KR20050029012A - Method for manufacturing unified polymeric arresters using vacuum injection molding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 다축 필라멘트 와인딩에 의한 폴리머 피뢰기의 모듈을 제조하고, 이를 일체형 폴리머 피뢰기 제조를 위한 금형에 장착하여 모듈과 하우징을 일체형으로 진공 사출 성형함으로써 기밀 불량에 의한 흡습 사고의 위험을 방지할 수 있는 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an integrated polymer arrester using vacuum injection molding, and more particularly, to manufacture a module of a polymer arrester by multiaxial filament winding, and to mount it on a mold for manufacturing an integrated polymer arrester, thereby vacuuming the module and the housing integrally. The present invention relates to a method for manufacturing an integrated polymer lightning arrester using vacuum injection molding which can prevent the risk of hygroscopic accident due to poor sealing by injection molding.
피뢰기는 송ㆍ배전, 발ㆍ변전소 및 전차선로에서 낙뢰 또는 회로 개폐에 의한 써지(surge)와 같은 일시적인 과전압을 제한하고, 속류를 차단하는 보호장치이다. 특히, 외장의 피뢰기 하우징과 쉐드(shed)는 외부 환경으로부터 산화아연(ZnO) 소자 등의 흡습이나 기타에 의한 내부 부품을 보호한다. 그러나, 이와 같은 피뢰기에 일시적인 과전압이나 고장전류가 인입되면 연면섬락 등이 일어나면서 내부 압력이 급격하게 상승되어 폭발, 비산하게 된다.Arresters are protection devices that limit transient overvoltages, such as surges caused by lightning strikes or circuit openings and surges, in power transmission and distribution, power generation and substations and tram lines. In particular, the external arrester housing and the shed protect the internal components by moisture absorption or other such as zinc oxide (ZnO) elements from the external environment. However, when transient overvoltage or fault current enters such an arrester, creepage flashover occurs, and the internal pressure rapidly rises, causing explosion and scattering.
종래 피뢰기는 주로 자기(porcelain)로 되어 있으며, 내아크성, 내트래킹성, 내열성 및 내후성이 우수하고, 가격도 저렴하여 사실상 거의 모든 옥외용 절연물에 적용되어 왔다. 그러나, 자기 절연물은 충격강도가 약하고, 수축율이 크며, 일체형의 절연물 제조가 어려워 산화아연 소자를 직렬로 삽입하고, 스프링을 삽입하여 금속 캡을 씌운다. 그러나, 다중뇌 및 각종 써지의 유입으로 분자운동을 촉진시키는 저항분 전류가 증가하여 온도를 상승시키게 되면 피뢰기는 열적 불안정 상태에 이르게 되어 열팽창에 의한 외부 공기의 유입이 일어나 산화아연 소자의 열화를 가져오는 반복적인 결과로 사고를 유발하고 있다. Conventional lightning arresters are mainly made of porcelain, have excellent arc resistance, tracking resistance, heat resistance and weather resistance, and are inexpensive and have been applied to virtually all outdoor insulators. However, magnetic insulators have low impact strength, large shrinkage rate, and difficult to manufacture integral insulators, so that zinc oxide elements are inserted in series, and springs are inserted to cover metal caps. However, if the resistance current that promotes molecular movement increases due to the inflow of the multi-brain and various surges, and the temperature is increased, the arrester reaches a thermal instability state and the inflow of external air due to thermal expansion causes deterioration of the zinc oxide element. The repetitive consequences are causing accidents.
따라서, 이와 같은 문제점에 대한 대안으로 폴리머 피뢰기가 개발되어 선을 보이고 있다. 종래에는 FRP(Fiberglass Reinforced Plastics) 튜브에 산화아연 소자를 삽입한 구조나 필라멘트 와인딩 및 프리프레그(prepreg)에 의한 방법으로 피뢰기 모듈을 제작하여, 도 1에 도시된 바와 같은 피뢰기 모듈(10)을 도 2에서와 같은 하우징(20) 내부에 기계적 힘으로 삽입하여, 도 3에서와 같이 중간 조립하여 사용하였다. 도 1 내지 도 3에서 참조 번호 11은 특성요소(ZnO 소자), 12는 알루미늄 전극, 13은 내열성 폴리프로필렌 필름, 14는 고강도 보강섬유(glassfiber + epoxy 수지)를 각각 나타낸다. Therefore, a polymer lightning arrester has been developed and shown as an alternative to such a problem. Conventionally, a lightning arrester module is manufactured by a method in which a zinc oxide element is inserted into a FRP (Fiberglass Reinforced Plastics) tube, or by a method of filament winding and prepreg, thereby illustrating the arrester module 10 as shown in FIG. 1. Inserted into the housing 20 as a mechanical force as in 2, was used as an intermediate assembly as in FIG. In Figures 1 to 3, reference numeral 11 is a characteristic element (ZnO element), 12 is an aluminum electrode, 13 is a heat-resistant polypropylene film, 14 is a high strength reinforcing fiber (glassfiber + epoxy resin), respectively.
