에폭시 애자의 품질향상 및 생산공정 개선

기술지원

2005. 10. 31

지원기관 : 한국전기연구원

지원기업 : 대진전기

산 업 자 원 부

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제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 “에폭시 애자의 품질향상 및 생산 공정 개선 기술지원” (지원기간 :

2004. 10. ~ 2005. 09.) 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2005. 10. 31.

지원기관 : 한국전기연구원

(대표자) 박 동 욱

지원기업 : 대진전기

(대표자) 조 규 삼

지원책임자 : 이 기 택

참여연구원 : 심 대 섭

참여연구원 : 성 기 욱

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기술지원성과 요약서

1. 사업목표

현재 서진 각국에서는 애자 생산에 있어 품질의 우수성이 입증된 자동화 주형공

법인 가압 겔화 법(APG : Automatic Pressure Gelation)을 이용한 생산이 상용

화 되어 있다. 이에 비교해 대진 전기는 오래전의 성형방법(Compression

Molding)으로 생산하고 있으며, 그 성분소재가 분체 성형 재료Epoxy Molding

Compound)를 사용하는 바 그 특성상 많은 분진과 인력을 필요로 하고 자동화

에 한계가 있어 생산성과 제품의 신뢰성을 보장 받기 어려운 상태이다.

따라서, 본 사업의 목표는 에폭시 액상 수지를 이용한 자동화 공법의 설계 및

개발을 완료하는 것을 목표로 한다.

2. 기술지원내용 및 범위

1) 에폭시 분말수지와 액상수지의 특성 및 가공조건 조사

2) 자동화 주형공법에 의한 설비 제작

3) 에폭시 액상 수지의 성형조건 선정

4) 에폭시 애자의 구조설계 및 전계해석

5) 에폭시 애자의 제품 품질보증 대책

6) 에폭시 애자의 성능 시험 및 평가

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3. 지원실적

지원항목지원내용

기술지원前 기술지원後

에폭시 분말수

지와 액상수지

의 특성 및 가

공조건 조사

물리적 특성

(예;굴곡강도)9~10 kg/cm² 11~13 kg/cm²

가공조건

(예;진공탈포)- 진공탈포

생산성

(예;시간당 생산량)6 개/h 10 개/h

품질

(예;부분방전)100 pc 이하 10 pc 이하

자동화 주형공법에 의한 설비 제작분말수지를

압축

액상수지 자동화

주형설비사용

(기포제거)

에폭시 액상수지의 성형조건 선정 - 가공조건 선정

에폭시 애자의 구조설계 및 전계해석 -구조설계 및

전계해석

에폭시 애자의 제품 품질보증 대책 -

에폭시 지지애자

(액상수지)

제품시험규걱

개정 및 적용

에폭시 애자의 성능시험 및 평가 -JIS C 3851

(1999)에 적합

4. 기술지원 성과 및 효과

1) 해당기술 적용제품

○ 적용제품명 : 옥내용 에폭시 수지 지지애자

○ 모 델 명 : EIF6A4(7.2kV), EIF6A2(7.2kV)

EIG20B4(*1)(24kV), EIG20B4(*2)(24kV)

(*1은 취부 고도 210mm, *2는 취부 고도 220mm임)

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2) 품질 및 가격

구분 경쟁제품해당기술 적용제품

지원전 지원후

경쟁제품

대비

품질

충격내전압시험 125 BIL 125 BIL 125 BIL

상용주파내전압시

헙50 kV/1분 50 kV/1분 50 kV/1분

부분방전시험 30 pc 이하100 pc

이하10 pc 이하

곡내하중 600 kgf 이상 600 kgf 600 kgf 이상

하중 편향도시험높이의 0.2%

이하-

높이의 0.2%

이하

온도변화에 따른

곡내하중시험

(-20℃, +20℃,

+75℃)

평균치

600 kgf 이상-

평균치

600 kgf 이상

수분흡수시험 5 K 이하 - 5 K 이하

에이징 및 습도

시험50 kV/1분 - 50 kV/1분

가연성 시험 Category V1 - Category V0

온도사이클시험

(-25℃/10h～50

℃/10h, 3Cycle)

600 kgf 이상

10 pc 이하-

600 kgf 이상

10 pc 이하

경쟁제품

대비

가격

EIG20B4(24kV)

(210mm)8,000원 8,300원 7,500원

BIG20B4(24kV)

