一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置及方法

技术领域

本发明涉及复合材料的技术领域，特别是涉及一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置及方法。

背景技术

高压输变电系统的电压等级高，电能输送容量大，用户覆盖面广，需要将变电站电气设备的故障率控制在极低水平。传统的敞开式变电站主要依靠空气绝缘，易受外部环境影响，故障率相对较高，并且随着输电电压等级的提高，其占地面积急剧增大。气体绝缘开关设备(GIS)将变电站中除变压器以外的一次设备设计组合成一个整体，运行可靠性高、检修周期长，占地面积小，受到越来越广泛的应用。但是GIS设备盆式绝缘子的故障率较高，盆式绝缘子的设计使用寿命通常在20年以上，设计绝缘能力也远高于实际运行电压，在对故障盆式绝缘子统计发现，多数放电故障往往发生在安装运行的1-2年内，已知导致盆式绝缘子故障的原因有气泡缺陷、导电杂质、应力开裂等原因导致的故障，严重威胁着电力系统的安全稳定运行。

环氧复合绝缘材料是制造气体绝缘开关设备绝缘件的关键材料，盆式绝缘子的原材料是环氧树脂、酸酐固化剂和α-微米氧化铝填料，微米氧化铝填料是环氧复合绝缘材料的主要组分之一，占比超过百分之六十，显著影响材料的性能。但是，由于微米氧化铝填料的密度大，是环氧树脂密度的3-4倍，在绝缘件的固化成型过程中容易发生沉降，导致绝缘件局部性能产生差异，增加了绝缘件的故障风险系数。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置及方法，本发明的环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置可以对环氧树脂与微米氧化铝复合材料进行混料、加热保温、真空脱气、浇注样片以及固化，在固化的过程中能够防止微米氧化铝沉降，保证环氧树脂与微米氧化铝复合材料的绝缘性能。

为了达到上述目的，本发明提供了一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置，包括具有烘干腔的烘箱、与所述烘干腔连通的抽气阀、与所述烘干腔连通的进气阀、安装在所述烘干腔内的混料机，以及转动式安装在所述烘干腔内的模具；所述模具的转动轴线水平设置。

进一步的是，所述混料机包括转动式安装在所述烘箱上的转杆、具有第一容腔并安装在所述转杆上的混料台；所述混料台位于所述烘干腔内，所述混料台上设有第一通气孔，所述第一容腔通过所述第一通气孔与所述烘干腔连通。

进一步的是，所述混料机还包括放置于所述第一容腔内的容器；所述容器具有用于容纳复合材料的第二容腔、与第二容腔连通的第二通气孔；所述混料台包括安装在所述转杆上的盖体和可拆式安装在所述盖体上的罩体；所述第一容腔设于所述盖体上，所述第一容腔通过所述第二通气孔与所述第二容腔连通。

进一步的是，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于驱动所述转杆转动的第一驱动器；所述第一驱动器包括第一电机、与所述第一电机的输出轴连接且同步转动的第一锥齿轮、与所述转杆连接且同步转动的第二锥齿轮；所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

进一步的是，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于驱动所述模具转动的第二驱动器；所述第二驱动器包括第一支撑梁、与所述第一支撑梁间隔布设的第二支撑梁、转动式安装在所述第一支撑梁上的第一转动轴、转动式安装在所述第二支撑梁上的第二转动轴，以及与所述第二转动轴传动连接的第二电机；所述第一转动轴和所述第二转动轴分别水平设置，所述模具的一端与所述第一转动轴连接，所述模具的另一端与所述第二转动轴连接。

进一步的是，所述第二电机的输出轴上设有第一齿轮，所述第二转动轴上安装有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮。

进一步的是，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于切换所述第一电机和所述第二电机的切换按钮、用于调节所述第一电机的转速和所述第二电机的转速的调速按钮、用于控制所述第一电机和所述第二电机的紧急制动按钮，以及电机转速显示器；所述紧急制动按钮、所述电机转速显示器、所述切换按钮和所述调速按钮分别安装在所述烘箱上。

