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摘要 文章介绍了采用一种全新的长定子封装工艺——VPG工艺。对长定子的结构特点、原生产工艺及VPG工艺的介绍，并对其工艺差别进行了阐述。该工艺重点解决了生产长定子产品合格率和效率低、劳动强度高、产品外观差等缺点。
关键词 VPG 长定子 真空压力凝胶 工艺差异
1 概述
VPG技术是从环氧树脂真空压力凝胶成型技术(Vacuity Pressure Gelation)上发展而来的。是从APG工艺基础上，引入真空浇注理念，形成在真空状态下的自动压力凝胶成型工艺，使压力凝胶技术应用更为广泛。尤其在要求真空度高、产品成形有特殊要求的产品，优势更为突出。可以说VPG工艺是集真空浇注工艺和自动压力凝胶工艺之优点为一体的工艺，是环氧树脂成型技术中的一种新工艺，正在被越来越多应用在高质量互感器及其它产品中。
上海煤科机电技贸有限公司是煤炭科学研究总院上海分院的一个全资公司，专门从事非煤项目的研究。公司环氧项目部自1994年受原机械工业部重大装备司的委托，开始研究APG工艺的环氧树脂自动压力凝胶全液压成套设备，并于1997年通过鉴定。十几年来，上海煤科机电技贸有限公司已向全国二十多个省市提供了各种型号的HAG型环氧树脂自动压力凝胶成套设备400多台套，使我国的高压开关行业的中、高压绝缘制品的水平有了很大的提高，并已批量出口，形成了一个采用APG技术生产高压绝缘件的产业。
随着APG技术的发展，应用范围越来越广泛，其中涉及部分产品对成形过程中有很高的真空要求，使单一采用APG工艺很难达到其性能要求。所以从2003年开始，环氧项目部开始研究VPG工艺，并研发成功“真空悬挂液压成型机”，在2004年获得实用新型专利，专利名称为“真空悬挂液压成型机”。专利号为ZL200420022098.2。经过几年的工业性试验，已经在10kV、35kV电压、电流互感器的生产中取得成功，并进入小批量生产阶段。磁悬浮用长定子的环氧树脂封装工艺，通过研发也采用VPG工艺进行长定子的环氧封装，经过二年的努力，已成功在长定子真空环氧树脂自动压力凝胶封装生产线上进行了小批量的试生产。基本达到预期效果。
2 长定子的结构特点及原生产工艺简述
主要由定子铁心和燕尾键(也称横梁)组成。经环氧树脂全面封装后，以三根燕尾键为安装基础固定在磁悬浮水泥梁上。
封装工艺主要由定子铁心冲片、加热叠压、环氧树脂真空压力浇注、预固化、后固化、清理成品这几道工序组成。
2.1 长定子的结构特点
环氧封装面积大、壁厚薄，大部分环氧层厚度为1.5～2mm。要求有很好的粘接性和防开裂性能。环氧封装厚度不均匀。燕尾槽中厚的部位有几个毫米，最薄的部位仅为0.1mm左右。要求有很好的流动性和树脂充满性。位置精度要求高。由于长定子在安装过程有较高的位置精度，尤其是安装孔、长定子底平面等位置精度。所以要求环氧树脂成形的模具有相应的强度和精度。环氧树脂的收缩有相应的要求。表面质量要求高。由于环氧树脂封装厚度较薄，所以不能有气泡、缺陷。要求表面光滑，这样对成形有较高的要求，生产的自动化程度要高。由于制品有100kg重，又有加热要求，对生产效率也要求很高，所以对工艺有较高的自动化程度要求。
2.2 原生产工艺主要存在的问题
工艺关键是将加热叠加后的定子铁心装入浇注模后，进入三腔浇注室，进行真空状态下的有压力浇注，然后进行预固化，利用气缸补充环氧固化收缩量，随后进入后固化。原生产工艺存在的问题，首先是预固化工位中利用气缸加压来补充环氧收缩。由于环氧混合料粘度随高温时间的推移迅速提高，利用气缸进行表面压缩，已不能对远端产生效果。其结果就是不能有效补充而产生表面气泡，影响产品的表面质量。其次在三腔浇注室内，还没有进入加热工艺，浇注温度较低。环氧混合料粘度随温度变化曲线。浇注温度越低粘度越大，不利于产生很好的流动性和树脂充满性。对产品质量有影响。另外原工艺需要将整副模具从浇注室移到预固化工位，经过固化后才可以拆浇注模。模具利用率低，拆装模具的辅助装备复杂。
