CN107972289B - 环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法 - Google Patents

环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其包括：（一）将玻璃布和玻璃毡放入烘箱中烘烤；（二）将无机填料与分散剂在高速搅拌机中混合均匀，配成白浆，无机填料为二氧化钛与针状硅灰石粉的混合物；（三）将无碱玻璃布和玻璃毡复合在一起，用绕布机将其缠绕在覆有高温薄膜或者涂有脱模剂的模具上；（四）将白浆与环氧树脂等混合制备环氧树脂预浸料，均匀浸渍于玻璃布上；（五）固化，固化完成后，将模具从烘箱中取出，冷却，将外表面的2～3层剥离；（六）重复工序（三）至（五）多次，直至所述端圈厚度达到要求。本发明有效解决环氧玻璃布增强绝缘端圈长期存在的层间剪切问题，制备的绝缘端圈使用性能好。

Description

环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法
技术领域
本发明涉及薄壁干式变压器绝缘材料技术领域，具体地涉及一种玻璃布和玻璃毡复合增强环氧绝缘端圈的制备方法。
背景技术
目前制作环氧绝缘端圈主要的增强方式有两种：玻璃布增强和玻璃丝增强。玻璃丝增强环氧绝缘端圈电性能优良，不存在层间剪切的问题，整体机械强度较高；但是成型周期相当长，而且需要专门的缠绕设备，成本较玻璃布增强成本要高出3～4倍。在竞争日益激烈的绝缘材料行业，市场份额越来越少。玻璃布增强的环氧绝缘端圈，电性能优良，制作工艺简单，成型周期短，无需专门设备，所以制作成本大大降低，但因为轴向存在层间剪切的问题，导致在轴向的机械强度与径向相比大大降低，造成端圈分层断裂，严重影响使用性能。解决环氧玻璃布增强绝缘端圈的层间剪切问题，是促进该产业进一步发展的关键。
发明内容
本发明的目的在于解决环氧玻璃布增强绝缘端圈的层间剪切问题而提供一种新的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其包括以下工序：
(一)将玻璃布和玻璃毡放入烘箱中，于60～80℃条件下烘烤；
(二)将无机填料与分散剂按照质量比为1:0.8～3的比例，在高速搅拌机中混合均匀，配成白浆，所述无机填料为二氧化钛与针状硅灰石粉按质量比1：0.5～2组成的混合物；
(三)将无碱玻璃布和玻璃毡按照一层玻璃布复合一层玻璃毡，底层为玻璃毡的方式复合在一起，用绕布机将其缠绕在覆有高温薄膜或者涂有脱模剂的模具上，缠绕圈数为30～40圈；
(四)将所述白浆与环氧树脂、固化剂、固化促进剂混合制备环氧树脂预浸料，将经过工序(三)的模具放入真空浸渍设备中，通过真空压力浸渍工艺将环氧树脂预浸料均匀浸渍于玻璃布上；
(五)将经过工序(四)的模具放入烘箱中，在140～180℃条件下，进行固化，固化完成后，将模具从烘箱中取出，冷却，将外表面的2～3层剥离，使表面光洁；
(六)重复工序(三)至(五)多次，直至所述端圈厚度达到要求。
进一步地，工序(一)中，烘烤时间为24小时以上，优选为36小时以上，更优选为48小时以上。烘烤温度优选为60～70℃。
优选地，所述的无碱玻璃布为无捻粗纱无碱玻璃布，单层厚度为0.1～0.15mm，单丝纤度在40～60dtex。在根据本发明的一个具体实施方式中，无碱玻璃布的单层厚度为约0.14mm。
优选地，所述的玻璃毡为无碱玻璃纤维连续针刺毡，单层厚度为0.1～0.15mm，单丝纤度在20～40dtex。在根据本发明的一个具体实施方式中，玻璃毡的单层厚度为约0.1mm。
优选地，工序(二)中，所述二氧化钛的粒径为250～350纳米，所述针状硅灰石粉的尺寸为1～10微米，长径比大于10。在一个具体实施方式中，二氧化钛的粒径为约300纳米。
优选地，工序(二)中，所述分散剂为有机硅消泡剂与选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮中的两种或两种以上的混合物，其中有机硅消泡剂在所述分散剂中的质量含量为0.5％～1.5％。在一个具体实施方式中，有机硅消泡剂在所述分散剂中的质量含量为约1％。消泡剂的加入有效防止了浸渍和固化去过程中起泡的现象，使绝缘端圈内部部起泡的现象得到解决。
