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1、环氧树脂浇注成型工艺及模具设计 王晓梅， 程晓宇， 樊百虎 （ 陕西国防工业职业技术学院， 陕西 西安 ） 摘要环氧树脂浇注成型工艺及模具设计是一门综合性的技术。浇注工艺、 模具设计制造技术等都能给浇注件的质量产生很 大的影响， 因此必须进行系统的研究以得到符合要求的制件。提出了相关工艺方法、 模具设计关键技术。 关键词环氧树脂； 成型工艺； 模具设计 中图分类号： 文献标识码： 文章编号： （ ） ， ， （ ， ， ） ： ， ， ， ， ： ； ； 收稿日期： 作者简介： 王晓梅（ ） ， 女， 高级工程师， 主要从事模具设计 与制造等研究。 前言 环氧树脂作为一种电器材料， 具有介电性
2、能、 力学性能、 黏接性能、 耐蚀性能优异， 固化收缩率和 线膨胀系数小， 尺寸稳定性好， 工艺性好， 综合性能 佳等优点， 加之环氧材料配方设计的灵活性和多样 性， 使它在电子电器领域得到广泛的应用。电力互 感器、 配电变压器、 气体绝缘电器、 户内外绝 缘子等都采用环氧树脂浇注绝缘。以 年世界 主要消费环氧树脂的国家及地区统计分析， 用于电 子电器领域的环氧树脂占各国或地区环氧树脂总 消费量的比例来看， 我国占 ， 而近年来该比例 正在不断地增长。 目前随着我国支柱产业之一 电力工业的 飞速发展， 发电行业的设备不断更新， 一方面向大 电流、 高电压产品发展； 另一方面对输变压设备也 要求
3、超高压、 大容量、 小型化和免维修； 因此， 对绝 缘要求更高。这使得环氧树脂绝缘结构和密封工 艺在绝缘子、 绝缘电器、 变压器中得到广泛的应用。 环氧树脂浇注原理与真空浇注工艺 环氧树脂浇注原理 环氧树脂浇注是将环氧树脂、 固化剂和其他配 合料浇注到设定的模具内， 由热固性流体交联固化 成热固性制品的过程。由于环氧树脂浇注产品集 优良的电性能和力学性能于一体， 因此， 环氧树脂 浇注在电器工业中得到了广泛的应用。 真空浇注工艺 高压开关用环氧树脂浇注绝缘制品要求外观 完美， 尺寸稳定， 机、 电、 热性能满足产品要求。目 前普遍采用真空浇注成型技术。其要点就是去除 浇注制品内部和表面的气隙和
4、气泡， 减少内部应 力， 防止产生裂纹等。为了达到这一目的， 必须选 用合适的浇注材料， 使用适宜的真空浇注设备， 严 格控制原材料的预处理、 混料、 浇注和固化条件。 环氧树脂真空浇注成型工艺流程， 如图所示。 环氧树脂浇注成型工艺及模具设计 上海塑料 年第期（ 总第 期） 图 环氧树脂真空浇注成型工艺流程 真空浇注成型工艺关键技术 （ ）原材料的预处理 原材料预处理是在一定温度下加热至一定时 间， 并经过真空处理以脱除原材料中吸附的水分、 气体及低分子挥发物， 达到脱气脱水的效果。 （ ）混料 混料的目的是使环氧树脂、 填料、 固化剂等混 合均匀， 便于进行化学反应。混料分一次和二次混 料
5、。树脂和填料混合称一次混料， 在一次混料中加 入固化剂成为二次混料。一次混料是使填料被树 脂充分浸润。因为环氧树脂与酸酐固化剂的反应 是放热反应， 填料是导热性好的材料， 它能将反应 释放的热量向外传导而不积集， 使浇注物内应力均 匀分布而不产生缩痕。二次混料时间要确保固化 剂混合均匀， 其温度、 真空度的参数也很重要。温 度过高， 将使混合料黏度迅速增加， 影响脱气浇注 工序； 真空度用以保证混合料的脱气、 脱水， 但不能 导致固化剂的气化， 所以真空度要恰当。 （ ）浇注 浇注是将组装好并预热到一定温度的模具放 入真空浇注罐中或在真空浇注罐内预热， 模具温度 略高于混合料的温度， 浇注罐抽