3 采用VPG工艺封装长定子
3.1 VPG工艺简介
主要利用专用的真空压力凝胶全液压成型机完成封装长定子的工作。
主要由真空箱、箱内动模、箱盖模、下抽芯等组成。环氧树脂混合料经真空、搅拌后，通过压力进行注射。成型分二个时间过程，一是注料时间。注射压力控制在0.1～0.2 MPa，注料时间为2～4min；二是固化时间。固化时注料压力控制在0.3～0.5MPa，固化时间约为15min左右。成型后开模，可直接取出制品，经简单处理后，进行后固化。
3.2 VPG工艺同原工艺的差异
3.2.1 真空压力凝胶步骤的差异
原工艺真空注料和压力成形分两步完成的，第一步，在浇注室内真空状态下，用0.2MPa压力注射环氧树脂。此步骤中，环氧树脂并未完全固化。第二步，将至预固化工位，在浇注口用气缸加压。此步骤中，实际是表面加压，制品内部的环氧树脂受压不均匀、补充收缩的效果不佳，易出现气泡。不是在真空状态下直接压力凝胶。
VPG工艺真空压力是一步完成的，合模、合箱、抽真空后，采用0.3-0.5MPa压力进行注料，十几分钟后固化。完全固化后，环氧树脂的收缩补充已完成，不易产生气泡。实现真空状态下环氧树脂的自动压力凝胶。
3.2.2 环氧树脂温度的差异
原温度为80度(真空箱温度)，VPG温度为130度(模具腔内温度)，VPG工 艺在注射后，由于树脂温度较高，粘度就很小。环氧树脂混合料粘度——温度曲线。易流动，易渗透，易排气。较符合长定子环氧封装的特点，经实践证明在真空状态下环氧树脂自动压力凝胶环氧混合料的粘度很大程度决定了产品的质量、性能。
3.2.3 凝胶时间的差异
原工艺在模具内需要2h，VPG工艺在模具内约25min。环氧树脂混合料固化时间——温度曲线见图5。由于温度提高，大大缩短凝胶时间，提高了生产效率和模具的利用率。但温度也不是越高越好，如温度太高将加快凝胶时间，而凝胶时间是产品合格率的重要保证，我们反复试验，并向树脂供应商提出要求，希望在高温下，凝胶时间放长点，有利于产品的合格率。
3.2.4 注料时压力的差异
原工艺注料压力为0.1～0.2MPa，VPG工艺注料压力为0.3～0.5MPa。模腔压力较高，可以更好的渗透，同时网格布与环氧的结合更佳。由于压力高，密度大，制品表面光滑，更适合长定子封装工艺。但模腔压力会对模具强度提出很高要求，太高的模腔压力会引起模具变形，从而引起泄露，飞边的增加。严重的会引起形位公差超差，表面位置公差漂移，所以模腔压力取决于模具强度。
4 环氧树脂体系
环氧树脂体系采用HUNTSMAN提供的环氧树脂体系，参考混合料组成为，环氧树脂CY5995，100份；固化剂HY227，100份；增韧剂DY040，6份；促进剂XW528，1～2份；硅微粉，192份。
该体系环氧树脂在使用时混料温度为35～55℃，混合抽真空时间为2h。注射压力为0.1～0.2Mpa。注射时间为3～5min。固化压力为0.3～0.5MPa。固化时间为10～20min。模具温度约120～130度，模具内各点温度误差应小于5"C。硅微粉最佳使用400目的活性粉。
环氧树脂真空混料设备有二种，一是试验用混料装置可采用AH型环氧树脂搅拌混料装置。二是流水线用可采用VPRM－90型环氧树脂真空混料设备。环氧树脂混合料的真空度十分关键，随着混料温度的升高，粘度下降，混料效果会提高。所以经过反复试验认为，混合料的温度随环境温度的变化，控制在40度左右较合理，当然这同混合料的比例，搅拌的时间有很大关系。
5 结束语
