电抗器用玻纤纱/环氧树脂复合材料最优含胶量的研究

王方杰，徐位宏

（合容电气股份有限公司，陕西 西安 710200）

电抗器用玻纤纱/环氧树脂复合材料最优含胶量的研究

王方杰，徐位宏

（合容电气股份有限公司，陕西 西安 710200）

玻璃纤维纱增强环氧树脂是玻璃钢的一种，由于其良好的电气绝缘性能及机械性能，所以在干式空心电抗器包封绝缘层中被广泛使用。主要研究了玻纤/环氧树脂复合材料中玻璃纤维纱与环氧树脂的最佳比例，因环氧树脂固化物本身具有良好的电气绝缘性，故只针对其力学性能进行测试和评估，最终确定出二者的最优比例，同时确立一个行业的标准。

玻璃纤维纱；环氧树脂；复合材料；含胶量

随着电力事业的不断发展，干式空心电抗器在电网系统中的应用日趋广泛，其作用也举足轻重[1]。干式空心电抗器绕组外部用浸渍环氧树脂的玻璃纤维缠绕严密包封，固化后具有很好的整体性，其机械强度高，耐受短时电流的冲击能力强，能够很好地满足产品的动、热稳定性及良好的绝缘性[2,3]。但是，在电抗器行业制造中普遍存在一个问题，对于玻纤/环氧树脂复合材料而言，如环氧树脂的含量过高，在包封绕制过程中，就会发生较为严重的甩胶现象，不但影响生产环境，而且造成原材料浪费；如玻璃纤维纱含量过低，会导致纱不能完全浸透，出现发毛现象，其电气、力学性能也得不到保证[4,5]。所以，研究玻纤/环氧树脂复合材料的最优含胶量是电抗器行业亟待解决的问题，所以，我们就对玻纤/环氧树脂复合材料展开了系统的研究与实验，并获得了具有指导性意义的实验结论。

1 实验目的

通过本次实验确定出干式空心电抗器用玻纤/

环氧树脂复合材料的最优含胶量，提高本公司产品的质量，同时为电抗器行业确立玻纤/环氧树脂复合材料含胶量的标准。

2 实验方案

（1）分别制备含胶量为 20%、25%、30%、35%的玻纤/环氧树脂复合材料，做好标记备用；

（2）分别测试含胶量为 20%，25%，30%，35%复合材料试件的各项性能,确定最佳含胶量。筛选配方时测试弯曲、冲击两个力学性能即可；

（3）确定玻纤/环氧树脂复合材料最优含胶量后，测试最优含胶量试样的全部的机械、电气性能。

3 实验过程

3.1制样

采用单向纤维增强的方法制备环氧树脂体积分数分别为 20%，25%，30%，35%复合材料试样，制备过程如图 1、图 2所示。

图1 单向纤维增强层压板成型Fig.1Unidirectional fiber reinforced laminate molding

图2 测试试样裁制过程Fig.2 Test sample the systemprocess

3.2 力学性能测试

对于玻纤/环氧树脂复合材料而言，环氧树脂的含量直接影响复合材料的力学性能，而对电气性能影响微乎其微，所以在筛选玻纤/环氧树脂复合材料最优含胶量时以机械性能为主，主要测试弯曲强度、冲击强度两个性能，制样标准及试验过程如图 3、图 4 所示,检测结果如表 1所示。

4 实验结果分析

采用模压工艺制备不同含胶量的玻璃纤维增强复合材料单向板，按照测试标准，测试不同含胶量体系的弯曲强度及冲击强度，现对实验数据进行分析如下：

当玻纤/环氧树脂复合材料的含胶量小于 30%时，复合材料从外观上可以明显看到纤维不能被树脂完全浸润，显示有很多干纤维，表面发毛，复合材料板材因为含胶量太低，因此力学性能很差，所以含胶量至少应达到 30%，复合材料才可以充分发挥它的性能。

当玻纤/环氧树脂复合材料的含胶量由30.2%～36.3%变化时，弯曲模量和弯曲强度都有所下降，但是变化不大。因为复合材料中纤维是增强材料，起到增强的作用，随着纤维含量的上升复合材料的弯曲模量和强度也随之上升。在此含胶量变化范围内，纤维含量变化不是很大，所以弯曲模量和弯曲强度的变化也不大，在现有的工艺范围内，含胶量在 30～35%之间时，力学性能差异不大。

图3 单向纤维增强复合材料标准试样及弯曲强度测试Fig.3 Unidirectional fiber reinforced composite material bending strength test and standard samples

图4 单向纤维增强复合材料标准试样及冲击强度测试Fig.4 Unidirectional fiber reinforced composite material standard sample and impact strength test

表1 不同树脂含量试样的弯曲和冲击性能Table 1Flexural and impactproperties of different resin content in the sample

当玻纤/环氧树脂复合材料的含胶量高于 35%，由于纤维含量降低，力学性能将会降低。

表2 玻纤/环氧树脂复合材料的最优含胶量各项性能指标Table 2 Fiberglass / epoxy composites optimum gel content of theperformance indicators

本文中所述玻纤/环氧树脂复合材料的含胶量均为体积分数，在实际生产过程中，多数以质量分数计算，所以在实际应用中，应先将体积分数转换为质量分数。

5 实验结论

（1）确定出了玻纤/环氧树脂复合材料的最优含胶量为 30%～35%；

（2）玻纤/环氧树脂复合材料的最优含胶量各项性能指标可作为电抗器行业标准，具体如表2所示。

［1］陈平,刘胜平,王德中.环氧树脂及其应用[M].北京：化学工业出版社,2006.

［2］陈祥宝.聚合物基复合材料手册[M].北京：化学工业出版社, 2004.

［3］乌云其其格,廖子龙.3233 树脂性能研究[J].材料工程,2005(6):24-26．

［4］廖子龙,乌云其其格,等.环氧树脂/玻璃纤维纱复合材料性能研究与应用[J].北京：工程塑料应用,2008(36):47-49.

［5］袁金颖.树脂固化时体积收缩内应力的本质及消除途径[J].化学与粘合,1997(4):234-236.

Study on the Optimal Rubber Content of Glass Fiber/Epoxy Resin composites Used in Reactors

WANG Fang-jie，XV Wei-hong
（Herong Electric Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200, China）

Glass fibre reinforced epoxy resin is a kind of glass fiber reinforcedplastic. Because of its good electrical insulatingperformance and mechanicalperformance, so it is widely used in coating insulating layer of the dry hollow reactor. In thispaper, the bestproportion of glass fiber yarn and epoxy resin in the glass fiber/epoxy resin composite materials was mainly studied. Because of good electrical insulation of cured epoxy resin itself, its mechanicsperformance was tested and evaluated, ultimately the optimalproportion of the two was determined. At the same time, an industry standard was established.

Glass fibre; Epoxy resin; Composite materials; Rubber content

TM 854

： A

： 1671-0460（2017）02-0237-03

2016-07-09

王方杰（1982-），男，陕西省渭南市人，工程师，2000 年毕业于陕西科技大学机电一体化专业，研究方向：从事电容器、电抗器的工艺研究、生产管理工作。E-mail：35526242@qq.com。