尼龍接地放線滑車用導(dǎo)電橡膠研究

陳 雷，劉承志，張文俊，陳 凱，俞 俊

（1 國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽合肥230022；2 中國能源建設(shè)集團(tuán)南京線路器材有限公司，江蘇南京211505；3 電力工業(yè)電力線路器材質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心，江蘇南京210037）

在鄰近帶電線路展放導(dǎo)線時(shí)，由于電場和磁場感應(yīng)使得展放導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流超過一定值時(shí)會(huì)對接觸導(dǎo)線的施工人員造成傷害。為消除這種感應(yīng)電流，最有效的方法是讓承載導(dǎo)線的放線滑車成為導(dǎo)體，并在滑車上安裝接地線讓滑車接地[1-3]。這種能導(dǎo)電的放線滑車稱接地放線滑車。放線滑車由金屬框架和放線滑輪組成，放線滑輪按材質(zhì)又分尼龍輪、尼龍硅橡膠輪和鋁合金硅橡膠輪。因金屬框架、鋁合金輪都是導(dǎo)體，要解決滑車的導(dǎo)電問題，主要解決尼龍輪體和橡膠的導(dǎo)電問題。尼龍輪體導(dǎo)電方案在相關(guān)課題中得到解決。本文結(jié)合滑輪基本要求[4-7]、導(dǎo)電橡膠的研究、工藝試制和性能測試分析提出一種機(jī)械性能和導(dǎo)電性都能夠滿足接地放線滑車要求的導(dǎo)電橡膠。

1 導(dǎo)電橡膠的概述

導(dǎo)電橡膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性能的膠黏劑, 它通常以基體樹脂和導(dǎo)電填料即導(dǎo)電粒子為主要組成成分, 導(dǎo)電橡膠屬于復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的一種[8-15]。導(dǎo)電橡膠按其不同的特性又分等向性導(dǎo)電橡膠、異向性導(dǎo)電橡膠、電磁屏蔽用導(dǎo)電橡膠、抗靜電導(dǎo)電橡膠和壓敏導(dǎo)電橡膠，并分別應(yīng)用在不同領(lǐng)域[16]。其中壓敏導(dǎo)電橡膠的導(dǎo)電性隨著壓力的增加電阻變小，在不受力時(shí)電阻一般很大[17]。而接地放線滑車在導(dǎo)線展放過程中始終處于受力狀態(tài)，也就是說接地放線滑輪的膠帶也始終處于受力狀態(tài)，所以接地放線滑輪的膠帶采用壓敏導(dǎo)電橡膠比較符合實(shí)際情況。

目前常用的導(dǎo)電橡膠是導(dǎo)電性能良好，但機(jī)械性能差，或者是導(dǎo)電性能差，但機(jī)械性能良好。而本次接地放線滑輪膠帶所采用的導(dǎo)電橡膠，需要良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性能，所以針對導(dǎo)電橡膠在基礎(chǔ)材料和填料上進(jìn)性研究，研究一種適用于接地放線滑車的導(dǎo)電橡膠。

2 壓敏導(dǎo)電橡膠的材料配比研究

壓敏導(dǎo)電橡膠的設(shè)計(jì)目標(biāo)：較高的物理強(qiáng)度及耐磨性能，良好的耐候性能，在一定壓力下，導(dǎo)電橡膠的電阻值不大于30Ω。為了達(dá)到上述目標(biāo)，我們從橡膠材料的基礎(chǔ)性能特點(diǎn)出發(fā)，考慮在以下三種基體橡膠中優(yōu)選：

（1）三元乙丙橡膠，耐候性良好，有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，有較好耐磨性能，絕緣性能高，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電最難；

（2）氯丁橡膠，耐候性良好，有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，有較好耐磨性能，絕緣性能一般，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電較難；

（3）硅橡膠，耐候性良好，機(jī)械強(qiáng)度較低，耐磨性能較差，絕緣性能一般，較易實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，并基于三種基礎(chǔ)橡膠的性能特點(diǎn)，我們決定采用氯丁橡膠作為基礎(chǔ)材料，這主要基于：耐候性良好，機(jī)械強(qiáng)度較高，有較好的耐磨性能，利用它絕緣性能較差的特點(diǎn)，可以通過配方設(shè)計(jì)，達(dá)到導(dǎo)電性能。

當(dāng)前導(dǎo)電橡膠的主要配方及工藝形式主要有以下兩種方式：一是以金屬微粒（金銀及它們的包覆物）為導(dǎo)電主體的金屬方式，二是以導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨為導(dǎo)電主體的金屬方式[18]。

我們的技術(shù)指導(dǎo)方向是要無論采用那種主體方式，要找到與主體材料能夠相配套，達(dá)到設(shè)計(jì)要求綜合性能的配比，通過試驗(yàn)篩選，優(yōu)選出最終生產(chǎn)配比[16]。