(220mm)10,500원 11,000원 9,500원

EIF6A4(7.2kV) 4,000원 4,200원 3,500원

EIF6A2(7.2kV) 3,500원 3,500원 3,000원

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3) 원가절감 효과

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 23 백만원/년( 2 %)

인건비 절감 23 백만원/년( 37 %)

계 23 백만원/년( 39 %)

4) 적용제품 시장전망(매출성과)

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 1,300 백만원/년 2,100 백만원/년 61.5 %

수 출 30 천달러/년 100 천달러/년 233 %

계 1,333 백만원/년 2,210 백만원/년 65.8 %

5) 수입대체효과

모델명당해연도

수입액차년도 수입액 수입대체금액 비고

EIG20B4(24kV)

(210mm)- 천달러/년 - 천달러/년 - 천달러/년

BIG20B4(24kV)

(220m)- 천달러/년 - 천달러/년 - 천달러/년

EIF6A4(7.2kV) - 천달러/년 - 천달러/년 - 천달러/년

EIF6A2(7.2kV) - 천달러/년 - 천달러/년 - 천달러/년

계 - 천달러/년 - 천달러/년 - 천달러/년

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6) 해당기술의 기술력 향상 효과

(1) 자동화로 생산성 향상

에폭시 분체수지를 가공하는 기존방법을 적용하면 시간당 6개의 애자를 생산할

수 있는 반면에 자동화 주형공법을 사용하는 경우에는 시간당 10개의 애자를 생

산할 수 있어 약 1.7배의 생산성을 향상할 수 있음.

(2) 경쟁력 확보

원가비율은 판매가격의 76% 정도로서 분체수지에 비해 2% 정도 저렴하고 생산

성이 향상되는 측면과 품질이 향상되어 수요자의 선호도를 고려할 때에 전체적

으로 경쟁력을 확보할 수 있음.

(3) 제품품질의 신뢰성 향상

에폭시 액상수지는 분체수지에 비하여 전기적으로 우수한 절연을 실현할 수 있

으므로 장기간 사용시 발생할 수 있는 절연파괴현상을 감소시켜서 제품의 신뢰

성을 높일 수 있음.

(4) 유사제품 개발기회 부여

액상 에폭시 수지를 사용한 자동화 성형기술을 응용하여 중전기기의 절연체로

사용되는 각종 bushing, barrier, 변성기(CT,PT), 몰드형 변압기 등의 유사제품

개발에 활용이 가능함.

7) 기술적 파급효과

(1) 액상 에폭시 수지를 사용한 자동화 성형기술을 응용하여 중전기기의 절연체

로 사용되는 각종 bushing, barrier, 변성기(CT, PT), 몰드형 변압기 등의 제품

개발에 활용이 가능하게 될 것임.

(2) 개발된 에폭시 수지 자동화 주형공법 제조설비는 Compact한 디자인과 높은

품질, 저렴한 가격으로 국내․외에서 유사업종의 제조회사에 공급이 가능함.

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5. 적용기술 인증, 지적재산권 획득여부

1) 규격, 인증획득

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

2)지적재산권

종류 명칭 번호발명자

(고안자)권리자 실시권자

비고

(등록,

출원)

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6. 세부지원실적

항목지원

건수지원성과

기술정보제공 15

○ 에폭시 분말/액상수지 특성 및 가공조건비교

○ 에폭시 액상수지애자의 성형조건

○ 에폭시애자 주형설비제작

○ 에폭시 애자 시험준비

○ 애자 구조설계

○ 시제품 제작

○ 시험규격 검토

○ 제품시험규격개정

시제품제작 4 ○ 애자의 설계능력배양 및 금형제작

양산화 개발 4 ○ 시제품의 양산화

공정개선 1 ○ 액상수지 공정도 개선

품질향상 8

○ 부분방전 레벨감소

(100pC→10pC이하)

○ 곡내하증

○ 하증편향시험

○ 온도변화에 따른 곡내하증시험

(-20℃, +20℃, +75℃)

○ 수분흡수시험

○ 에이징 및 습도 시험

○ 가연성시험

○ 온도사이클시험

(-25℃/10h~50℃/10h, 3Cycle)

시험분석 4 ○ JIS C 3851(1999) 전항목시험실시

수출 및 해외바이어 발굴 - -

교육훈련 2○ 제품의 품질관리

○ 시험규격해설

기술마케팅/경영자문 - -

정책자금알선 - -

논문게재 및 학술발표 - -

기타 - -

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7. 종합의견

본 기술지원사업을 통하여 지원기업은 아래와 같은 결과를 보유하고 활용하게되

어 높은 품질의 에폭시 애자를 생산함으로서 제품의 안전과 국가의 산업발전에

기여하게 되었음

(1) 형상설계 및 전계강도 해석을 통하여 애자의 설계능력을 확보

(2) 유사제품의 개발능력 확보

(3) 신뢰성이 높은 고품질의 에폭시 애자 생산기술을 확보

(4) 생산성 향상으로 경쟁력 강화

(5) 환경오염의 염려가 작고, 보다 안전하고 위생적인 생산환경 구축.

