CN109946145B - 一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法 - Google Patents

一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法,属于高电压绝缘研究领域。本发明为了解决现有技术制备的绝缘试样制存在效率低、精度差的问题;本发明包括板面平行布置的两片外极板和位于两片外极板之间的内板,内板两侧与外极板之间设有形状夹层,形状夹层的两侧的凹陷形成试样图形槽,试样图形槽与外极板的板面和内板的板面均形成试样型腔,外极板外侧安装有电压极,内板的外侧安装有地电极;本发明可以制得满足施加预电应力要求的试样,制样速率高,节省时间,减少金属用量节约成本。

Description

一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法
技术领域
一种试样模具及试样制备方法,属于高压绝缘研究领域,具体涉及一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法。
背景技术
目前我国经济飞速发展,各行业用电量逐年提高,对于高压输变电设备所用的环氧树脂绝缘材料的电学性能提出了更高的要求,在环氧树脂中添加适量纳米填料会改善其介电性能,而在实验阶段需要制备各尺寸的不同形状试样以便于进行各类测试判断其电学,力学等性能。
传统的用于浇注环氧树脂复合材料试样的模具所存在的问题:
1)缺乏合适形状尺寸的试样,不能满足各种实验装置要求。
2)传统模具制样速率低,需重复多次进行制样过程,导致制样耗时时间长,并且节约模具制作中金属的使用量,节约成本。
3)在浇注的过程中,无法控制试样的厚度,不能满足实验的精细化要求。
4)制备试样过程中无法对材料施加电场,不能满足特殊试样制备要求。
由此可见,目前传统的环氧树脂复合材料试样的浇灌模具制样精度不够,尺寸形状单一,对进一步的电学性能,力学性能等测试有很大影响。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本申请提出了一种可施加预电应力的多层试样制备模具及其制备方法,制备试样的尺寸形状多样,试样的厚度精确度高,并且能够施加预电应力改善填料在复合绝缘材料中的分布状态。
本申请的一种可施加预电应力的多层试样制备模具,包括板面平行布置的两片外极板和位于两片外极板之间的内板,内板两侧与外极板之间设有形状夹层,所述形状夹层的两侧的凹陷形成试样图形槽,试样图形槽与外极板的板面和内板的板面均形成试样型腔,所述外极板外侧安装有电压极,内板的外侧安装有地电极。
进一步的,所述内板的顶端开有两条第一导流缺口,外极板顶端开有第二导流缺口,形状夹层顶端边缘与第一导流缺口对合形成第一导流槽,形状夹层顶端边缘与第二导流缺口对合形成第二导流槽。
进一步的,所述试样图形槽为哑铃形或矩形。
进一步的,所述外极板、内板和形状夹层通过螺钉固定连接。
进一步的,所述外极板和内板的材质均为模具钢。
进一步的,所述形状夹层的材质为聚四氟乙烯。
进一步的,所述电压极和地电极的材质为模具钢。
一种利用可施加预电应力的多层试样制备模具制备试样的方法:
a、根据试验需要试样形状制备形状夹层的试样图形槽;
b、在外极板内侧、内板的两侧以及形状夹层的两侧侧面上喷涂脱模剂,待脱模剂充分氧化后对模具进行组装;
c、将环氧树脂复合绝缘材料混合液注入到模具后,将模具放入烘箱中进行高温固化,并且在升温固化过程中,对模具内环氧树脂复合绝缘材料施加一定的直流电场;
d、固化结束后,冷却至室温,脱模,获得预电应力作用下的环氧树脂复合绝缘试样。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
1)本申请的模具具有电压极和地电极,在试样制备过程对电极通电进而实现施加预电应力用以改善填料在复合绝缘材料中的分布状态。
2)模具同时可以成型多片试样,制样速率高,节省时间,减少金属用量节约成本。
3)本申请的模具试样夹层的试样图形槽的厚度形状来控制浇注试样的厚度,不仅可以根据具体要求更换不同厚度的形状夹层,而且试样夹层结构稳定,其试样图形槽的厚度不会因为高温或施加电场等外界因素产生影响,因此制备出高精度的规定厚度的试样。
4)本模具可以控制浇灌试样的形状,可以根据具体要求更换不同形状的形状夹层,可以满足力学和电学等性能测试要求。
附图说明
图1是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具结构示意图;
图2是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具中结构示意图;图2A为模具主视图,图2B为模具为主视剖面图;
图3是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具俯视图;
图4是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具左视图;
图5是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具示意图;图5A为外极板内侧图,图5B为内板左视图。
图6是本发明实施例的可施加预电应力的多层浇灌环氧树脂复合材料多形状试样的模具中形状夹层的结构示意图;图6A为力学拉伸实验所用的哑铃状试样模具,图6B为电学性能实验试样模具。
图中:1、外极板,2、内板,3、形状夹层,4、电压极,5、地电极,6、螺孔,7、第二导流槽,8、第一导流槽。
具体实施方式
现有技术中已经得知在预电应力条件下环氧树脂固化后会对力学性能或电学性能产生一定影响,因此,在环氧树脂复合材料试样制备过程中需要施加预电应力,进而得到所需试样,但现有技术中的试样在制备过程中采用额外电极对试样施加预电应力,但由于结构的原因,预电应力的施加通常集中在试样的某个点或某一部分,并不能对整个试样施加,在后续的试验过程中会存在很大的偏差;
