固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝，包括在半導(dǎo)電漿料中添加稀釋劑、環(huán)氧樹脂和固化劑進(jìn)行改性，模具安裝，銅導(dǎo)電件、嵌件的預(yù)處理，半導(dǎo)電材料噴涂及硫化，絕緣材料壓注，保溫、保壓硫化，出模整理、修補(bǔ)，后固化等步驟。本發(fā)明通過導(dǎo)電漿料的改進(jìn)，解決了現(xiàn)有半導(dǎo)電材料出現(xiàn)的脫落、開裂等影響質(zhì)量的問題。本發(fā)明工藝簡單，所制得的固體絕緣部件美觀、大方，局部放電值低，安全可靠，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝。 固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國家電網(wǎng)公司對固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品的推廣，固體絕緣開關(guān)性能要求越來越 高。局部放電是檢驗(yàn)產(chǎn)品性能的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。在固體絕緣部件采用半導(dǎo)電接地屏蔽和 導(dǎo)電件的固封部分噴涂半導(dǎo)電材料是降低局部放電值的有效手段。良好的接地屏蔽結(jié)構(gòu)， 可以提高產(chǎn)品的安全性、延長產(chǎn)品的使用壽命。導(dǎo)電件的固封部分噴涂半導(dǎo)電材料后，可 以消除毛刺、雜質(zhì)、氣隙等影響局部放電值的因素。目前固體絕緣部件采用半導(dǎo)電接地屏 蔽層的加工工藝主要有兩大類，其一是先完成固體絕緣部件的壓注及后固化，然后對固 體絕緣部件表面噴砂、清潔處理后進(jìn)行半導(dǎo)電層噴涂及固化；其二是在生產(chǎn)固體絕緣部件 時(shí)，在模具中先噴涂半導(dǎo)電層待其結(jié)晶后，再壓注，最后進(jìn)行后固化。上述方法在專利文獻(xiàn) 201010154222. 0中壓固體絕緣套管的制作工藝、201010269998. 7固體絕緣電路器件的制 造方法、201310692375. 4 -種固體絕緣件表面處理工藝中已有相關(guān)表述。在實(shí)際生產(chǎn)過程 中，還存在一些不足： ①采用固體絕緣部件生產(chǎn)完成后，再進(jìn)行半導(dǎo)電噴涂、固化的產(chǎn)品，存在黏附強(qiáng)度不 夠，局部分層脫落現(xiàn)象，影響到靜電屏蔽效果。
[0003] ②采用在模具中噴涂半導(dǎo)電層加工時(shí)，出現(xiàn)半導(dǎo)電層局部開裂現(xiàn)象。
[0004] 為了克服上述絕緣件半導(dǎo)電層加工工藝的不足，對半導(dǎo)電層加工工藝的改進(jìn)是十 分必要的。經(jīng)對半導(dǎo)電材料脫落和開裂的產(chǎn)品進(jìn)行材料分析和玻璃化溫度測試以及加工工 藝流程的分析和試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的半導(dǎo)電材料與所用的環(huán)氧樹脂絕緣材料在玻璃化溫 度指標(biāo)上存在較大差異。文獻(xiàn)CN 103714923 A (201310692375. 4 -種固體絕緣件表面處 理工藝）提出了在半導(dǎo)電層與固體絕緣材料之間采用增粘劑緩沖兩種材料層間應(yīng)力。但半 導(dǎo)電材料本身的材料特性并未改變，所以導(dǎo)致半導(dǎo)電層在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。同時(shí) 由于文獻(xiàn)CN 103714923 A中的工藝未包含脫模劑，模具表面又進(jìn)行了噴砂處理，增加了制 成品與模具間的表面張力，導(dǎo)致產(chǎn)品脫模困難、局部半導(dǎo)電層出現(xiàn)開裂甚至于分層脫落。導(dǎo) 電漿料主要由導(dǎo)電碳粉(導(dǎo)電石墨)、熱固型樹脂、酚醛樹脂、醚類溶劑等構(gòu)成。在后固化完 成的固體絕緣部件中環(huán)氧樹脂已經(jīng)完成了化學(xué)性質(zhì)的改變，雖然通過表面噴砂處理，提高 了表面的黏附能力，然而內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)度不高，所以出現(xiàn)局部脫落現(xiàn)象。半導(dǎo)電層在模具中 噴涂過程中出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象主要是半導(dǎo)電材料內(nèi)部收縮應(yīng)力導(dǎo)致。經(jīng)過研究并通過試驗(yàn)證 明，在半導(dǎo)電材料中添加與固體絕緣部件相同（或相近）的環(huán)氧樹脂材料，可以明顯改善與 固體絕緣部件結(jié)合的緊密度(分子鍵間連接更多)，同時(shí)可以改善半導(dǎo)電材料的內(nèi)部收縮應(yīng) 力和玻璃化溫度參數(shù)。由于環(huán)氧樹脂具有良好的絕緣性能，因此添加過多的環(huán)氧樹脂將降 低導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性能，可以在導(dǎo)電漿料中添加導(dǎo)電性能更好的納米銀漿或納米銅漿增強(qiáng) 導(dǎo)電性能。因此半導(dǎo)電材料中添加環(huán)氧樹脂及其配比是改進(jìn)半導(dǎo)電層加工工藝的關(guān)鍵技 術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有工藝不足，提供一種簡單、方便、有效的固體絕緣 開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝。