优选地，所述的有机硅消泡剂为有机硅改性环氧树脂，如市售信越ES-1001N。
优选地，工序(二)中，无机填料与分散剂的重量比为1：1～3。
根据本发明，所述的高温薄膜可以为高温聚丙烯薄膜，脱模剂可以为市售有机硅脱模剂。
优选地，所述环氧树脂为海因环氧树脂或酚醛改性双酚A型环氧树脂。具体的，酚醛改性双酚A型环氧树脂优选为F-51型或F-44型。
优选地，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或两种。
优选地，所述固化促进剂为叔胺类固化剂或咪唑类固化剂，其中叔胺类固化剂可以为例如N,N-二甲基苄胺，咪唑类固化剂可以为例如液体2-乙基-4-甲基咪唑。
优选地，所述环氧树脂预浸料的制备过程为：将环氧树脂在烘箱中烘烤，使其粘度降低，然后按照质量份数，将环氧树脂30～50份，固化剂30～45份，白浆10～25份，固化促进剂0.1～0.2份混合，用高速搅拌机分散，制得环氧树脂预浸料。其中，烘烤温度可以为70～80℃，搅拌分散时间为例如5min。
优选地，所述白浆的制备过程如下：将分散剂放入高速搅拌机搅拌桶中并启动搅拌，开启加热升温至50～70℃，然后将二氧化钛和针状硅灰石粉依次缓慢的加入，高速搅拌，直至分散均匀，即得。
根据本发明的一个方面，所述真空压力浸渍的具体工艺条件为，压力为0.06～0.08MPa，浸渍次数为3～5次，优选4次，时间为1～1.5小时。真空浸渍VPI工艺中对压力的控制很好的解决了玻璃布易褶皱的难题，减少了内部缺陷。此处压力控制非常重要，过高的压力容易造成外表面缺胶；压力过低容易导致内表面缺胶，也会导致浸渍时间过长和次数增加。
根据本发明的又一方面，工序(五)中，固化工艺为：将模具在烘箱中的转速控制在10～20转/min；温度控制在160±20℃；时间为1.5～2.5小时。
优选地，端圈厚度达到要求，固化完成后，从烘箱中取出模具，冷却50～100min后再脱模。脱模后，根据尺寸要求进行切割，剥离和打磨等后续处理。
由于以上方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明制备环氧绝缘端圈的方法中，采用玻璃毡与玻璃布的复合缠绕方式以及结合特定的无机填料，增强了玻璃布层间的剪切应力，防止分层开裂，能够使由来已久的层间剪切问题得到很好解决。此外，本发明工艺简单，易于控制，原材料廉价易得，对设备和装置无特殊要求，生产效率高。
附图说明
图1为玻璃布和玻璃毡复合缠绕方式示意图，其中1、玻璃布；2、玻璃毡；3、模具。
具体实施方式
本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃布和玻璃毡复合增强环氧绝缘端圈的制备方法，以解决环氧玻璃布增强绝缘端圈长期存在的层间剪切问题，防止端圈分层开裂，提高使用性能。
本发明中，玻璃布和玻璃毡的复合缠绕方式，使玻璃布层间都有一层玻璃毡，得到了玻璃毡和无机填料双重增强的效果。无机填料为二氧化钛、针状硅灰石粉的混合物。二氧化钛补强作用好，遮盖力强，产品外观质量好；大长径比的硅灰石粉，能够大大提高其补强效果，增强机械性能。将无机填料预先分散在液体分散剂中，并用高速搅拌机分散制成白浆。后续配制环氧树脂预浸料时，不会出现分散不均匀的现象。
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例所用原料均为工业品。
实施例中，玻璃布为无捻粗纱无碱玻璃布，单层厚度为0.14mm，单丝纤度在40～60dtex；玻璃毡为无碱玻璃纤维连续针刺毡，单层厚度为0.1mm，单丝纤度在20～40dtex。
实施例中，二氧化钛的粒径为约300纳米，所述硅灰石粉的尺寸为1～10微米，长径比大于10。
实施例1
一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃布和玻璃毡放入烘箱中，60℃条件下，烘烤48小时以上。
(2)将1kg信越有机硅改性环氧树脂ES-1001N，加入到50公斤乙酸乙酯和49公斤乙酸丁酯组成的混合物中，搅拌均匀，制成分散剂。