实施例一、本实施例的一种可施加预电应力的多层试样制备模具如图1所示,包括板面平行左右布置的两片外极板1和位于两片外极板1之间的内板2,内板2两侧与外极板1之间设有形状夹层3,形状夹层3的左右两侧表面凹陷形成若干试样图形槽,试样图形槽根据实际需要进行制备,形状夹层左右两侧的试样图形槽与外极板1的内侧板面和内板2的一侧板面对合形成试样型腔;本申请的该结构可以同时制备四层试样材料,每片材料的试样形状可以单独设计,制备的试样材料具有高效性和灵活性,为后续试验做好准备;
由于现有技术中对于高压输变电设备所用的环氧树脂绝缘材料的电学性能提出了更高的要求,因此很多研究人员发现在环氧树脂中添加适量纳米填料会改善其介电性能,但填料分布的情况会对环氧树脂绝缘材料有很大影响,若填料分布不均,很有可能造成试验数据误差过大,影响试验结果,因此,本实施例在左侧外极板1左侧面和右侧外极板1的右侧侧面打孔,并在孔内嵌插电压极4,并且在内板2的前侧侧面打孔,在该孔内嵌插安装地电极5,在环氧树脂试样材料固化过程中对电压极4、地电极5通电形成预电应力,通电后外极板1和内板之间可以形成均匀平行电场,这种均化电场在给逐渐固化的环氧树脂试样施加预电应力时,使模具内部各个角落所受到的电场都是相同的,避免了不均匀电场引起的附加力使熔融状态下的试样材料发生转移,会影响试样厚度的均匀性;
本实施例包括电压调节芯片,该电压调节芯片可以通过采购现有市面的电压调节芯片,其作用是可以产生恒定直流电压、矩形波电压或锯齿波电压,打破传统试验过程中只增加恒定直流电压的局限性,满足环氧树脂绝缘材料中添加不同的填料施加不同预定应力的要求,提供更多和更为多样的实验样品。
本实施例所述的外极板1长宽均为200mm,厚度为10mm;所述的内板2厚度为15mm,长宽均为200mm;的形状夹层3外长宽均为200mm;的电压极4的直径为10mm,长为30mm,各面1个;地电极5的直径为10mm,长为30mm。
本实施例的内板2的顶端开有两条第一导流缺口,外极板1顶端开有第二导流缺口,形状夹层3顶端边缘与第一导流缺口对合形成第一导流槽8,形状夹层3顶端边缘与第二导流缺口对合形成第二导流槽7,第一导流槽8和第二导流槽7位于模具的顶端,在注模过程中环氧树脂材料溶液在重力作用下流入型腔内,环氧树脂溶液在重力作用下将型腔填满并减少气泡的产生,在施加预电应力过程中,环氧树脂材料在重力以及电场应力作用下内部填料分布会有所调整,但试样材料的物理性状和厚度不会有明显变化,保证了试样的厚度、大小的精确度,并且该结构对于模具的外部参数要求不高,只要保证模具在高温固化过程中不会倾倒,外极板和内板不会变形即可,这样可以大大降低了加工难度和节约模具材料的使用。
由于本申请的模具在工作过程中需要施加预电应力,模具内表面的粗糙度也会对电场产生影响,虽然微小的毛刺或凸起对于材料的物理性状不会有很大影响,但其通电后,该毛刺或凸起部分的周围会形成不均匀电场区域,那么该区域的填料分布势必会收到影响,会对后续的试样产生严重的影响,因此,本实施例要求外极板和内板的粗糙度范围为0.01-0.16之间。
本实施例所示的导流缺口通过在外极板1顶端和内板2的顶端部分棱角处设置倒角而形成,倒角为10°,第一导流槽8和第二导流槽7的形状和结构相同,导流槽的长为140mm,宽为20mm。
如图6所示,试样图形槽为哑铃形或矩形,哑铃形试样可以用作力学拉升试验中,矩形可根据需要进行剪裁配合不同的试验器材进行电学性能的试验,在使用过程中,可以根据不同的需要制备不同的形状夹层3的图形,通过浇注得到所需厚度的试样。
由图1所示,本实施例所述的外极板1、内板2和形状夹层3通过螺钉6固定连接,螺钉6均匀阵列布置在模具的边缘,本实施例通过采用内板2结构,在增加试样数量的同时,节省了螺丝数目,缩短了制备时间,减少模具的整体体积。
由于本申请的模具需要进行高温固化的操作,因此,所述外极板1和内板2的材质均为模具钢,电压极4和地电极5的材质为模具钢;外极板1和内板2两个平行的板体直接作为电极板使用,不仅该模具的耐高温性能和耐磨性能良好,通电后产生的电场更为均匀,同材料的电压极、地电极、外极板和内板在通电后,产生的电场具有良好的稳定性和均化性。
本实施例选用的形状夹层3的材质为聚四氟乙烯,其具有了良好的不沾附、易清洁残余环氧材料、耐高温、耐腐蚀、高润滑和优良的电绝缘性,在施加电场过程中不会产生干扰电场应力,使十样材料受到的电场应力方向统一。
本实施例制作用于机械拉伸的预电应力处理的环氧复合试样,具体包括如下步骤:
a、以制备图6-B所示的形状夹层3,夹层厚度为0.2mm为模具夹板,制备预电应力下环氧树脂复合绝缘材料的平板试样
b、在外极板1内侧、内板2的两侧以及形状夹层3的两侧侧面上喷涂脱模剂,待脱模剂充分氧化后对模具进行组装;
c、将处理好的熔融状态的环氧树脂复合绝缘材料混合液导入模具后,将模具放入烘箱中(注意:模具底部接触材料应为绝缘材料且模具不可与箱体金属接触),按照电压极4接预电应力电源控制模块,地电极5接箱体地线的方式接线。在环氧树脂复合绝缘材料的固化过程中对电极4和电极5施加0.4kV直流电压,使环氧树脂复合绝缘材料在2kV/mm作用下固化,设置的电压为2KV,工作时间为1h。
d、固化结束后,冷却室温,脱模获得预电应力下环氧树脂复合绝缘材料。
本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性,也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容,在上述教导的指引下,还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用,从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此,应当理解的是,本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。