[0006] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝， 包括以下步驟： A、 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比45? 55 :30?40 :5?10 :4?10混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻，最后灌裝到高壓噴涂 系統(tǒng)的容器中待用； B、 將固體絕緣部件模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)將固 體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； C、 待模具溫度升到125?145°C，打開模具，在模腔內(nèi)表面噴一層0. 01?0. 05毫米的 脫模劑，然后裝入預(yù)熱好的銅導(dǎo)電件和嵌件； D、 將處理好的半導(dǎo)電材料通過噴槍噴涂到模腔內(nèi)表面和銅導(dǎo)電件表面，噴涂層厚度 0.2-0. 4毫米。厚度根據(jù)表面電阻值來確定，每平方厘米的電阻值R的范圍是：500歐姆< R < 10000 歐姆； E、 合上模具，向模具里注入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，將模具加熱到135?140°C，在 0· 3-0. 4MPa的氣壓壓力下保壓、保溫35-60分鐘； F、 待固體絕緣部件成型后，打開模具將產(chǎn)品取出，清除合模邊，并對合模邊和有缺陷的 地方進(jìn)行修補(bǔ)，然后再135?145°C烘箱內(nèi)進(jìn)行8?11小時(shí)的后固化處理； G、 經(jīng)后固化處理的固體絕緣部件在常溫條件下自然冷卻后，進(jìn)行電氣參數(shù)、表面電阻、 局部放電值等檢測，合格品再裝配成開關(guān)產(chǎn)品。
[0007] 上述本發(fā)明的技術(shù)方案中，不需要改變現(xiàn)有模具的內(nèi)表面，模具內(nèi)表面進(jìn)行紋理 處理，或采用鏡面。銅導(dǎo)電件表面噴涂半導(dǎo)電層在預(yù)熱時(shí)加工好。導(dǎo)電漿料是導(dǎo)電碳漿或 導(dǎo)電石墨，或者含納米銀粉或銅粉的導(dǎo)電碳漿或?qū)щ娛膹?fù)合物，在半導(dǎo)電材料中導(dǎo)電 碳漿或?qū)щ娛闹亓堪俜直葹?5-18%。半導(dǎo)電層噴涂采取多次重復(fù)噴涂方式，每次噴涂 不得出現(xiàn)流掛、團(tuán)聚現(xiàn)象。為防止D步驟中半導(dǎo)電層固化后與模具分離，在噴涂完半導(dǎo)電層 后2分鐘內(nèi)合上模具。模具內(nèi)腔空氣溫度比模具溫度低，即時(shí)合上模具可解決此溫差問題。
[0008] 所述稀釋溶劑主要成分為市售醚類溶劑、酚醛樹脂。
[0009] 所述環(huán)氧樹脂及其固化劑選擇玻璃化溫度在90-125°C的雙酚A型環(huán)氧。
[0010] 所述脫模劑采用市售有機(jī)硅油溶劑類。
[0011] 所述環(huán)氧樹脂復(fù)合材料各主要成份重量比為：環(huán)氧樹脂1〇〇、固化劑1〇〇、硅微粉 300、色漿2。或者參照環(huán)氧樹脂生產(chǎn)廠家提供的配比參數(shù)。
[0012] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：導(dǎo)電漿料中添 加了與絕緣材料一致的環(huán)氧樹脂，粘合性得到了加強(qiáng)，通過改進(jìn)加工工藝，解決了目前存在 的半導(dǎo)電層脫落和開裂的問題；在模具中對銅導(dǎo)電件噴涂半導(dǎo)電材料，避免了銅導(dǎo)電件表 面的二次污染；同時(shí)有效屏蔽了銅導(dǎo)電件的毛刺、氣隙，屏蔽了銅導(dǎo)電件表面未清潔干凈的 雜質(zhì)，在環(huán)氧樹脂與銅導(dǎo)電件之間起到緩沖作用，有效釋放了內(nèi)部應(yīng)力，消除了銅導(dǎo)電件 與環(huán)氧樹脂絕緣材料間的氣隙，從而降低了產(chǎn)品的局部放電值；經(jīng)上述工藝制作的固體絕 緣套管的局部放電值小于lpc，固體絕緣極柱的局部放電值小于5pC ;與固體絕緣部件表面 噴砂后再噴涂半導(dǎo)電材料的工藝相比，取消了噴砂、噴涂半導(dǎo)電材料環(huán)節(jié)和半導(dǎo)電材料的 后固化環(huán)節(jié)，縮短了產(chǎn)品的制造時(shí)間，節(jié)約了電能、減少了消耗，縮短了工時(shí)，提高了產(chǎn)品生 