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□ 세부지원실적 증빙 내용

1. 기술정보제공 : 15 건

번호 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2004.11.25에폭시 분말수지와 액상수지의 특성 및 가공

조건유

2 2005.01.13 에폭시 액상수지의 성형조건 선정 유

3 2005.02.02 자동화 주형공법에 의한 제조 설비 제작 유

4 2005.03.02 에폭시 애자 시험항목 검토 유

5 2005.04.04 도면자료 유

6 2005.04.04 전계해석 유

7 2005.05.13 애자 파단면 비교사진 유

8 2005.05.13 액상수지 에폭시 애자의 시제품 제작 유

9 2005.06.10 JIS C 3851 (1999) 유

10 2005.06.10 시험항목정리 유

11 2005.07.15 제품검사규격 유

12 2005.08.31 시험성적서(EIG20B4(210)) 유

13 2005.08.31 시험성적서(EIG20B4(220)) 유

14 2005.08.31 시험성적서(EIG6A4) 유

15 2005.08.31 시험성적서(EID6A2) 유

2. 시제품제작 내역 : 4 건

번호 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005.05.13 EIG20B4(210) 유

2 2005.05.13 BIG20B4(220) 유

3 2005.05.13 EIF6A4 유

4 2005.05.13 EID6A2) 유

3. 시험분석 내역 : 4 건

번호 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005.08.31 EIG20B4(210) 형식시험 유

2 2005.08.31 BIG20B4(220) 형식시험 유

3 2005.08.31 EIF6A4 형식시험 유

4 2005.08.31 EID6A2) 형식시험 유

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목 차

제 1 장 서론

제 1 절 기술 지원의 필요성

제 2 절 기술지원 목표

제 3 절 기술지원 내용

제 2 장 본론

제 1 절 기술지원 성과

제 2 절 기술지원 수행

제 3 장 결론

부 록

A. 에폭시수지 지지애자 시험성적서(EIG20B4(DCEI-210-1) 24kV)

B. 에폭시수지 지지애자 시험성적서(EIG20B4*(DCEI-220) 24kV)

C. 에폭시수지 지지애자 시험성적서(EIF6A4(DCEI-801) 7.2 kV)

D. 에폭시수지 지지애자 시험성적서(EID6A2(DCEI-802) 7.2kV)

E. 검사 및 시험규격

F. 기술지원 일지

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제 1 장 서론

제 1 절 기술지원 필요성

에폭시 애자의 시장규모는 2004년 기준으로 국내에서 약 60억원 정도의 작은 시장

규모를 형성하고 있으나, 배전반 등 전력기기에 사용되는 절연부품으로서 전력기기

의 절연을 유지하는데 기초가 되는 중요한 역할을 담당하고 있다.

에폭시 애자는 사용하는 재료로는 현재 에폭시 분체재료와 액상재료를 사용하고 있

는데 최근의 경향은 재료의 취급 및 가공이 용이하고 제품의 특성이 우수한 액상재

료를 사용하는 방향으로 전환되고 있는 시점이다. 제품의 품질, 생산성, 신뢰도 향

상과 국제경쟁력 확보를 위하여 현재의 분체 성형재료(EMC)를 이용한

Compression molding 성형공법에서 주형(Casting)용 수지재료를 이용한 자동 가

압 겔화법(APG: Automatic Pressure Gelation)으로의 제조공정을 개성하고자 하는

것이 기술지원의 주요 내용이며 그 상세내용은 아래와 같다.

1. 주형용(Casting) 에폭시 수지를 이용한 자동 가압 겔화법(APG)의 자동화 성형기

술

2. 전기적, 기계적 강도를 고려한 지지애자의 형상 설계 기술

3. 자동 가압 겔화법의 설비 제작을 위한 설계기술

4. 시제품의 성능 시험 및 평가

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제 2 절 기술지원 목표

본 사업의 최종목표는 기존의 분체 성형 재료를 이용한 낙후된 Compression

molding 성형방법을 액상수지를 이용한 자동화 주형공법(APG : Automatic

Pressure Gelation)을 도입하여 생산 공정의 개선 및 품질 안정화를 통하여 생산시

간 절감 및 제조업체의 생산성 증대시켜 제품의 원가를 절감, 에폭시 액상수지를

이용한 애자 생산공정의 자동화 및 품질 향상을 목표로 한다.

