[发明专利]双组分混合环氧浇注介电功能梯度绝缘制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种双组分混合环氧浇注介电功能梯度绝缘制造装置及方法，包括双材料送料系统，送料系统的挤出头设置在三维运动系统上，挤出头的喷口直径可调，一端位于环氧浇注的金属模具内部，三维运动系统与控制系统连接，控制系统和送料系统分别通过电缆与计算机连接，用于原料供给、混合、挤出以及挤出头在X、Y及Z向位置的控制，完成介电常数功能梯度绝缘子制造。本发明利用两种不同介电特性的环氧树脂复合材料的在线混合，通过三维运动平台，准确将材料运送至模具中的指定位置，可以在不改变绝缘结构的其他特性的条件下，制备连续介电特性梯度分布的大尺寸绝缘子，从而提高其沿面耐电性能。

技术领域

本发明属于高电压设备制造技术领域，具体涉及一种双组分混合环氧浇注介电功能梯度绝缘制造装置及方法。

背景技术

环氧浇注类绝缘子由于其优异的综合性能在开关柜、金属封闭SF6绝缘组合电器和输电线路(GIS和GIL)等电力设备中得到了广泛的应用。由于绝缘子沿面耐电强度相比于体特性相对较低，因此直接决定了电力设备的整体性能。另外，随着设备小型化的发展需求，如何减小绝缘结构尺度也是亟待解决的关键问题。由于传统的环氧浇注绝缘结构为匀质材料，造成电场分布不均匀，场强集中的问题尤为突出，这些区域所承受的电场强度要远远超出平均场强，甚至达到平均值的数倍。过于集中的电场强度会带来绝缘子的局部放电，加剧绝缘材料的老化，进而发展为击穿破坏，而实际上绝缘结构的整体性能并没有被充分利用。目前，解决这一问题的办法可通过绝缘结构的优化设计，或是增设均压环等，以降低最大电场，提高沿面闪络电压。但上述方法局限性较大。一方面最大电场的优化效果有限，另外还增加了绝缘结构的复杂度。

“功能梯度材料”(Functionally Graded Material,FGM)的出现为解决这一问题提供了可能的思路。通过使用不同性能的材料及先进的复合工艺，使材料特性在材料内部不同空间位置上呈现连续梯度变化，这样可以“主动”地克服局部应力集中问题。类似地，若制作材料介电特性(如介电常数)呈现梯度变化的绝缘子，此处介电常数由外电极向内电极渐变递增，就能够“主动”而有效地降低内电极处最大场强、削弱局部集中，进而达到大幅度提高绝缘子耐电强度、解决目前高压设备绝缘子应用困境的目的。常见的制备介电功能梯度绝缘的方法大致可分为三类：叠层法、离心法以及3D打印方法。叠层法容易造成界面缺陷，只能形成单一维度的梯度。离心法虽然可以实现二维梯度分布，但是可控性差，样品的尺寸无法满足实际工业应用的需求。现有一种利用光固化3D打印的方法，实现绝缘结构的制造，这种方法可控性高，可实现任意梯度分布，但对于电气设备绝缘子这种功能性设备，其应用尚不多见；且对于目前的3D打印技术，其制成品往往存在着较多的内部气泡和缺陷，难以用于高电压设备绝缘子的制造。仍存在诸如成型尺度有限、材料范围受限等缺点。

可以说，缺乏精确可控的成型工艺以及大尺寸批量生产的制备方法已经成为制约介电功能梯度绝缘发展的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双组分混合环氧浇注介电功能梯度绝缘制造装置及方法，利用两种不同介电特性的环氧树脂复合材料的在线混合，通过三维运动平台，准确将材料运送至模具中的指定位置，可以在不改变绝缘结构的其他特性的条件下，制备连续介电特性梯度分布的大尺寸绝缘子，从而提高其沿面耐电性能。

本发明采用以下技术方案：

双组分混合环氧浇注介电功能梯度绝缘制造装置，包括双材料送料系统，送料系统的挤出头设置在三维运动系统上，挤出头的喷口直径可调，一端位于环氧浇注的金属模具内部，三维运动系统与控制系统连接，控制系统和送料系统分别通过电缆与计算机连接，用于原料供给、混合、挤出以及挤出头在X、Y及Z向位置的控制，完成介电常数功能梯度绝缘子制造。