为响应我国“双碳”目标，国家电网发布“碳达峰、碳中和”规划，引领我国特高压能源互联建设。 随着交直流高压工程的大规模建设，复合绝缘子对电网的稳定可靠运行具有重要意义。 与传统的玻璃、瓷绝缘子相比，复合绝缘子具有重量轻、抗震性能优良、抗污染性能好、不易断裂、能耗低、生产周期短、机械性能和质量稳定等特点。 复合绝缘子主要由复合绝缘芯、端部法兰、外硅橡胶伞裙组成。 随着复合材料在电力和电气领域的发展，复合绝缘子的应用越来越广泛。 绝缘子是输电系统中应用最广泛的部件，一旦发生故障，将对电力系统的安全稳定产生不利影响，必须严格控制绝缘子的质量，确保其运行过程中的安全[1-3]。 随着我国装备技术的发展，相关领域的研究人员不断研究复合绝缘子，现阶段我国生产的复合绝缘子质量稳定，性能优良。 现在通过对高压复合绝缘子伞裙的注塑工艺和成型模具的研究，已经完成了复合绝缘子的批量生产，通过试验和实践，成型产品的性能已经达到要求。 复合绝缘子由复合芯线、外硅橡胶伞裙和两端法兰组成，结构如图1所示。 其中，复合芯材由玻璃纤维和环氧树脂制成，硅橡胶伞裙大部分为注塑成型，两端法兰采用铝合金铸造，组装后的复合绝缘子需要保证两端法兰孔的角位置关系。 
图1 复合绝缘子结构1法兰 2复合磁芯 3硅胶伞裙 4法兰。
随着复合绝缘子的广泛应用，不同电压等级的复合绝缘子的性能要求也各不相同，主要体现在雷电冲击耐压、工作冲击耐压、最小爬电距离和使用环境等方面的要求，由于复合芯成型工艺的不稳定性，对复合芯的性能的具体要求见表1。 表1 复合磁芯的性能要求
根据复合绝缘子的结构，复合芯主要采用玻璃纤维缠绕、浇注和拉挤成型工艺成型，而硅橡胶伞裙则有现有的充胶法、挤出法和注塑法，两端法兰主要采用成熟的铸造工艺成型。 综合生产效率和产品合格率，复合绝缘子芯芯采用环氧树脂纤维预制，硅橡胶伞裙采用注塑工艺制造。 硅橡胶伞裙作为复合绝缘子的重要组成部分，从早期的单伞压缩成型发展到现在的整体注塑工艺，提高了硅橡胶伞裙的生产效率，显著提高了伞裙的外观质量。 硅橡胶伞裙注塑成型生产工艺在注塑设备上完成，首先将硅橡胶装入设备塑化筒中加热软化，将高温硅橡胶在一定的压力和速度下注入安装在注塑机上的模腔中，使其定位在模具预处理的复合芯涂层中， 然后硫化、脱模、修边，完成硅橡胶伞裙的制造。在实际生产中，模具结构关系到模具的产品质量、生产效率、使用寿命[4]。 注塑模具的结构是上下开的，模具的分型面选择绝缘子回转体的轴线表面，根据复合绝缘子的尺寸，设计浇注系统和温控系统，模具的上下模块分为连接模架和成型模块， 下部模块结构如图2所示。成型模块的分型面应设计有薄槽和排气槽，便于断开胶料，成型模块的切割结构和整体模具形状如图3所示。 锁模力对橡胶制品的尺寸精度和质量影响很大[5]，为了防止模具在注射和硫化过程中被型腔内的橡胶推开，在模具设计中应考虑锁模力的大小。 
图2 注塑模具下的模块结构
图3 成型模块的切割结构和模具形状。
夹紧力的计算公式为：p=nsp，其中p为夹紧力，n;n 是安全系数 （1）。5~1.8）；s为产品外伞裙模型分型面的有效投影面积，cm2;p 是胶料在型腔中的平均压力，MPa。 伞裙注塑成型是在一定的流速和压力条件下，将硅胶注入模具中的复合型芯中，在注射过程中要保证复合型芯准确定位并牢固地固定在模具中，避免成型后产品偏心。 具体实施方式是将两端法兰结合的复合绝缘子芯放入注塑模具中，通过控制锁模力实现两端法兰面和模具压紧块的圆周定位和密封，通过绝缘子两端法兰和模具端面实现轴向定位。 模具需要有足够的强度和刚度，以保证在长期的注射压力和温度变化下不变形和密封良好，因此模具材料的选择至关重要。 模具材料应具有良好的热稳定性，不易变形，使用安全可靠，成型品质量稳定，型腔板一般选用PH、738H、S136等模具钢，因其具有优良的抛光性、防锈性、耐磨性[6]。 为了保证注塑产品能够顺利脱模，不出现粘模现象，模具零件加工后需要多次抛光，模腔壁表面粗糙度为08 m，为了便于注射过程中的排气，加工制造的上下模成型模块的表面应略高于模架表面05~0.8 mm。根据产品规格的不同，模具设计可分为1模1腔、1模2腔和1模多腔结构，当产品尺寸较大时，一般采用1模1腔结构，长度较长时需要分段注塑， 按照硅橡胶伞裙尺寸设计制造的模具如图1所示，如图4所示。当产品尺寸较小时，可采用1模2腔结构，设计制造的模具已生产出来，部分模具结构如图5所示。 
图4 实际成型模块和模具形状。
图5 特高压复合绝缘子注塑模具尺寸较大的1模2腔模具部分结构，电加热装置一般安装在模具内部，为了保证模具内部温度的均匀性，设计模具加热棒的数量和位置尤为重要。 采用abaqus有限元分析软件分析了模具的加热过程，P20钢的密度为78 103 kg m3，导热系数为50 W（m·k），比热为450 J（kg·k），将材料特性给出计算模型，由于模具外有隔热措施，仿真过程中的散热系数取较小值，加热时间为3 600 s， 环境温度为22，加热温度设置为170，通过对加热棒数量和位置的优化计算，优化后的模具温度分布轮廓如图6所示。
图6 模具温度分布优化后的复合绝缘子生产制造主要分为复合芯材制造、两端金属法兰铸造、外硅橡胶伞裙注塑成型三道工序。 复合芯材经玻璃纤维预制棒和环氧树脂浸渍固化后，加工成规定的尺寸，将铸造、加工后的金属法兰粘接到加工后的复合芯的两端，粘接时应保证两端金属法兰连接孔的角位置关系， 并在粘接完成后，将偶联剂涂覆在需要覆盖的硅橡胶伞裙组件表面，然后装入注塑模具进行硅橡胶伞裙成型，脱模后将注射后复合绝缘子分型面和浇口处多余的硅橡胶去除， 最后硅橡胶伞裙和两端的法兰接口进行封边。生产的复合绝缘子如图7所示，产品表面光滑，无皱纹、气泡、撕裂和缺胶现象。 
图7 复合绝缘子 原作者： 南吴江 1 陈兴瑞 1 王志文 2 王立贤 3 作者单位： 1太原科技大学高端重型机械装备研究院; 2.山西省电力公司特高压变电站公司; 3.青岛宏杰智能科技***