현재 선진 각국에서는 애자 생산에 있어 품질의 우수성이 입증된 자동화 주형공법

인 가압 겔화 법(APG : Automatic Pressure Gelation)을 이용한 생산이 상용화 되

어 있다. 이에 비교해 대진전기는 오래전의 성형방법(Compresion Molding)으로 생

산하고 있으며, 그 성분소재가 분체성형 재료(Epoxy Molding Compound)를 사용

하는 바 그 특성상 많은 분진과 인력을 필요로 하고 자동화에 한계가 있어 생산성

과 제품의 신뢰성을 보장 받기 어려운 상태이다.

따라서, 본 사업의 목표는 에폭시 액상 수지를 이용한 자동화 공법의 설계 및 개발

을 완료하는 것을 목표로 한다.

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제 3 절 기술지원 내용

1) 기술지원 목표

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2) 지원기업의 현황 및 애로기술

3) 지원연구원이 보유중인 본 과제와 관련된 세부기술지원 내용

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제 2 장 본론

제 1 절 기술지원 성과

1. 에폭시 수지의 물성특성 및 가공조건

가. 에폭시 분말수지의 특성 및 가공조건

1) 에폭시 분말수지의 특성

가) 형상

에폭시 분말수지는 에폭시 수지와 경화제가 균일하게 혼합되어 반경화된 분말, 페

렛트, 그레뉼, 또는 타브렛 형상이다.

나) 조성

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2) 에폭시 분말수지의 가공조건

에폭시 분말수지는 주로 압축 성형법이나 트렌스퍼 성형법이 이용되고 있다. 외관

상 이상이 없는 제품을 얻기 위하여 재료의 유동성이 중점 관리되어져야 한다.

150~180℃금형의 온도와 50~300kg/cm²의 높은 성형압력이 필요하다. 속경화성이

므로 가공물의 크기와 방법에 따라 10~30분의 경화시간으로 금형으로부터 탈 형이

가능한 경도가 얻어진다.

압축 성형 법은 가압 겔화법보다 자동화의 한계성 때문에 인력의 의존도가 높고 분

말인 성형재료의 특성상 생산 환경이 좋지 못하다. 에폭시 분말수지는 상온에서 방

치할 경우 종종 경화반응이 진행되어 유동성의 문제가 발생하므로 경화제의 종류나

제조방법에 따라 차이가 있으나 일반적으로 10℃이하에서 보관하여야 한다.

가) 압축성형 가공공정

① 분말 수지재료의 계량 및 예열

사진 1. 타브렛화된 분말성형재료의 계량장면

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② 인서트 홀더 및 금형조립

사진 2. 인서트

③ 재료 투입

④ 용융/가압

사진 3. 압축성형장면

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⑤ 경화

⑥ 금형분배 및 제품 이형

사진 4. 분말 압축 성형제품의 탈형

⑦ 제품의 사상

사진 5. 분말 압축 성형제품의 사상작업

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나. 에폭시 액상수지의 특성 및 가공조건

1) 에폭시 액상수지의 특성

가)형상

에폭시 액상수지 재료는 2액형의 상온에서 액체 또는 반고체 상태이다.

사진6. 액상수지

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나) 조성

2) 에폭시 액상수지의 가공조건

가) 가압 겔화 법의 원리

가압 겔화 법은 일반적인 주형방법과는 달리 속경화성 수지를 이용하고 금형의 온

도는 공급되는 수지의 온도보다 높은 온도로 유지한다. 겔화가 진행될 때 까지 수

지공급의 압력을 적당히 지속시킴으로서 반응수축분의 수지를 보상하므로 수축에

의한 내부 응력이 최소화 된다.

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이러한 이유로 기계적, 전기적 특성이 우수한 주형 품이 얻어질 뿐만 아니라 성형

시간을 상당히 단축시킴으로서 생산성을 높일 수 있는 방법이다.

