為響應我國“雙碳”目標，國家電網發布“碳達峰、碳中和”規劃，引領我國特高壓能源互聯建設。 隨著交直流高壓工程的大規模建設，復合絕緣子對電網的穩定可靠執行具有重要意義。 與傳統的玻璃、瓷絕緣子相比，復合絕緣子具有重量輕、抗震效能優良、抗汙染效能好、不易斷裂、能耗低、生產周期短、機械效能和質量穩定等特點。 復合絕緣子主要由復合絕緣芯、端部法蘭、外矽橡膠傘裙組成。 隨著複合材料在電力和電氣領域的發展，復合絕緣子的應用越來越廣泛。 絕緣子是輸電系統中應用最廣泛的部件，一旦發生故障，將對電力系統的安全穩定產生不利影響，必須嚴格控制絕緣子的質量，確保其執行過程中的安全[1-3]。 隨著我國裝備技術的發展，相關領域的研究人員不斷研究復合絕緣子，現階段我國生產的復合絕緣子質量穩定，效能優良。 現在通過對高壓復合絕緣子傘裙的注塑工藝和成型模具的研究，已經完成了復合絕緣子的批量生產，通過試驗和實踐，成型產品的效能已經達到要求。 復合絕緣子由復合芯線、外矽橡膠傘裙和兩端法蘭組成，結構如圖1所示。 其中，復合芯材由玻璃纖維和環氧樹脂製成，矽橡膠傘裙大部分為注塑成型，兩端法蘭採用鋁合金鑄造，組裝後的復合絕緣子需要保證兩端法蘭孔的角位置關係。 
圖1 復合絕緣子結構1法蘭 2復合磁芯 3矽膠傘裙 4法蘭。
隨著復合絕緣子的廣泛應用，不同電壓等級的復合絕緣子的效能要求也各不相同，主要體現在雷電衝擊耐壓、工作衝擊耐壓、最小爬電距離和使用環境等方面的要求，由於復合芯成型工藝的不穩定性，對復合芯的效能的具體要求見表1。 表1 復合磁芯的效能要求
根據復合絕緣子的結構，復合芯主要採用玻璃纖維纏繞、澆注和拉擠成型工藝成型，而矽橡膠傘裙則有現有的充膠法、擠出法和注塑法，兩端法蘭主要採用成熟的鑄造工藝成型。 綜合生產效率和產品合格率，復合絕緣子芯芯採用環氧樹脂纖維預製，矽橡膠傘裙採用注塑工藝製造。 矽橡膠傘裙作為復合絕緣子的重要組成部分，從早期的單傘壓縮成型發展到現在的整體注塑工藝，提高了矽橡膠傘裙的生產效率，顯著提高了傘裙的外觀質量。 矽橡膠傘裙注塑成型生產工藝在注塑裝置上完成，首先將矽橡膠裝入裝置塑化筒中加熱軟化，將高溫矽橡膠在一定的壓力和速度下注入安裝在注塑機上的模腔中，使其定位在模具預處理的復合芯塗層中， 然後硫化、脫模、修邊，完成矽橡膠傘裙的製造。在實際生產中，模具結構關係到模具的產品質量、生產效率、使用壽命[4]。 注塑模具的結構是上下開的，模具的分型面選擇絕緣子迴轉體的軸線表面，根據復合絕緣子的尺寸，設計澆注系統和溫控系統，模具的上下模組分為連線模架和成型模組， 下部模組結構如圖2所示。成型模組的分型面應設計有薄槽和排氣槽，便於斷開膠料，成型模組的切割結構和整體模具形狀如圖3所示。 鎖模力對橡膠製品的尺寸精度和質量影響很大[5]，為了防止模具在注射和硫化過程中被型腔內的橡膠推開，在模具設計中應考慮鎖模力的大小。 
圖2 注塑模具下的模組結構
圖3 成型模組的切割結構和模具形狀。
夾緊力的計算公式為：p=nsp，其中p為夾緊力，n;n 是安全係數 （1）。5~1.8）；s為產品外傘裙模型分型面的有效投影面積，cm2;p 是膠料在型腔中的平均壓力，MPa。 傘裙注塑成型是在一定的流速和壓力條件下，將矽膠注入模具中的複合型芯中，在注射過程中要保證複合型芯準確定位並牢固地固定在模具中，避免成型後產品偏心。 具體實施方式是將兩端法蘭結合的復合絕緣子芯放入注塑模具中，通過控制鎖模力實現兩端法蘭面和模具壓緊塊的圓周定位和密封，通過絕緣子兩端法蘭和模具端麵實現軸向定位。 模具需要有足夠的強度和剛度，以保證在長期的注射壓力和溫度變化下不變形和密封良好，因此模具材料的選擇至關重要。 模具材料應具有良好的熱穩定性，不易變形，使用安全可靠，成型品質量穩定，型腔板一般選用PH、738H、S136等模具鋼，因其具有優良的拋光性、防鏽性、耐磨性[6]。 為了保證注塑產品能夠順利脫模，不出現粘模現象，模具零件加工後需要多次拋光，模腔壁表面粗糙度為08 m，為了便於注射過程中的排氣，加工製造的上下模成型模組的表面應略高於模架表面05~0.8 mm。根據產品規格的不同，模具設計可分為1模1腔、1模2腔和1模多腔結構，當產品尺寸較大時，一般採用1模1腔結構，長度較長時需要分段注塑， 按照矽橡膠傘裙尺寸設計製造的模具如圖1所示，如圖4所示。當產品尺寸較小時，可採用1模2腔結構，設計製造的模具已生產出來，部分模具結構如圖5所示。 
圖4 實際成型模組和模具形狀。
圖5 特高壓復合絕緣子注塑模具尺寸較大的1模2腔模具部分結構，電加熱裝置一般安裝在模具內部，為了保證模具內部溫度的均勻性，設計模具加熱棒的數量和位置尤為重要。 採用abaqus有限元分析軟體分析了模具的加熱過程，P20鋼的密度為78 103 kg m3，導熱係數為50 W（m·k），比熱為450 J（kg·k），將材料特性給出計算模型，由於模具外有隔熱措施，模擬過程中的散熱係數取較小值，加熱時間為3 600 s， 環境溫度為22，加熱溫度設定為170，通過對加熱棒數量和位置的優化計算，優化後的模具溫度分布輪廓如圖6所示。
圖6 模具溫度分布優化後的復合絕緣子生產製造主要分為復合芯材製造、兩端金屬法蘭鑄造、外矽橡膠傘裙注塑成型三道工序。 復合芯材經玻璃纖維預製棒和環氧樹脂浸漬固化後，加工成規定的尺寸，將鑄造、加工後的金屬法蘭粘接到加工後的復合芯的兩端，粘接時應保證兩端金屬法蘭連線孔的角位置關係， 並在粘接完成後，將偶聯劑塗覆在需要覆蓋的矽橡膠傘裙元件表面，然後裝入注塑模具進行矽橡膠傘裙成型，脫模後將注射後復合絕緣子分型面和澆口處多餘的矽橡膠去除， 最後矽橡膠傘裙和兩端的法蘭介面進行封邊。生產的復合絕緣子如圖7所示，產品表面光滑，無皺紋、氣泡、撕裂和缺膠現象。 
圖7 復合絕緣子 原作者： 南吳江 1 陳興瑞 1 王志文 2 王立賢 3 作者單位： 1太原科技大學高階重型機械裝備研究院; 2.山西省電力公司特高壓變電站公司; 3.青島巨集傑智慧型科技***