进一步的是，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于检测所述烘干腔的气压的压力表、用于调节所述烘干腔的温度的调温旋钮，以及温度显示器；所述压力表、所述调温旋钮、所述温度显示器分别安装在所述烘箱上。

进一步的是，所述模具包括浇注模具本体、第一夹板、第二夹板，以及封盖；所述浇注模具本体夹持在所述第一夹板和所述第二夹板之间，所述封盖安装在所述浇注模具本体上。

相应地，本发明还提供了一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降方法，防沉降方法应用于上述的环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置，防沉降方法包括以下步骤：

S1：取微米氧化铝填料放在所述烘箱中进行干燥；

S2：称取环氧树脂并加入S1中得到的微米氧化铝搅拌均匀，然后加入固化剂，进一步搅拌均匀得到复合材料；

S3：将复合材料放到所述混料机，抽取所述烘干腔内的空气，使得复合材料进行真空脱气，启动所述混料机，使得所述复合材料充分混合；

S4：将混合充分的复合材料倒入所述模具；

S5：抽取所述烘干腔内的空气，一边驱动所述模具转动，一边启动所述烘箱加热，使得所述模具内的复合材料加热固化。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明的环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置可以对环氧树脂与微米氧化铝复合材料进行混料、加热保温、真空脱气、浇注样片以及固化，混料、加热保温、真空脱气、浇注样片以及固化均可以在防沉降装置中进行，安全高效，快速便捷，使绝缘件的样片制作流程变简单，提高制作效率，大大降低了成本。保证复合材料中环氧树脂与微米氧化铝能均匀分布，在固化的过程中，为了能够防止由于静止而导致微米氧化铝发生沉降，控制模具缓慢转动使得微米氧化铝在复合材料不会沉降到复合材料的底部，进一步保证复合材料中环氧树脂与微米氧化铝在固化过程中也能均匀分布，进而保证环氧树脂与微米氧化铝复合材料的绝缘性能。

附图说明

图1是环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置的结构示意图；

图2是第一驱动器、混料机的结构示意图；

图3是第二驱动器、模具的结构示意图。

图中，1、烘箱；2、抽气阀；3、进气阀；4、模具；5、混料机；6、第一驱动器；7、第二驱动器；8、切换按钮；9、调速按钮；10、紧急制动按钮；11、电机转速显示器；12、压力表；13、调温旋钮；14、温度显示器；

101、烘干腔；401、浇注模具本体；402、第一夹板；403、第二夹板；404、封盖；501、转杆；502、第一容腔；503、混料台；504、第一通气孔；601、第一电机；602、第一锥齿轮；603、第二锥齿轮；604、深沟球轴承；605、轴承盖；606、第一基座；701、第二电机；702、第一支撑梁；703、第二支撑梁；704、第一转动轴；705、第二转动轴；706、第一齿轮；707、第二齿轮；708、第二基座；709、第一轴承；710、第二轴承；

5031、盖体；5032、罩体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在发明的描述中，需要理解的是，发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

为叙述方便，除另有说明外，下文所说的上下方向与图1本身的上下方向一致，下文所说的左右方向与图1本身的左右方向一致。

如图1至图3所示，本实施例提供一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置，包括具有烘干腔101的烘箱1、安装在烘箱1上并与烘干腔101连通的抽气阀2、安装在烘箱1上并与烘干腔101连通的进气阀3、安装在烘干腔101内的混料机5，以及转动式安装在烘干腔101内的模具4；模具4的转动轴线水平设置。抽气阀2用于抽取烘干腔101内的空气使得烘干腔101内形成真空，进气阀3可以使得空气进入烘干腔101，用来解除烘干腔101内的真空状态。混料机5用于将环氧树脂与微米氧化铝充分混合形成用于制作绝缘件样片的复合材料。模具4可以将复合材料固化成绝缘件样片。现有技术一般采用静止模具4来等待复合材料固化，本发明可以通过驱动模具4缓慢转动，模具4翻转的过程中使得复合材料内的微米氧化铝在重力作用下在复合材料中保持均匀分布，不会沉降到模具4的底部。