나) 가공 조건

주형 제품의 기술적 포인트는 내부와 표면의 기포 제거, 내부 응력의 감소, 크렉과

수축마크의 방지, 충전제와 수지의 분리에 의한 불균일성 방지, 반응 속도제어와 생

산성 향상에 있다. 이러한 요소를 만족하는 좋은 품질을 얻기 위해서는 진공 탈포

와 서형조건이 매우 중요하다.

가압 겔화법의 성형조건은 일반적으로, 옝ㄹ된 수지와 경화제를 진공믹서에 넣고

믹서의 온도를 50~60℃로 유지하면서 20~40분 동안 3mbar이하의 진공 하에서 교

반 한다. 탈포가 완료된 수지는 멀티 디스펜서에서 0.5~4kg/cm²의 압력으로

150~160℃로 예열된 금형에 노즐을 통하여 사출된다. 겔화 시간은 가공물의 크기

에 따라 5~30분정도가 소요된다. 겔화된 성형 가공물은 130~150℃의 오븐에서

8~10시간 동안 후 경화 시켜 완성한다. 배합된 수지는 일반적으로 3~5시간의 가

사시간을 가지고 있다.

가압 겔화법의 가장 큰 특징은 앞에서도 언급한 바와 같이 기계적, 전기적 특성이

우수한 신뢰성이 높은 주형 품을 짧은 성형시간으로 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 대

부분의 공정이 자동화가 가능하여 인력의존도가 낮다. 또 환경오염의 염려가 없고

보다 안전하고 위생적인 생산 환경을 갖출 수 있다.

다) 가압 겔화 가공 공정

① 이형제 도포

② 인서트 홀더 조립

③ 금형 밀착

④ 재료 사출

⑤ 겔화

⑥ 금형 분리

⑦ 제품 이형 및 사상

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다. 에폭시 분말수지와 액상수지의 특성 비교

1) 에폭시 분말수지와 액상수지의 가공성 및 생산성 비교

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2) 에폭시 분말수지와 액상수지의 경화물 주요 물성특성 비교

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3) 에폭시 분말수지 애자와 액상수지애자의 파단면 비교

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2. 자동화 주형공법에 의한 설비제작

가. 자동화 주형 설비의 주요 구성

Heating plate, Closing unit, Casting head movement, Hydraulic unite, Control

panel등.

나. 각 구성별 설계의 주안점

1) HEATING PLATE

최대 금형의 크기를 감안하여 가로, 세로의 크기를 800mmX600mm로 하였고 금형

의 표면온도가 국부적으로 가열되는 것을 막기 위하여 Heater는 Cavity에서 20mm

이상의 거리를 두는 것을 원칙으로 하였다. 금형의 가열에 필요한 열원의 용량은

금형의 최대중량X20W/kg을 기준으로 하여 1면당 6kW로 설정하였으며, 금형의 온

도를 일정하게 유지하기 위하여 비례 온도제어 방식을 취하였다.

2) CLOSING UNIT

금형에 가하여지는 압력을 최대 8kg/cm²로 설정하고 유압 실린더의 압력이 이를

충족하도록 설계하였으며, 성형 종료 후 제품의 탈 형을 용이하게 하고 운전자의

작업공간을 충분히 확보하기 위하여 실린더의 스트록을 1,500mm이상으로 하였다.

또한, 운전 도중에 압력의 하락이 발생하였을 경우는 자동으로 압력보충이 이루어

지도록 하였다.

3) CASTING HEAD MOVEMENT

Casting head와 금형의 접촉압력을 100kg으로 설정하고, Cavity의 수를 고려하여

설계하였다.

4) HYDRAULIC UNIT

Closing unit의 작동속도를 5cm/sec로 하여 실린더의 소요유량을 산출한바 75

/min이고 전동모터의 rpm을 1,750으로 기준하였을 때 필요 토출 량이 42cm²/rev

이다. 최대소요유량이 30/min이상이므로 효율 상 펌프는 Vane type으로 선정하고

전동모터의 출력은 15마력, 기타 부품은 이 용량에 비례하여 설계하였다.

5) CONTROL PANEL

금형의 개폐, Casting head의 동작, 재료의 사출 등이 설정시간에 의해 자동으로

동작되도록 하였다.

다. 진공 믹서 및 멀티 디스펜서의 설계 및 제작

1) 진공 믹서 설계의 주안점

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가) 교반과 탈기는 좋은 주형제품을 생산하는데 중요한 요소 중 하나이다. 일반적

으로 Conventional type과 Hedrich type의 Anchor Agitator가 있는데, 경제성과 작

업성을 고려해서 Conventional type을 선정하여 설계하였다.