通过二年多的努力，采用VPG工艺在磁悬浮用长定子封装上取得了成功，该工艺为国际首创，同原工艺有很大差异，存在许多优点，在研发中克服了许多困难，目前已形成一条具有8台HAG型真空全液压成型机的生产线，小规模生产样品符合磁悬浮轨道交通的要求，项目已申报国家发明专利。为我国自主研发磁悬浮技术打下良好基础。
关键词 VPG 长定子 真空压力凝胶 工艺差异
1 概述
VPG技术是从环氧树脂真空压力凝胶成型技术(Vacuity Pressure Gelation)上发展而来的。是从APG工艺基础上，引入真空浇注理念，形成在真空状态下的自动压力凝胶成型工艺，使压力凝胶技术应用更为广泛。尤其在要求真空度高、产品成形有特殊要求的产品，优势更为突出。可以说VPG工艺是集真空浇注工艺和自动压力凝胶工艺之优点为一体的工艺，是环氧树脂成型技术中的一种新工艺，正在被越来越多应用在高质量互感器及其它产品中。
上海煤科机电技贸有限公司是煤炭科学研究总院上海分院的一个全资公司，专门从事非煤项目的研究。公司环氧项目部自1994年受原机械工业部重大装备司的委托，开始研究APG工艺的环氧树脂自动压力凝胶全液压成套设备，并于1997年通过鉴定。十几年来，上海煤科机电技贸有限公司已向全国二十多个省市提供了各种型号的HAG型环氧树脂自动压力凝胶成套设备400多台套，使我国的高压开关行业的中、高压绝缘制品的水平有了很大的提高，并已批量出口，形成了一个采用APG技术生产高压绝缘件的产业。
随着APG技术的发展，应用范围越来越广泛，其中涉及部分产品对成形过程中有很高的真空要求，使单一采用APG工艺很难达到其性能要求。所以从2003年开始，环氧项目部开始研究VPG工艺，并研发成功“真空悬挂液压成型机”，在2004年获得实用新型专利，专利名称为“真空悬挂液压成型机”。专利号为ZL200420022098.2。经过几年的工业性试验，已经在10kV、35kV电压、电流互感器的生产中取得成功，并进入小批量生产阶段。磁悬浮用长定子的环氧树脂封装工艺，通过研发也采用VPG工艺进行长定子的环氧封装，经过二年的努力，已成功在长定子真空环氧树脂自动压力凝胶封装生产线上进行了小批量的试生产。基本达到预期效果。
2 长定子的结构特点及原生产工艺简述
主要由定子铁心和燕尾键(也称横梁)组成。经环氧树脂全面封装后，以三根燕尾键为安装基础固定在磁悬浮水泥梁上。
封装工艺主要由定子铁心冲片、加热叠压、环氧树脂真空压力浇注、预固化、后固化、清理成品这几道工序组成。
2.1 长定子的结构特点
环氧封装面积大、壁厚薄，大部分环氧层厚度为1.5～2mm。要求有很好的粘接性和防开裂性能。环氧封装厚度不均匀。燕尾槽中厚的部位有几个毫米，最薄的部位仅为0.1mm左右。要求有很好的流动性和树脂充满性。位置精度要求高。由于长定子在安装过程有较高的位置精度，尤其是安装孔、长定子底平面等位置精度。所以要求环氧树脂成形的模具有相应的强度和精度。环氧树脂的收缩有相应的要求。表面质量要求高。由于环氧树脂封装厚度较薄，所以不能有气泡、缺陷。要求表面光滑，这样对成形有较高的要求，生产的自动化程度要高。由于制品有100kg重，又有加热要求，对生产效率也要求很高，所以对工艺有较高的自动化程度要求。
2.2 原生产工艺主要存在的问题
工艺关键是将加热叠加后的定子铁心装入浇注模后，进入三腔浇注室，进行真空状态下的有压力浇注，然后进行预固化，利用气缸补充环氧固化收缩量，随后进入后固化。原生产工艺存在的问题，首先是预固化工位中利用气缸加压来补充环氧收缩。由于环氧混合料粘度随高温时间的推移迅速提高，利用气缸进行表面压缩，已不能对远端产生效果。其结果就是不能有效补充而产生表面气泡，影响产品的表面质量。其次在三腔浇注室内，还没有进入加热工艺，浇注温度较低。环氧混合料粘度随温度变化曲线。浇注温度越低粘度越大，不利于产生很好的流动性和树脂充满性。对产品质量有影响。另外原工艺需要将整副模具从浇注室移到预固化工位，经过固化后才可以拆浇注模。模具利用率低，拆装模具的辅助装备复杂。