具体的，在一些实施例中，混料机5包括转动式安装在烘箱1上的转杆501、具有第一容腔502并安装在转杆501上的混料台503；混料台503的第一容腔502可以放置环氧树脂与微米氧化铝，通过驱动转杆501转动带动混料台503转动，从而利用离心力的作用可以将环氧树脂与微米氧化铝均匀混合。混料台503位于烘干腔101内，混料台503上设有第一通气孔504，第一容腔502通过第一通气孔504与烘干腔101连通，混合环氧树脂与微米氧化铝之前，通过纱布等透气件堵住第一通气孔504，然后抽出第一通气孔504与烘干腔101内的空气，然后抽出第一通气孔504与烘干腔101内的空气，从而实现环氧树脂与微米氧化铝的混合在真空条件下进行。

具体的，在一些实施例中，混料机5还包括放置于第一容腔内的容器；容器具有用于容纳复合材料的第二容腔、与第二容腔连通的第二通气孔；混料台503包括安装在转杆501上的盖体5031和通过螺栓、螺母可拆式安装在盖体5031上的罩体5032；第一容腔502设于盖体5031上第一容腔502通过第二通气孔与第二容腔连通。环氧树脂与微米氧化铝可以预先装进容器的第二容腔内，再将容器放在混料台503的第一容腔502内，盛放环氧树脂与微米氧化铝的容器的第二通气孔采用透气纱布堵住，实现环氧树脂与微米氧化铝的混合在真空条件下进行的同时防止环氧树脂与微米氧化铝从第一通气孔504和第二通气孔流流出到烘干腔101。

具体的，在一些实施例中，盖体5031呈圆盘状，罩体5032呈锥形。罩体5032的圆弧面上具有三个放置容器的圆柱体，每个圆柱体均设有第一容腔502，三个圆柱体沿着罩体5032的轴线间隔均匀分布，使得盖体转动时三个圆柱体的第一容腔502内的复合材料受到的离心力更大。第一通气孔504设于盖体5031的圆柱体上并与第一容腔502连通。盛放环氧树脂与微米氧化铝的容器的瓶口利用透气纱布防止复合材料流出和防止粉尘进入容器中的混合材料中。

具体的，在一些实施例中，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于驱动转杆501转动的第一驱动器6；第一驱动器6包括第一电机601、与第一电机601的输出轴连接且同步转动的第一锥齿轮602、与转杆501连接且同步转动的第二锥齿轮603；第一锥齿轮602与第二锥齿轮603啮合。

具体的，在一些实施例中，第一驱动器6还包括固定在烘箱1顶部并用于固定第一电机601的第一基座606、深沟球轴承604，以及轴承上盖。第一锥齿轮602和第一电机601的输出轴的轴线分别水平设置，第二锥齿轮603和转杆501的轴线均竖直设置，实现将第一电机601在水平方向的转矩转化为竖直方向上的转矩。第一锥齿轮602通过螺栓固定在第一电机601的输出轴上。第二锥齿轮603通过螺栓固定在转杆501上的输出轴上。转杆501的上端位于烘箱1上并与第二锥齿轮603连接，转杆501的下端穿过烘箱1并位于烘干腔101内。深沟球轴承604的外圈的底端固定在烘箱1的顶部，轴承盖605固定在烘箱1的顶部并覆盖深沟球轴承604。深沟球轴承604的内圈顶端支撑转杆501并与转杆501一起转动。

具体的，在一些实施例中，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于驱动模具4转动的第二驱动器7。第二驱动器7包括第一支撑梁702、与第一支撑梁702间隔布设的第二支撑梁703、转动式安装在第一支撑梁702上的第一转动轴704、转动式安装在第二支撑梁703上的第二转动轴705，以及与第二转动轴705传动连接的第二电机701；第一转动轴704和第二转动轴705分别水平设置，模具4的一端与第一转动轴704连接，模具4的另一端与第二转动轴705连接。第一转动轴704和第二转动轴705分别水平设置且位于同一直线上，通过第二电机701带动模具4转动。