나) 믹서의 용량은 금형의 Cavity수, Cavity별 수지의 소요량, 가공 Cycle 그리고

수지의 가사시간 등을 고려하여 용량을 60로 결정하였다.

다) 진공 믹서의 앙카형 날개와 탱크의 재질은 산무수물인 경화제의 부식성을 감안

하여 스테인레스 스틸로 하고, 수지와 경화제의 원활한 혼합과 탈기 및 화합물에의

열전도 효율을 높이기 위하여 날개와 탱크내피와의 간격을 5mm이하로 하였다.

라) 덮게는 진공 및 가압에 견딜 수 있도록 충분한 두께와 구조로 하였으며 2개의

투시 창, 진공 게이지, 압력계, 안전 밸브를 부착 하였고, 탱크와의 탈 부착을 용이

하게 하기 위하여 유압 이동식으로 하였다.

마) 교반 탱크는 2개를 1조로 하여 교반이 끝난 탱크가 멀티 디스펜서로 이동해서

주조하는 동안 다른 하나의 탱크는 다음 주조를 위해 준비하도록 하였다. 탱크내

화합물의 승온은 열매 가온방식을 채택하였으며 외부는 보온 처리 하였다.

2) 멀티 디스펜서 설계의 주안점

탱크 내부에 0.5~4기압의 압력으로 배합수지를 금형내부를 자동으로 공급하는 장

치이다.

디스펜서의 덮개와 탱크의 연결은 프렌지로 하고 잠금장치 및 구조는 안전을 위하

여 10kg/cm²의 압력에 견딜 수 있도록 설계하였으며 또한 안전밸브를 장착하였다.

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사진 7. 진공 믹서와 멀티 디스펜서

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라. 금형의 설계와 제작

1) 금형의 주요 구성 및 설계의 주안점

가) 금형은 크게 CAVITY, FEEDING CHANNEL 그리고 VENT로 구성되어 있다.

나) CAVITY수는 시장의 수요량에 비례하여 EIG20B4(DCEI-210-1)는 6개,

EIG20B4(DCEI-220)SMS 2개 그리고 EIF6A4(DCEI-801), EID6A2(DCEI-802)는 각

각 2개씩으로 하였다.

다) FEEDING CHANNEL의 내경은 CAVITY의 크기에 따라 10~14mm로 하였고 길

이는 가능한 짧게 하였다.

라) VENT는 CAVITY의 가장 위쪽 PARTING면에 한 개 이상을 만들었다.

마) 금형의 소재는 일반적으로 널리 사용하는 크롬-몰리브덴강으로 하였다.

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사진 8. EIG20B4(210) 금형

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사진 9. EIF6A4 금형

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3. 에폭시 액상 수지의 성형조건 선정

가. 에폭시 액상 수지의 선정

에폭시 수지의 선정은 액상 수지혼합물의 초기점도, 점도상승, 가사시간, 겔화시간,

이형가능시간, 경화시간, 발열반응, 수축 등을 고려하였다. 또한 제품의 크기 및 형

상, 온도조건 등과 그간의 사용 실적 및 신뢰성을 고려하였다.

아래의 물성은 선정된 에폭시 수지의 제조사에서 제공한 것이다.

나. 에폭시 액상 수지의 주요 특성

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다. 에폭시 액상 수지 경화물의 주요 물성

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라. 서형 조건의 선정

1) 혼합 및 탈포조건 선정

혼합 및 탈 포는 좋은 제품을 얻기 위하여 매우 중요한 요소이다. 가장 이상적인

조건을 얻기 위하여 위 액상수지의 주요 특성 표를 참고하여 선정된 수지와 경화제

를 진공 믹서에 투입하고 서서히 승온 하면서 혼합 및 탈포 시험을 하였다. APG

작업시 수지와 경화제의 혼합 및 탈포는 약60℃에서 그 효율이 양호함을 육안으로

확인하였고 점도의 상승속도는 암페어 메터를 통하여 부하 량을 측정함으로서 4시

간정도의 가사시간을 갖는 것을 알 수 있었다. 이는 위 액상수지의 주요 특성 표와

일치함을 알 수 있었다.

2) 경화조건의 선정

에폭시 액상 수지의 주요 특성 표를 참고로 하여 겔화 온도를 150~160℃로 하고

겔화 시간은 주형물의 크기에 따라 15~20분으로 결정 하였다.

후 경화는 140℃에서 8시간으로 결정하였다.