이와 같은 방식은 모듈의 삽입을 용이하게 하기 위하여 표면 가공을 해야 하며, 습기 침투를 방지하기 위하여 하우징과 모듈 계면 사이(하우징 내부)를 오일이나 그리스(grease)로 처리하고 있지만, 피뢰기의 온도 상승 및 열적 불안정 상태에서는 모듈과 피뢰기 하우징 사이에 계면이 존재하게 된다. 또한 이를 보호하기 위하여 상, 하부 캡(cap)을 접착하여 사용하기 때문에 생산공정이 번거롭고 제품 생산에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. This method requires surface processing to facilitate the insertion of the module, and oil or grease is applied between the housing and the module interface (inside the housing) to prevent moisture penetration. In thermal instability there is an interface between the module and the arrester housing. In addition, there is a problem that the production process is cumbersome and takes a lot of time to produce the product because the upper and lower caps are bonded to protect them.
또한, 이상과 같은 피뢰기 내부에 공기층이 존재하게 되면 수분 침투시 내부섬락이 발생될 뿐만 아니라 수분이 수증기화 되어 코로나 현상 및 공기중의 오존과 질소가 결합하여 강산성인 질산용액을 만들기 때문에 내부의 손상이 일어나 사고의 원인이 된다. 뿐만 아니라 이와 같은 원인에 의한 사고로 인하여 주변 기기 및 인체에 대해 손상을 가할 위험성이 있다.In addition, if an air layer is present inside the arrester as described above, internal flashover occurs when moisture is infiltrated, and water vaporizes to corona, and ozone and nitrogen in the air combine to form a strong acidic nitric acid solution, thereby causing internal damage. This happens and causes an accident. In addition, there is a risk of damage to the peripheral device and the human body due to such an accident.
본 발명은 이상과 같은 종래 폴리머 피뢰기에서의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 종래의 피뢰기 모듈을 하우징에 삽입하는 방식과는 달리 피뢰기 모듈과 하우징을 일체형으로 사출 성형함으로써 기밀 불량에 의한 흡습 사고의 위험을 줄일 수 있는 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention was created in order to improve the problems of the conventional polymer arrester as described above, unlike the method of inserting the conventional arrester module into the housing, by injection molding the arrester module and the housing integrally to prevent moisture absorption accidents due to poor airtight It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an integrated polymer arrester using vacuum injection molding, which can reduce risk.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법은,In order to achieve the above object, a method of manufacturing an integrated polymer lightning arrestor using vacuum injection molding according to the present invention,
다축 필라멘트 와인딩에 의한 일체형 폴리머 피뢰기의 기초 모듈을 제조할 때, 진공 사출 성형시 하우징 고무가 가류 온도에 견딜 수 있도록 하기 위해 에폭시 수지와 내열성 합성수지 필름으로 몸체를 처리하는 단계;When manufacturing the basic module of the integral polymer arrester by multiaxial filament winding, treating the body with an epoxy resin and a heat resistant synthetic resin film so that the housing rubber can withstand the vulcanization temperature during vacuum injection molding;
상기 에폭시 수지와 내열성 합성수지 필름의 경화 후, 모듈과 하우징을 일체형으로 진공 사출 성형하기 위해 금형에 장착하기 전에 상기 기초 모듈의 몸체 부분과 상,하부 전극의 이종 재질에 접착 접착 및 성능 향상을 위해 서로 다른 프라이머(primer)를 동시에 처리하는 단계; 및After curing of the epoxy resin and the heat-resistant synthetic resin film, and before mounting the module and the housing integrally in the mold for vacuum injection molding, the body parts of the base module and the different materials of the upper and lower electrodes are bonded to each other to improve adhesion and performance. Simultaneously processing different primers; And
상기 처리된 폴리머 피뢰기 모듈을 하우징 일체형으로 사출 성형하기 위하여 진공 사출 성형 금형에 장착하여 진공 사출 성형하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.It is characterized in that it comprises the step of vacuum injection molding the polymer injection arrester module mounted on the vacuum injection molding mold for injection molding the housing integrally.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법에 있어서, 다축 필라멘트 와인딩에 의한 폴리머 피뢰기의 모듈을 제조하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다. 4 to 7 are views sequentially showing a process of manufacturing a module of the polymer arrester by multi-axial filament winding in the method of manufacturing an integrated polymer arrester using vacuum injection molding according to the present invention.