6、真空度到 以下， 维持一定温度 ， 最后将混合均匀的物料浇 入模具内； 浇注完成后要继续抽真空一段时间， 以 去除浇注件内所形成的气泡， 即可关闭真空， 打开 浇注罐， 将模具送入固化炉进行固化。浇注过程中 应注意浇注速率和模具放置的位置， 应有利于排气 和使物料充满模具。 （ ）固化 选择合适的温度和固化时间。环氧树脂浇注 件的性能与交联密度密切相关。一般来说， 浇注件 的力学性能随交联密度的提高而上升， 但到某一程 度随交联密度的提高， 其机械强度反而下降。这个 转折点的标志就是玻璃化转变温度。所以固化 温度太高， 常使固化物性能下降， 因此， 必须选择合 适的固化温度。 固化采用两阶段进
7、行： 一阶段是初固化成型； 二阶段是在一次固化温度稍高的情况下进行后固 化， 保证完全固化， 达到最佳性能状态。有时为了 减少缩痕， 可以在加压下凝胶来消除。 （ ）脱模 脱模过程主要控制脱模温度和浇注件的冷却 速率， 减少浇注件的内应力， 一般控制低于 。 真空浇注工艺是目前环氧树脂浇注中应用最 为广泛、 工艺条件最为成熟的工艺。 真空浇注模具设计关键技术 模具总体设计原则 浇注模型腔表面应力求光滑， 不得有砂眼。在 设计浇注模时应浇注方便， 避免产生气泡。为减少 内应力和容易脱模， 型腔各处都应圆滑过渡， 在所 有拐角及转弯处都应使气体逸出方便。 收缩率 根据填料的不同， 浇注材料的收缩率
8、也不同。 对于 环氧树脂， 取收缩率为 ； 而 环氧树脂的收缩率为 （ 以上均为 实验数据） 。在设计中一般取收缩率 。 支撑结构 从浇注工艺方面入手。因真空浇注的技术要 点就是尽可能减少浇注制品中的气隙和气泡， 提高 零件质量， 所以为利用浇口补缩的方式消除浇注成 型缺陷， 在模具下模板上增加了支脚， 以确保浇口 始终处于高点位置（ 倾斜约 ） ， 达到更好的 补缩效果。 冷却装置 零件浇注时的冷却主要采用水冷却方式。因 为零件在固化过程中的第一阶段为热固化， 冷却装 环氧树脂浇注成型工艺及模具设计 上海塑料 年第期（ 总第 期） 置中的水可使浇口处与模腔有约 的温差， 这 样可以延迟浇口处
9、的固化， 起到补缩的效果， 避免 了浇不满缺陷。水箱的设置分内外两种， 根据模具 特点可选用不同的形式。 密封元件 由于环氧树脂液态时流动性良好， 对密封的要 求高， 故应加密封元件。根据零件特点， 设计中采 用大小密封圈同时密封的形式。在嵌件颈部位置 采用环形小密封圈， 在型腔周围采用大密封圈。 模具选材及表面处理 因为环氧树脂与铝合金的热膨胀系数基本一 致， 又由于该类模具主要用于真空浇注过程中， 更 多采用手工操作， 所以选择铝合金材料， 以便于搬 运。但因材料硬度低， 故对材料进行表面硬质阳极 氧化处理， 氧化层深度达 ， 表面维氏硬度提高 到 ， 这样提高了模具的耐磨性和抗腐蚀 性能
10、。而对于在开、 合模时经常拆卸的零件采用了 钢件或铜件， 模具在装卸过程中损伤程度低， 模具 使用寿命长。 真空浇注模具设计实例 互感器浇注模具是互感器制造必需的工装设 备。浇注成型模具必须保证互感器的绕组、 铁心、 出线端子及其它零件的位置正确， 使浇注体的尺寸 和性能符合要求； 注意浇注体外形美观， 并考虑装 模、 拆模方便及封模要求和浇注时空气容易排出， 同时尽可能减轻模具的质量。本文主要介绍钢制 模的设计及加工。图为互感器浇注模具装配图。 图 互感器模具装配图 嵌件外六角螺钉嵌件嵌件外六角螺钉成型件外六角螺钉电线固定块 成型件 六角螺母 导套 导柱 销钉 模具使用注意事项： （ ）模具装配完成后， 先在浇注罐内均匀加热 后， 使模具温度达到 ， 再抽真空， 进行浇注。如果模具内部温度达不到， 会出现固化 后缺料现象。 （ ）环氧树脂浇注时， 若真空度达不到， 没有 把浇注体内的空气全部抽出， 则会造成固化后浇注 体内有气泡。有气泡的浇注体的绝缘强度将大大 降低 。 参考文献： 马德柱高 聚 物 结 构 及 性 能 北 京：科 学 出 版 社， ： 吴海军环氧树脂真空浇注工艺过程及注意事项变压 器， （ ） ： 顾楚翘环氧浇注电压互感器爆炸事故的原因分析变 压器， （ ） ： 环氧树脂浇注成型工艺及模具设计 上海塑料 年第期（ 总第 期）