사진 9. 건조로에서 후경화 하는 모습

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4. 에폭시 애자의 구조설계 및 전계해석

가. 애자 및 인서트의 형상 설계

1) 형상 설계의 주안점

선정된 액상 에폭시 소재의 기계적, 전기적 특성을 감안하여 설정한 성능의 목표를

만족하도록 형상을 결정 하였으며 전계강도 해석을 통하여 설계의 적정성을 검증

하였다.

가) 표면 누설 거리를 충분히 확보하고

나) 기계적 강도특성을 고려하여 곡내하증의 취약부위인 인서트 주변의 외경을 크

게 하였다.

다) 날개(Shed)의 각도는 성형가공과정에서 탈기가 용이하게 이루어지도록 가능한

크게 하였고 전체적으로도 곡면 위주로 설계하였다.

라) 인서트의 형상도 단에서의 전계집중과 에폭시수지의 겔화 과정에서 수축에 의

한 응력집중을 완화하기 위하여 단부를 곡면으로 설계하였다.

2) 주요 치수 및 취부 나사

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그림 1. EIG20B4(210)

그림 2. EIG20B4(220)

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그림 3. EIF6A4

그림 4. EID6A2

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나. 전계 해석

1) EIG20B4(DCEI-210-1)

그림 5. The electric potential values displayed of

EIG20B4(DCEI-210-1)

그림 6. The electric field values displayed of EIG20B4(DCEI-210-1)

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그림 7. Color shades otential of EIG20B4(DCEI-210-1)

그림 8. Color shades electric field of EIG20B4(DCEI-210-1)

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2) EIG20B4(DCEI-220)

그림 9. The electric potential values displayed of EIG20B4(DCEI-220)

그림 10. The electric field values displayed of EIG20B4(DCEI-220)

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그림 11. Color shades potential of EIG20B4(DCEI-220)

그림 12. Color shades electric field of EIG20B4(DCEI-220)

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3) EIF6A4(DCEI-801)

그림 13. The electric potential values displayed of EIF6A4(DCEI-801)

그림 14. The electric field values displayed of EIF6A4(DCEI-801)

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그림 15. Color shades potential of EIF6A4(DCEI-801)

그림 16. Color shades electric field of EIF6A4(DCEI-801)

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4) EID6A2(DCEI-802)

그림 17. The electric potential values displayed of EID6A2(DCEI-802)

그림 18. The electric field values displayed of EID6A2(DCEI-802)

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그림 19. Color shades potential of EID6A2(DCEI-802)

그림 20. Color shades electric field of EID6A2(DCEI-802)

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5. 에폭시 애자의 제품 품질보증 대책

가. 에폭시 애자의 주요 성능 목표

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나. 제조 공정도

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다. 원료의 전처리

1) 수지와 경화제를 계량하여 60℃의 오븐에서 예열

2) 예열된 수지와 경화제를 진공믹서에 넣고, 믹서의 온도를 60℃로 유지하면서 약

40분 동안 진공도 3mbar이하에서 탈포 ․ 교반

라. 금형 및 인서트 예열

1) 인서트는 160℃의 오븐에서, 금형은 자동주형설비에 장착하여 10~15℃로 예열

하고, 금형의 내부 표면에는 이형제를 도포하고, 인서트의 표면에는 이형제, 유분

등의 이물질이 묻지 않도록 주의

2) 금형의 온도는 상․하부의 온도차를 2~5℃로 하여 경화가 상부에서 하부로 순차

적으로 이루어지도록 주의

마. 진공믹서와 자동주형설비와의 연결 및 사출

1) 진공믹서의 진공을 해제하고 멀티디스펜서로 이동하여 믹서디스펜서로 이동하여

믹서하단의 벨브와 자동 주형설비의 노즐을 내압호스로 연결

2) 멀티디스펜서의 압력을 0.5~4kg/cm²으로 조정하여 시제품별 4~7분의 최적 사

출 완료시간

사진 10. 수지 사출 장면

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바. 성형 및 이형

1) 겔화에 소요되는 시간을 결정하기 위하여 수동운전을 하면서 제품별 겔화 소요

시간을 산정하고, 그 결과 제품의 크기에 따라 15~20분의 겔화시간을 구함

2) 겔화가 끝난 후 멀티디스펜서의 수지공급을 차단하고 노즐을 분리한 다음, 금형

을 열고 제품을 이형

사진 11. 가압겔화법에 의한 성형장면(1)

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사진 12. 가압겔화법에 의한 성형장면(2)