도 4를 참조하면, 먼저 상부 알루미늄 너클 전극(101), 특성 요소(ZnO 소자) (102), 보호전극(103), 접시스프링(104) 및 하부 알루미늄 너클 전극(105)을 직렬형태로 차례로 조립하여 피뢰기의 기초 모듈을 형성하게 된다. 이때, 이와 같은 조립은 120kg/중의 압력으로 가압하여 조립한다. Referring to FIG. 4, first, the upper aluminum knuckle electrode 101, the characteristic element (ZnO element) 102, the protective electrode 103, the dish spring 104 and the lower aluminum knuckle electrode 105 are sequentially assembled in series. Thereby forming the basic module of the arrester. At this time, such assembly is assembled by pressing at a pressure of 120kg / weight.
이렇게 하여 피뢰기의 기초 모듈이 형성되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 모듈의 양단부의 상, 하부 전극(101)(105)을 제외한 몸체 전체 부위에 후속 공정에서의 와인딩 수지(에폭시 수지)가 스며드는 것을 방지하고, 일체형 사출 시 하우징 고무가 경화온도에서 견딜 수 있도록 하기 위해 내열성 합성수지 필름(106), 예컨대, 폴리프로필렌(polypropylene) 필름을 1차로 랩핑(wrapping)한다.When the base module of the arrester is formed in this way, as shown in FIG. 5, the winding resin (epoxy resin) is impregnated in the entire body except the upper and lower electrodes 101 and 105 at both ends of the module in the subsequent process. Heat-resistant synthetic resin film 106, such as polypropylene film, is primaryly wrapped to prevent it and to allow the housing rubber to withstand the curing temperature during integral injection.
합성수지 필름(106)의 1차 랩핑이 완료되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 필름이 랩핑된 몸체 위에 고강도 보강섬유(유리섬유 + 에폭시 수지)(107)를 다축에 의해 다이아몬드 형태로 동시에 와인딩한 후 경화로(미도시)로 옮겨 열을 가하여 경화하게 된다. When the primary lapping of the resin film 106 is completed, as shown in Figure 6, the high-strength reinforcing fiber (glass fiber + epoxy resin) 107 is simultaneously wound in the form of diamond by multiple axes on the body on which the film is wrapped. It is then transferred to a curing furnace (not shown) to apply heat to cure.
그런 후, 일체형으로 성형하기 위해 몰드 베이스인 금형에 장착하기 전에 접착 및 성능 향상을 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, FRP 모듈의 몸체부와 상, 하부 알루미늄 전극(101)(105) 부분에 서로 다른 프라이머(primer)를 처리한다. 또한, 이때 일체형으로 진공 사출 성형하여 폴리머 피뢰기를 제조한 후에 조립할 때에 상,하부 볼트가 회전하여 제품에 손상을 입히게 되는 것을 방지하기 위하여 바람직하게는 고정 너트를 사출 성형전에 피뢰기 모듈의 상,하부에 미리 고정 설치한다. Then, in order to bond and improve performance before mounting on the mold, which is a mold base for forming in one piece, as shown in FIG. Treat different primers. In this case, in order to prevent the upper and lower bolts from rotating and damaging the product when assembling after manufacturing the polymer arrester by vacuum injection molding in one piece, the fixing nut is preferably mounted on the upper and lower parts of the arrester module before injection molding. Fix it in advance.
그런 다음, 도 8에 도시된 바와 같은 일체형 폴리머 피뢰기의 금형(800)에 상기 처리된 피뢰기 모듈 구조체를 장착한 후 진공 사출한다. 이로써 본 발명의 제조방법에 의한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조과정이 완료된다. Then, the processed arrester module structure is mounted on the mold 800 of the integrated polymer arrester as shown in FIG. 8 and then vacuum-injected. This completes the manufacturing process of the integrated polymer arrester according to the manufacturing method of the present invention.
여기서, 상기 일체형 폴리머 피뢰기의 금형(800)에 의한 사출 성형은 제조공정 상 모듈을 금형 내부의 캐비티(cavity)에 넣고 성형하는 방식이다. 특히, 모듈을 금형에 넣고 성형하는 제품의 특성상 삽입(insert)의 파괴, 편심 발생, 고온에 견디는 재질, 제품 지그, 게이트(gate)의 분산, 삽입에 직접적으로 압력이 제공되지 않게 하는 것 등을 고려하여 금형을 설계하였다.Here, the injection molding by the mold 800 of the integrated polymer arrester is a method in which a module is placed in a cavity inside the mold during the manufacturing process. In particular, due to the characteristics of the product that is inserted into the mold and molded, insertion breakage, eccentricity, high temperature resistant material, product jig, gate dispersion, and direct pressure are not provided to the insert. The mold was designed in consideration.