(3)称取50公斤粒径为300纳米左右的二氧化钛，50公斤粒径为1～10微米的硅灰石。
(4)将100公斤分散剂升温至60℃，把计量好的二氧化钛和硅灰石，依次缓慢地加入分散剂中，用高速搅拌机在60℃左右搅拌3小时左右配成白浆。
(5)将玻璃布和玻璃毡用绕布机缠绕在覆有高温聚丙烯薄膜的模具上，缠绕40圈，如图1所示。
(6)将F-51双酚A环氧树脂在80℃条件下加热4小时；称取50公斤F-51双酚A环氧树脂、35公斤甲基四氢苯酐、15公斤白浆、0.2公斤N,N-二甲基苄胺，用高速搅拌机混合均匀，制成环氧树脂预浸料。
(7)将环氧树脂预浸料倒入VPI设备中，控制设备内温度为40℃左右，将绕有玻璃布和玻璃毡的模具放入真空浸渍设备中。控制真空压力为0.07MPa左右，浸渍次数4次，时间1.2小时左右。
(8)烘箱温度升至160℃，将经过步骤(7)的模具放入烘箱中，转速维持在20转/min，160±5℃条件下，固化60min，然后将烘箱温度调至150±5℃，继续固化80min。
(9)固化完成后，将模具从烘箱中取出，放置在室温下冷却30min，将外表面2～3层剥离使表面光洁。
(10)重复(5)～(7)的步骤多次，直至端圈厚度达到要求，按照规定的尺寸依次进行切割，剥离和打磨处理，加工至规定尺寸。
实施例2
一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃布和玻璃毡放入烘箱中，70℃条件下，烘烤36小时以上。
(2)将1kg信越有机硅改性环氧树脂ES-1001N，加入到50公斤乙酸乙酯和49公斤乙酸丁酯组成的混合物中，搅拌均匀，制成分散剂。
(3)称取50公斤粒径为300纳米左右的二氧化钛，50公斤粒径为1～10微米的硅灰石。
(4)将100公斤分散剂升温至60℃，把上述计量好的二氧化钛和硅灰石依次缓慢地加入分散剂中，用高速搅拌机在60℃左右搅拌3小时左右配成白浆。
(5)将玻璃布和玻璃毡用绕布机缠绕在覆有高温聚丙烯薄膜的模具上，缠绕40圈，如图1所示。
(6)将海因环氧树脂在80℃条件下加热4小时；称取45公斤海因环氧树脂、45公斤甲基六氢苯酐、10公斤白浆、0.1公斤N,N-二甲基苄胺用高速搅拌机混合均匀，制成环氧树脂预浸料。
(7)将环氧树脂预浸料倒入VPI设备中，控制设备内温度为40℃左右，将绕有玻璃布和玻璃毡的模具放入真空浸渍设备中。控制真空压力为0.08MPa左右，浸渍次数4次，时间1.2小时左右。
(8)烘箱温度升至160℃，将模具放入烘箱中，转速维持在20转/min，170±5℃条件下，固化60min，然后将烘箱温度调至170±5℃，继续固化80min。
(9)固化完成后，将模具从烘箱中，放置在室温下冷却30min，将外表面2～3层剥离使表面光洁。
(10)重复(5)～(7)的步骤多次，直至端圈厚度达到要求，按照规定的尺寸依次进行切割，剥离和打磨处理，加工至规定尺寸。
实施例3
一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玻璃布和玻璃毡放入烘箱中，60℃条件下，烘烤48小时以上。
(2)将1kg信越有机硅改性环氧树脂ES-1001N，加入到50公斤乙酸乙酯和49公斤乙酸丁酯组成的混合物中，搅拌均匀，制成分散剂。
(3)称取50公斤粒径为300纳米左右的二氧化钛，50公斤粒径为1～10微米的硅灰石。
(4)将100公斤分散剂升温至60℃，把上述计量好的二氧化钛和硅灰石，依次缓慢地加入分散剂中，用高速搅拌机在60℃左右搅拌3小时左右配成白浆。
(5)将玻璃布和玻璃毡用绕布机缠绕在覆有高温聚丙烯薄膜的模具上，缠绕40圈，如图1所示。
(6)将海因环氧树脂在80℃条件下加热4小时；称取45公斤海因环氧树脂、45公斤甲基纳迪克酸酐、10公斤白浆、0.2公斤液体2-乙基-4-甲基吡啶用高速搅拌机混合均匀，制成环氧树脂预浸料。
(7)将环氧树脂预浸料倒入VPI设备中，控制设备内温度为40℃左右，将绕有玻璃布和玻璃毡的模具放入真空浸渍设备中。控制真空压力为0.07MPa左右，浸渍次数4次，时间1.2小时左右。
(8)烘箱温度升至160℃，将模具放入烘箱中，转速维持在20转/min，180±5℃条件下，固化60min，然后将烘箱温度调至150±5℃，继续固化80min。