Claims (6)

1.一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:包括板面平行布置的两片外极板和位于两片外极板之间的内板,内板两侧与外极板之间设有形状夹层,所述形状夹层的两侧的凹陷形成试样图形槽,试样图形槽与外极板的板面和内板的板面均形成试样型腔,所述外极板外侧安装有电压极,内板的外侧安装有地电极;
所述内板的顶端开有两条第一导流缺口,外极板顶端开有第二导流缺口,形状夹层顶端边缘与第一导流缺口对合形成第一导流槽,形状夹层顶端边缘与第二导流缺口对合形成第二导流槽;
还包括以下制备方法:
a、根据试验需要试样形状制备形状夹层的试样图形槽;
b、在外极板内侧、内板的两侧以及形状夹层的两侧侧面上喷涂脱模剂,待脱模剂充分氧化后对模具进行组装;
c、将环氧树脂复合绝缘材料混合液注入到模具后,将模具放入烘箱中进行高温固化,并且在升温固化过程中,根据试样需要对模具内环氧树脂复合绝缘材料施加直流电场;
d、固化结束后,冷却至室温,脱模,获得预电应力作用下的环氧树脂复合绝缘试样。
2.根据权利要求1所述一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:所述试样图形槽为哑铃形或矩形。
3.根据权利要求1所述一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:所述外极板、内板和形状夹层通过螺钉固定连接。
4.根据权利要求1所述一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:所述外极板和内板的材质均为模具钢。
5.根据权利要求1所述一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:所述形状夹层的材质为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述一种可施加预电应力的多层试样制备模具,其特征在于:所述电压极和地电极的材质为模具钢。
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