為此，我們先后進(jìn)行了近20 余次的單項(xiàng)配比試驗(yàn)。通過試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，我們在導(dǎo)電材料的分布均勻性及助導(dǎo)性的關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用上，采取了獨(dú)特性的材料與配套工藝，最終確定了采用以導(dǎo)電炭黑為基礎(chǔ)的配比與工藝體系，配比見表1。

表1 導(dǎo)電橡膠主要成份配比Table 1 Proportion of main components of conductive rubber

3 導(dǎo)電橡膠性能檢測

3.1 導(dǎo)電橡膠片機(jī)械性能測試

室溫：20℃，濕度：60%。導(dǎo)電橡膠片機(jī)械性能測試結(jié)果見表2。

表2 導(dǎo)電橡膠片機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Mechanical test data of conductive rubber sheet

3.2 導(dǎo)電橡膠片電阻測試

選用導(dǎo)電橡膠片（長×寬×厚mm）（80×30×9）用兩塊銅片夾住導(dǎo)電橡膠，在專用的夾具上兩側(cè)加壓[19]，側(cè)量相應(yīng)的橡膠壓縮后距離，并用萬用表測得對應(yīng)兩側(cè)電阻值，裝置示意圖如圖1 所示，記錄數(shù)據(jù)見表3。

圖 1 樣品電阻測試裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of sample testng device

表3 導(dǎo)電橡膠片電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Resistance test data of conductive rubber sheet

導(dǎo)電橡膠片電阻的變化規(guī)規(guī)律如圖2 所示。

圖2 導(dǎo)電橡膠片電阻變化圖Table 2 Variation of resistance of conductive rubber sheet

通過導(dǎo)電橡膠片電阻變化圖可以看出，導(dǎo)電橡膠片受壓后，隨著壓力的增大，電阻越來越小。當(dāng)壓縮量18.9%時(shí)，電阻為28Ω，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)壓縮量大于25.6%時(shí)，電阻值變化不大，再增大壓縮量，電阻趨于穩(wěn)定，這符合壓敏電阻特性。

通過以上導(dǎo)電橡膠樣片測試，導(dǎo)電性能符合壓敏電阻特性，但實(shí)際產(chǎn)品導(dǎo)電性能還要通過接地滑車導(dǎo)電滑輪試件測試。

3.3 導(dǎo)電滑輪整體導(dǎo)電性能檢測

3.3.1 導(dǎo)電性能檢測

利用新研制的導(dǎo)電橡膠制作成?1160 導(dǎo)電滑輪用膠帶，并配套相應(yīng)的導(dǎo)電滑輪一臺(tái)。取適用1250/70 導(dǎo)線，模擬滑車的受力工況，制成電阻測試裝制，安裝在300噸臥式拉力機(jī)上，受力示意圖如圖3 所示。

圖3 滑輪受力示意圖Fig.3 Stress diagram of pulley

分別從導(dǎo)線和軸引出1 根銅線，用萬用表進(jìn)行測量其兩端電阻，如圖4 所示。

圖4 導(dǎo)電滑輪電阻測試圖Fig.4 Resistance test of conductive pulley

根據(jù)滑輪對應(yīng)導(dǎo)線的受力大小加載，測出其對應(yīng)的電阻值，分別見表4，對應(yīng)的電阻變化如圖5 所示。

表4 1160 導(dǎo)電滑輪試件電阻測試數(shù)據(jù)Table 4 Resistance test data of 1160 conductive pulley

圖5 1160 導(dǎo)電滑輪電阻變化圖Fig.5 Resistance varation of 1160 conductive pulley

3.3.2 檢測數(shù)據(jù)分析

通過以上導(dǎo)電滑輪受載變化對應(yīng)電阻變化表和圖可以看出：

（a）隨著載荷的增大，電阻變??；在開始加載時(shí)阻值變化很大，而后電阻值變化趨緩；當(dāng)載荷達(dá)到一值時(shí)，電阻值不再變化。以上現(xiàn)象符合壓敏電阻規(guī)律。

（b）當(dāng)加載到垂直力超過550kg 時(shí)，電阻值小于一般接地設(shè)計(jì)要求的30Ω。一般滑輪承受的壓力都遠(yuǎn)大于500kg，即滑輪的電阻值都滿足設(shè)計(jì)要求。

（c）從放線滑輪標(biāo)準(zhǔn)中得知?1160 滑輪的額定載荷為6000kg，從表中得知，對應(yīng)的最大電阻小于5.6Ω。

4 結(jié)語

（1）通過對導(dǎo)電橡膠的研究、工藝試制和性能測試分析認(rèn)為選用壓敏型電橡膠是合理的。

（2）壓敏導(dǎo)電橡膠基礎(chǔ)材料采用氯丁橡膠，填充物采用炭黑，機(jī)械性能和導(dǎo)電性能完全符合接地放線滑車的使用要求。

（3）該課題研究的導(dǎo)電橡膠完全適用尼龍接地放線滑車。