(9)固化完成后，将模具从烘箱中，放置在室温下冷却30min，将外表面2～3层剥离使表面光洁。
(10)重复(5)～(7)的步骤多次，直至端圈厚度达到要求，按照规定的尺寸依次进行切割，剥离和打磨处理，加工至规定尺寸。
性能测试:
对按照实施例1至3的方法制备的环氧玻璃布增强绝缘端圈的各项性能指标进行检测，结果参见下表1。
表1
Figure GDA0002397768940000071
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于，包括以下工序：
（一）将无碱玻璃布和玻璃毡放入烘箱中，于60~80℃条件下烘烤；
（二）将无机填料与分散剂按照质量比为1:0.8~3的比例，在高速搅拌机中混合均匀，配成白浆，所述无机填料为二氧化钛与针状硅灰石粉按质量比1：0.5~2组成的混合物，所述二氧化钛的粒径为250~350纳米，所述针状硅灰石粉的尺寸为1～10微米，长径比大于10；
（三）将无碱玻璃布和玻璃毡按照一层无碱玻璃布复合一层玻璃毡，底层为玻璃毡的方式复合在一起，用绕布机将其缠绕在覆有高温薄膜或者涂有脱模剂的模具上，缠绕圈数为30～40圈；
（四）将所述白浆与环氧树脂、固化剂、固化促进剂混合制备环氧树脂预浸料，将经过工序（三）的模具放入真空浸渍设备中，通过真空压力浸渍工艺将所述环氧树脂预浸料均匀浸渍于无碱玻璃布上；所述真空压力浸渍的具体工艺条件为：压力为0.06~0.08MPa，浸渍次数为3~5次，时间为1~1.5小时；
（五）将经过工序（四）的模具放入烘箱中，在140~180℃条件下，进行固化，固化完成后，将模具从烘箱中取出，冷却，将外表面的2～3层剥离，使表面光洁；
（六）重复工序（三）至（五）多次，直至所述端圈厚度达到要求。
2.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：所述的无碱玻璃布为无捻粗纱无碱玻璃布，单层厚度为0.1~0.15mm，单丝纤度在40~60dtex；所述的玻璃毡为无碱玻璃纤维连续针刺毡，单层厚度为0.1~0.15mm，单丝纤度在20~40dtex。
3.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：所述分散剂为有机硅消泡剂与选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮中的两种或两种以上的混合物，其中有机硅消泡剂在所述分散剂中的质量含量为0.5%~1.5%。
4.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：将分散剂放入高速搅拌机搅拌桶中并启动搅拌，开启加热升温至50~70℃，然后将二氧化钛和针状硅灰石粉依次缓慢的加入，高速搅拌，直至分散均匀，即得所述白浆。
5.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：所述的高温薄膜为高温聚丙烯薄膜，所述的脱模剂为有机硅脱模剂。
6.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂为海因环氧树脂或酚醛改性双酚A型环氧树脂；所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐中的一种或两种；所述固化促进剂为叔胺类固化剂或咪唑类固化剂。
7.根据权利要求1或6所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：所述环氧树脂预浸料的制备过程为：将环氧树脂放入烘箱烘烤使其粘度降低，然后按照质量份数，将环氧树脂30~50份，固化剂30~45份，白浆10~25份，固化促进剂0.1~0.2份混合，用高速搅拌机分散，即制得所述的环氧树脂预浸料。
8.根据权利要求1所述的环氧玻璃布增强绝缘端圈的制备方法，其特征在于：工序（六）完成后，从烘箱中取出模具，冷却50～100min后再脱模。
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