產(chǎn)效率；采用本發(fā)明可以不改變現(xiàn)有模具的內(nèi)表面(紋理或鏡面)，不增加改模的費(fèi)用；采用 本發(fā)明可以不用增粘劑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0015] 實(shí)施例1 :12kV固體絕緣極柱生產(chǎn)工藝流程： A、 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比52 :34 : 7 :7混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻并排出氣泡，最后灌裝到高壓噴涂系統(tǒng)的容器 中待用； B、 將12kV固封極柱模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)將 固體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； C、 待模具溫度升到145°C，打開模具，在模腔內(nèi)表面噴一層0. 01?0. 02毫米的脫模劑， 用無塵布檫除多于的脫模劑，然后裝入預(yù)熱好的真空滅弧室、上出線端銅導(dǎo)電件、下出現(xiàn)端 銅導(dǎo)電件和嵌件，用高溫保鮮膜包裹住真空滅弧室的硅橡膠層外表面(絕緣面）； D、 將處理好的半導(dǎo)電材料通過噴槍噴涂到模腔內(nèi)表面(絕緣面除外）和銅導(dǎo)電件表面， 噴涂層厚度0. 2?0. 4毫米；采取4次均勻噴涂方式，每次噴涂均不得出現(xiàn)流掛、團(tuán)聚現(xiàn)象； 每平方厘米的電阻值R的范圍是：500歐姆< R < 900歐姆； E、 去掉保鮮膜，合上模具，向模具里注入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(環(huán)氧樹脂、固化劑、硅微 粉、色漿等)，將模具加熱到140°C，在0. 35-0. 4MPa的氣壓壓力下保壓、保溫35分鐘； F、 待固體絕緣部件成型后，打開模具將產(chǎn)品取出，清除合模邊，并對合模邊和有缺陷的 地方進(jìn)行修補(bǔ)，然后再135?145°C烘箱內(nèi)進(jìn)行9?10小時(shí)的后固化處理； G、 在常溫條件下自然冷卻后，進(jìn)行電氣參數(shù)、表面電阻、局部放電值等檢測，合格品再 裝配成開關(guān)產(chǎn)品。
[0016] 實(shí)施例2 :12kV固體絕緣套管生產(chǎn)工藝流程： A、 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比53 :36 : 7 :4混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻并排出氣泡，最后灌裝到高壓噴涂系統(tǒng)的容器 中待用； B、 將12kV固體絕緣套管模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同 時(shí)將固體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、傳感器、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； C、 待模具溫度升到125°C，打開模具，在模腔內(nèi)表面噴一層0. 01?0. 02毫米的脫模劑， 用無塵布檫除多于的脫模劑，然后裝入預(yù)熱好的銅導(dǎo)電件、帶電顯示傳感器和嵌件，用高溫 保鮮膜遮住套管錐形絕緣面； D、 將處理好的半導(dǎo)電材料通過噴槍噴涂到模腔內(nèi)表面(絕緣面除外）和銅導(dǎo)電件表面， 噴涂層厚度0. 2毫米；采取2次均勻噴涂方式，每次噴涂均不得出現(xiàn)流掛、團(tuán)聚現(xiàn)象；每平 方厘米的電阻值R的范圍是：650歐姆< R < 1000歐姆； E、 去掉保鮮膜，合上模具，向模具里注入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料(環(huán)氧樹脂100重量比、固 化劑100重量比、硅微粉300重量比、色漿2重量比等)，將模具加熱到130?140°C，在 0· 3-0. 35MPa的氣壓壓力下保壓、保溫45-50分鐘； F、 待固體絕緣部件成型后，打開模具將產(chǎn)品取出，清除合模邊，并對合模邊和有缺陷的 地方進(jìn)行修補(bǔ)，然后再135?145°C烘箱內(nèi)進(jìn)行9?10小時(shí)的后固化處理； G、 在常溫條件下自然冷卻后，進(jìn)行電氣參數(shù)、表面電阻、局部放電值等檢測，合格品再 裝配成開關(guān)產(chǎn)品。
[0017] 實(shí)施例3 :12kV固體絕緣母線生產(chǎn)工藝流程： A、 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比45 :30 : 5 :4混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻并排出氣泡，最后灌裝到高壓噴涂系統(tǒng)的容器 中待用； B、 將12kV固體絕緣母線模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同 時(shí)將固體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、傳感器、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； 其余步驟與實(shí)施例1相同。