사진 13. 가압 겔화법에 의한 성형장면(3)

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사. 사상 및 후경화

1) 작업대에서 인서트 홀더를 분리하고 사상 작업을 시행

2) 사상 작업이 끝난 제품은 오븐으로 이동하여 140℃에서 8시간 동안 후 경화하

여 공정을 완료

사진 14. 홀더를 분리하는 작업

아. 검사 및 시험규격

제품의 품질을 보증하기 위한 검사 및 시험규격(DE-QP-100) 개정(부록 참조)

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사진 15. 시제품 / EID6A2

사진 16. 시제품 / EID6A4

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사진 17. 시제품 / EIG20B4(210)

사진 18. 시제품 / EIG20B4(220)

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사진 19. 시제품

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제 2 절 기술지원 수행

본 지원사업의 수행을 위해서 당 연구원과 수혜기업인 대진전기는 사업계획서의 계

획된 일정에 따라서 자료수집 및 원재료의 특성을 분석하였고, 재료를 선정하여 금

형을 설계하고 제작하여 시제품을 개발, 자체 시험을 거쳐 금형 및 제품을 수정 보

완하여 공인기관 성능평가시험을 진행하는 순서로 기술지원을 수행하였다.

우선, 자료수집 및 분석의 단계에서는 생산 공정 변경에 따른 원재료의 특성을 분

석하였다. 선정된 원재료를 가지고 금형을 제작하여 제품을 생산함으로서 공정개

발을 완료하였고, 완성된 제품으로 성능평가시험을 진행하여 성능을 확인하였으며,

본 과제로 진행된 기술지원사업의 기술지원 평가 결과는 다음과 같다.

본 지원사업 중 수혜기업인 대진전기의 원재료 시험 및 성능평가시험에 필요한 여

러 측정 설비의 활용에 있어 수혜기업이 보유하고 있지 않은 고가의 연구기자재를

당 연구원이 보유하고 있는 공인 시험설비를 이용하여 충분한 시험을 통하여 완벽

한 제품을 생산하였다.

본 지원사업 수행으로 중소기업의 인력 및 자금으로는 개발하기 어려운 공정 및 시

험방법의 개발로 인하여 산업경쟁력 향상에 매우 중요한 요소를 얻었으며 기업과

연구원간의 지속적인 협력관계를 이룩함으로써 국가 산업 발전에 기여할 것으로 판

단된다.

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1. 기술지원 평가 결과

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제 3 장 결론

본 기술지원 사업을 통해서 수혜 기업인 대진전기는 기존 분체 성형 재료(Epoxy

molding compound)를 사용한 지극히 오래된 성형방법(Compression molding)을

사용하고 있었으나 액상 에폭시 수지를 사용한 자동화 서형기술을 도입함으로써 생

산 공정의 개선 및 품질 안정화를 통하여 생산시간 절감 및 제조업체의 생산성 증

대시켜 제품의 원가를 절감, 에폭시 액상수지를 이용한 애자 생산 공정의 자동화

및 품질 향상을 이루게 되었다.

에폭시 액상수지는 분체수지에 비하여 전기적으로 우수한 절연을 실현할 수 있으므

로 장기간 사용 시 발생할 수 있는 절연파괴현상을 감소시켜서 제품의 신뢰성을 확

보하게 되었으며, 본 사업에서 개발된 에폭시 수지 자동화 주형공법 제조설비는

Compact한 디자인과 높은 품질, 저렴한 가격으로 국내․외에서 유사업종의 제조회

사에 공급이 가능할 것이다.

금번 부품소재종합기술지원사업으로 당 연구원과 수혜기업인 대진전기는 산업현장

의 애로기술을 전기연구원의 인력지원 및 연구개발에 필요한 설비의 지원으로 향상

된 품질의 제품을 높은 생산성을 가지고 생산할 수 있도록 하여 제품의 경쟁력 향

상 및 액상 에폭시 수지를 사용한 자동화 성형기술을 응용하여 중전기기의 절연체

로 사용되는 각종 bushing, barrier, 변성기(CT, PT), 몰드형 변압기 등의 유사제품

개발에도 활용이 가능할 것으로 사료된다.

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주 의

1. 이보고서는 산업지원부에서 시행한 부품ㆍ소재종합기술지원사

업의 기술지원보고서이다.

2. 이 기술지원내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업자원

부에서 시행한 부품ㆍ소재종합기술지원사업의 기술지원 결과임을

밝혀야 한다.

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