具体的，在一些实施例中，第二驱动器7还包括固定在烘干腔101内并用于安装第二电机701的第二基座708、安装在第一支撑梁702上的第一轴承709、安装在第二支撑梁703上的第二轴承710。第一转动轴704安装在第一轴承709上，第二转动轴705安装在第二轴承710上。

具体的，在一些实施例中，第二电机701的输出轴上设有第一齿轮706，第二转动轴705上安装有与第一齿轮706啮合的第二齿轮707。第一齿轮706通过平键安装在第二电机701的输出轴上并通过螺纹紧固件防止第一齿轮706轴向滑动，第一齿轮706和第二齿轮707的轴线均水平设置。

具体的，在一些实施例中，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于切换第一电机601和第二电机701的切换按钮8、用于调节第一电机601的转速和第二电机701的转速的调速按钮9、用于控制第一电机601和第二电机701的紧急制动按钮10，以及电机转速显示器11；紧急制动按钮10、电机转速显示器11、切换按钮8和调速按钮9分别安装在烘箱1上。电机转速显示器11可以显示第一电机601和第二电机701的转速。切换按钮8可以切换所控制的电机是第一电机601还是第二电机701。紧急制动按钮10保证紧急情况下的第一电机601和第二电机701的制动，调速按钮9是旋钮，可以控制第一电机601和第二电机701的转速。

具体的，在一些实施例中，环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置还包括用于检测烘干腔101的气压的压力表12、用于调节烘干腔101的温度的调温旋钮13，以及温度显示器14；压力表12、调温旋钮13、温度显示器14分别安装在烘箱1上。压力表12显示烘干腔101内气体压力，调温旋钮13用来控制烘干腔101内的温度，温度显示器14用来显示烘干腔101内的温度。

具体的，在一些实施例中，模具4包括浇注模具本体401、第一夹板402、第二夹板403，以及封盖404；注模具4本体具有浇注口。浇注模具本体401夹持在第一夹板402和第二夹板403之间，封盖404安装在浇注模具本体401上并覆盖密封浇注口。注模具4本体的上端面安装第一夹板402，注模具4本体的下端面安装第二夹板403。注模具4本体的左端与第一转动轴704连接，注模具4本体的右端与第二转动轴705连接。

本发明又一实施例提供的一种环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降方法，应用于上述的环氧树脂与微米氧化铝复合材料的防沉降装置，防沉降装置如图1至图3所示，防沉降方法包括以下步骤：

S1：取微米氧化铝填料在烘箱1中干燥。烘干温度为140℃，时间为八小时。

S2：称取环氧树脂并加入S1得到的微米氧化铝搅拌均匀，然后加入固化剂，进一步搅拌均匀得到复合材料；其中，称取的环氧树脂为100克，称取的微米氧化铝为300克，用玻璃棒搅拌均匀后加入40g固化剂。

S3：将复合材料放到混料机，抽取烘干腔101内的空气，使得复合材料进行真空脱气，启动混料机转动，利用离心力使材料混合更加均匀，使得复合材料充分混合。其中，复合材料先放到准备好的容器中，再放到混料机上；混料机在120℃的真空条件下转动混合10min，转动速度为1000rad/min。

S4：将混合充分的复合材料从浇注口倒入模具4；将模具4的浇注口密封好后安装在相应位置。

S5：抽取烘干腔101内的空气，一边驱动模具4转动，一边启动烘箱1加热，使得模具4内的复合材料加热固化。

在步骤S5中，在140℃的真空的烘箱1中加热固化，在此期间启动烘箱1内的第二电机701，带动模具4旋转，利用重力作用实现物理防沉降，保证复合材料内的成分分布均匀，固化24h后得到最终的固化产物样品。

总的来说，本发明操作简单，使用方便。本发明的所有零部件均可拆卸，便于维修与更换零件。防沉降装置具有对环氧树脂与微米氧化铝复合材料进行混料、加热保温、真空脱气、浇注样片以及固化防沉降等多种功能。防沉降装置能实现真空脱气混料与固化防沉降的同时进行，也可分别进行，实现两功能的零部件相互独立，模具也不局限于一种，具有很强的灵活性；另外，将烘箱内的零件拆卸下来则可以实现一个普通真空干燥箱的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。