[0018] 實(shí)施例4 :12kV固體絕緣母線生產(chǎn)工藝流程： A、 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比55 :40 : 10 :1〇混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻并排出氣泡，最后灌裝到高壓噴涂系統(tǒng)的容 器中待用； B、 將12kV固體絕緣母線模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同 時(shí)將固體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、傳感器、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； 其余步驟與實(shí)施例1相同。
【權(quán)利要求】
1. 固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝，其特征在于：包括以下步驟： (A) 半導(dǎo)電材料處理：先將導(dǎo)電漿料、稀釋溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比45? 55 :30?40 :5?10 :4?10混合，然后置入真空攪拌系統(tǒng)混合均勻，最后灌裝到高壓噴涂 系統(tǒng)的容器中待用； (B) 將固體絕緣部件模具安裝到壓注機(jī)上，并清潔模腔，然后對模具進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)將 固體絕緣部件的銅導(dǎo)電件、嵌件進(jìn)行去毛刺、潔凈處理后，進(jìn)行預(yù)熱； (C) 待模具溫度升到125?145°C，打開模具，在模腔內(nèi)表面噴一層0. 01?0. 05毫米 的脫模劑，然后裝入預(yù)熱好的銅導(dǎo)電件和嵌件； (D) 將處理好的半導(dǎo)電材料通過噴槍噴涂到模腔內(nèi)表面和銅導(dǎo)電件表面，噴涂層厚度 0. 2-0.4毫米，厚度根據(jù)表面電阻值來確定，每平方厘米的電阻值R的范圍是：500歐姆< R < 10000 歐姆； (E) 合上模具，向模具里注入環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，將模具加熱到135?140°C，在 0· 3-0. 4MPa的氣壓壓力下保壓、保溫35-60分鐘； (F) 待固體絕緣部件成型后，打開模具將產(chǎn)品取出，清除合模邊，并對合模邊和有缺陷 的地方進(jìn)行修補(bǔ)，然后再135?145°C烘箱內(nèi)進(jìn)行8?11小時(shí)的后固化處理； (G) 經(jīng)后固化處理的固體絕緣部件在常溫條件下自然冷卻后，進(jìn)行電氣參數(shù)、表面電 阻、局部放電值等檢測，合格品再裝配成開關(guān)產(chǎn)品； 所述稀釋溶劑主要成分為市售醚類溶劑、酚醛樹脂； 所述環(huán)氧樹脂及其固化劑選擇玻璃化溫度在90-125?的雙酚A型環(huán)氧； 所述脫模劑采用市售有機(jī)硅油溶劑類； 所述環(huán)氧樹脂復(fù)合材料各主要成份重量比為：環(huán)氧樹脂100、固化劑100、硅微粉300、 色漿2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝，其特征在于：所述步驟（A) 中的導(dǎo)電漿料是導(dǎo)電碳漿或?qū)щ娛?，或者含納米銀粉或銅粉的導(dǎo)電碳漿或?qū)щ娛膹?fù) 合物，在半導(dǎo)電材料中導(dǎo)電碳漿或?qū)щ娛闹亓堪俜直葹?5-18%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝，其特征在于：所述步驟（B) 中固體絕緣部件模具內(nèi)表面為鏡面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述固體絕緣開關(guān)的半導(dǎo)電層加工工藝，其特征在于：所述步驟（D) 中半導(dǎo)電材料通過噴槍2~4次噴涂到模腔內(nèi)表面和銅導(dǎo)電件表面，每次噴涂均不得出現(xiàn)流 掛、團(tuán)聚現(xiàn)象。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述固體絕緣開關(guān)半導(dǎo)電層加工工藝，其特征在于：導(dǎo)電漿料、稀釋 溶劑、環(huán)氧樹脂、固化劑按質(zhì)量百分比52-53 :34-36 :7 :4-7。
【文檔編號】H01B13/00GK104124005SQ201410394392
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】唐韜, 周振業(yè), 李水勝, 劉蜀江 申請人:北海銀河開關(guān)設(shè)備有限公司