즉, 지지볼트에 성형압력에 의한 편심 방지의 일부분으로 지그를 연결하여 고정되게 설계가 되어 있고 제품의 이형시 휘어짐을 방지하기 위하여 지지볼트에 이젝트 판이 붙어 있어 작은 힘으로 속도는 최대한 천천히 위로 올라와 이형되므로 제품의 휘어짐, 찢어짐을 방지하여 준다. In other words, the support bolt is designed to be fixed by connecting the jig as part of the eccentricity prevention due to the molding pressure, and the support bolt is attached to the support bolt to prevent bending when the product is released. This prevents the product from bending and tearing.
게이트가 한곳에 집중되지 않게 분산하고 삽입에 직접적으로 영향을 받지 않으므로 모듈의 손상을 방지하게 되어 있다. The gates are distributed so that they are not concentrated in one place and are not directly affected by insertion, thus preventing damage to the module.
몰드 베이스의 두께와 크기가 열방출 및 분산이 되지 않고, 캐비티 내의 온도 편차가 2∼3℃ 범위내에 있도록 설계되어 있다. It is designed so that the thickness and size of the mold base do not dissipate and dissipate, and the temperature variation in the cavity is in the range of 2 to 3 ° C.
또한, 상기 경화 후 일체형으로 성형하기 위해 금형에 설치하여 일체형으로 진공 사출 성형하는 경우 절연 카바가 덮여지는 부분을 볼록하게 턱을 주는 형태로 설계, 성형함으로써 풍압에 의해 절연 카바가 이탈되지 않는 장점도 있다.In addition, in the case of vacuum injection molding into the mold to be integrally formed after the curing, the design and molding of the part covered with the insulating cover is convexly tucked, so that the insulating cover is not separated by wind pressure. have.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법은 고강도 유리섬유를 다축에 의해 다이아몬드 패턴으로 동시에 와인딩하고, 필름를 중첩 랩핑하여 경화시키게 되므로, 고장전류내력시험에서의 폭발시 파편의 비산을 막을 수 있다. 또한, 피뢰기 모듈과 하우징을 일체형으로 사출 성형하므로 피뢰기 모듈과 하우징의 계면을 완벽하게 접착할 수 있으며, 그에 따라 기밀 불량에 의한 흡습 사고의 위험을 원천적으로 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 상, 하부 캡이 불필요한 구조로 생산 공정 및 시간을 단축할 수 있는 장점도 있다. As described above, the manufacturing method of the integrated polymer lightning arrester using the vacuum injection molding according to the present invention is because the high strength glass fiber is simultaneously wound in a diamond pattern by multiple axes, and the film is overlapped and cured, so Prevents debris from scattering in the event of an explosion. In addition, since the lightning arrester module and the housing are integrally injection molded, the interface between the arrester module and the housing can be completely bonded, thereby preventing the risk of hygroscopic accident due to poor airtightness. In addition, there is an advantage that the upper and lower caps do not need a structure to shorten the production process and time.
도 1은 종래 폴리머 피뢰기 모듈의 구조를 보여주는 도면.1 is a view showing the structure of a conventional polymer arrester module.
도 2는 도 1의 폴리머 피뢰기 모듈이 삽입되는 하우징을 보여주는 도면.2 shows a housing in which the polymer arrester module of FIG. 1 is inserted;
도 3은 도 1의 폴리머 피뢰기 모듈이 도 2의 하우징 내부에 삽입되어 조립 완성된 상태를 보여주는 도면.FIG. 3 is a view illustrating a state where the polymer arrester module of FIG. 1 is inserted into the housing of FIG.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 진공 사출 성형을 이용한 일체형 폴리머 피뢰기의 제조방법에 있어서, 다축 필라멘트 와인딩에 의한 폴리머 피뢰기의 모듈을 제조하는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.4 to 7 are views sequentially showing a process of manufacturing a module of the polymer arrester by multi-axial filament winding in the method of manufacturing an integrated polymer arrester using vacuum injection molding according to the present invention.
도 8은 도 7까지의 과정을 거친 폴리머 피뢰기 모듈을 하우징 일체형으로 사출 성형하기 위해 진공 사출 성형 금형의 내부 캐비티에 장착한 상태를 보여주는 도면. FIG. 8 is a view illustrating a state in which the polymer arrester module which has been subjected to the process of FIG. 7 is mounted on the inner cavity of the vacuum injection molding mold for injection molding the housing integrally. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11,102...특성요소(ZnO 소자) 12,101,105...알루미늄 전극11,102 ... Characteristic element (ZnO element) 12,101,105 ... Aluminum electrode
13,106...폴리프로필렌 필름 14,107...고강도 보강섬유13,106 ... Polypropylene film 14,107 ... High strength reinforcing fiber
20...하우징 103...보호 전극20 ... housing 103 ... protective electrode
104...접시스프링 800...진공 사출 성형 금형104 ... welding spring 800 ... vacuum injection molding mold
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