)的对角线两角处各有一个用于固定模板的圆柱销，圆柱销与用于固定模板的圆孔配合。
4.根据权利要求3所述的一种用于制备三层复合塑料试样的热压成型方法，其特征在于：步骤三中所使用的复合成型模具(3)，包括由上至下排布的上凹模(3-1)、定位凹模(3-5)和下凹模(3-2)，还包括与上凹模(3-1)配合的上凸模(3-3)，与下凹模(3-2)配合的下凸模(3-4)；上凹模(3-1)和下凹模(3-2)均由厚度为10mm-15mm的不锈钢板制成，上凹模(3-1)和下凹模(3-2)中间的圆孔半径与屏蔽层模板(1-2)中间的圆孔半径相同，上凹模(3-1)四角各有一个放置螺栓的圆孔，下凹模(3-2)四角各有一个固定螺母的六棱槽，上凸模(3-3)和下凸模(3-4)的厚度比上凹模(3-1)和下凹模(3-2)的厚度大1mm-2mm，上凸模(3-3)和下凸模(3-4)的半径与屏蔽层模板(1-2)中间的圆孔半径相同，定位凹模(3-5)与绝缘层模板(2-2)结构相同，上凹模(3-1)、定位凹模(3-5)和下凹模(3-2)由螺栓和螺母固定，构成三层复合试样的腔体，上凸模(3-3)和下凸模(3-4)由上凹模(3-1)和下凹模(3-2)中间的圆孔嵌入，构成三层复合试样两侧的施压传热模具。
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