3 采用VPG工艺封装长定子
3.1 VPG工艺简介
主要利用专用的真空压力凝胶全液压成型机完成封装长定子的工作。
主要由真空箱、箱内动模、箱盖模、下抽芯等组成。环氧树脂混合料经真空、搅拌后，通过压力进行注射。成型分二个时间过程，一是注料时间。注射压力控制在0.1～0.2 MPa，注料时间为2～4min；二是固化时间。固化时注料压力控制在0.3～0.5MPa，固化时间约为15min左右。成型后开模，可直接取出制品，经简单处理后，进行后固化。
3.2 VPG工艺同原工艺的差异
3.2.1 真空压力凝胶步骤的差异
原工艺真空注料和压力成形分两步完成的，第一步，在浇注室内真空状态下，用0.2MPa压力注射环氧树脂。此步骤中，环氧树脂并未完全固化。第二步，将至预固化工位，在浇注口用气缸加压。此步骤中，实际是表面加压，制品内部的环氧树脂受压不均匀、补充收缩的效果不佳，易出现气泡。不是在真空状态下直接压力凝胶。
VPG工艺真空压力是一步完成的，合模、合箱、抽真空后，采用0.3-0.5MPa压力进行注料，十几分钟后固化。完全固化后，环氧树脂的收缩补充已完成，不易产生气泡。实现真空状态下环氧树脂的自动压力凝胶。
3.2.2 环氧树脂温度的差异
原温度为80度(真空箱温度)，VPG温度为130度(模具腔内温度)，VPG工 艺在注射后，由于树脂温度较高，粘度就很小。环氧树脂混合料粘度——温度曲线。易流动，易渗透，易排气。较符合长定子环氧封装的特点，经实践证明在真空状态下环氧树脂自动压力凝胶环氧混合料的粘度很大程度决定了产品的质量、性能。
3.2.3 凝胶时间的差异
原工艺在模具内需要2h，VPG工艺在模具内约25min。环氧树脂混合料固化时间——温度曲线见图5。由于温度提高，大大缩短凝胶时间，提高了生产效率和模具的利用率。但温度也不是越高越好，如温度太高将加快凝胶时间，而凝胶时间是产品合格率的重要保证，我们反复试验，并向树脂供应商提出要求，希望在高温下，凝胶时间放长点，有利于产品的合格率。
3.2.4 注料时压力的差异
原工艺注料压力为0.1～0.2MPa，VPG工艺注料压力为0.3～0.5MPa。模腔压力较高，可以更好的渗透，同时网格布与环氧的结合更佳。由于压力高，密度大，制品表面光滑，更适合长定子封装工艺。但模腔压力会对模具强度提出很高要求，太高的模腔压力会引起模具变形，从而引起泄露，飞边的增加。严重的会引起形位公差超差，表面位置公差漂移，所以模腔压力取决于模具强度。
4 环氧树脂体系
环氧树脂体系采用HUNTSMAN提供的环氧树脂体系，参考混合料组成为，环氧树脂CY5995，100份；固化剂HY227，100份；增韧剂DY040，6份；促进剂XW528，1～2份；硅微粉，192份。
该体系环氧树脂在使用时混料温度为35～55℃，混合抽真空时间为2h。注射压力为0.1～0.2Mpa。注射时间为3～5min。固化压力为0.3～0.5MPa。固化时间为10～20min。模具温度约120～130度，模具内各点温度误差应小于5"C。硅微粉最佳使用400目的活性粉。
环氧树脂真空混料设备有二种，一是试验用混料装置可采用AH型环氧树脂搅拌混料装置。二是流水线用可采用VPRM－90型环氧树脂真空混料设备。环氧树脂混合料的真空度十分关键，随着混料温度的升高，粘度下降，混料效果会提高。所以经过反复试验认为，混合料的温度随环境温度的变化，控制在40度左右较合理，当然这同混合料的比例，搅拌的时间有很大关系。
5 结束语
通过二年多的努力，采用VPG工艺在磁悬浮用长定子封装上取得了成功，该工艺为国际首创，同原工艺有很大差异，存在许多优点，在研发中克服了许多困难，目前已形成一条具有8台HAG型真空全液压成型机的生产线，小规模生产样品符合磁悬浮轨道交通的要求，项目已申报国家发明专利。为我国自主研发磁悬浮技术打下良好基础。