尼龍接地放線滑車用導電橡膠研究

陳 雷，劉承志，張文俊，陳 凱，俞 俊

（1 國網安徽省電力有限公司，安徽合肥230022；2 中國能源建設集團南京線路器材有限公司，江蘇南京211505；3 電力工業電力線路器材質量檢驗測試中心，江蘇南京210037）

在鄰近帶電線路展放導線時，由于電場和磁場感應使得展放導線產生感應電流，感應電流超過一定值時會對接觸導線的施工人員造成傷害。為消除這種感應電流，最有效的方法是讓承載導線的放線滑車成為導體，并在滑車上安裝接地線讓滑車接地[1-3]。這種能導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、鋁合金輪都是導體，要解決滑車的導電問題，主要解決尼龍輪體和橡膠的導電問題。尼龍輪體導電方案在相關課題中得到解決。本文結合滑輪基本要求[4-7]、導電橡膠的研究、工藝試制和性能測試分析提出一種機械性能和導電性都能夠滿足接地放線滑車要求的導電橡膠。

1 導電橡膠的概述

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

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

2 壓敏導電橡膠的材料配比研究

壓敏導電橡膠的設計目標：較高的物理強度及耐磨性能，良好的耐候性能，在一定壓力下，導電橡膠的電阻值不大于30Ω。為了達到上述目標，我們從橡膠材料的基礎性能特點出發，考慮在以下三種基體橡膠中優選：

（1）三元乙丙橡膠，耐候性良好，有較強的機械強度，有較好耐磨性能，絕緣性能高，實現導電最難；

（2）氯丁橡膠，耐候性良好，有較強的機械強度，有較好耐磨性能，絕緣性能一般，實現導電較難；

（3）硅橡膠，耐候性良好，機械強度較低，耐磨性能較差，絕緣性能一般，較易實現導電。

根據設計目標，并基于三種基礎橡膠的性能特點，我們決定采用氯丁橡膠作為基礎材料，這主要基于：耐候性良好，機械強度較高，有較好的耐磨性能，利用它絕緣性能較差的特點，可以通過配方設計，達到導電性能。

當前導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）為導電主體的金屬方式，二是以導電炭黑和導電石墨為導電主體的金屬方式[18]。

我們的技術指導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，達到設計要求綜合性能的配比，通過試驗篩選，優選出最終生產配比[16]。

為此，我們先后進行了近20 余次的單項配比試驗。通過試驗及數據分析，我們在導電材料的分布均勻性及助導性的關鍵技術運用上，采取了獨特性的材料與配套工藝，最終確定了采用以導電炭黑為基礎的配比與工藝體系，配比見表1。

表1 導電橡膠主要成份配比Table 1 Proportion of main components of conductive rubber

3 導電橡膠性能檢測

3.1 導電橡膠片機械性能測試

室溫：20℃，濕度：60%。導電橡膠片機械性能測試結果見表2。

表2 導電橡膠片機械試驗數據Table 2 Mechanical test data of conductive rubber sheet

3.2 導電橡膠片電阻測試

選用導電橡膠片（長×寬×厚mm）（80×30×9）用兩塊銅片夾住導電橡膠，在專用的夾具上兩側加壓[19]，側量相應的橡膠壓縮后距離，并用萬用表測得對應兩側電阻值，裝置示意圖如圖1 所示，記錄數據見表3。

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

表3 導電橡膠片電阻試驗數據Table 3 Resistance test data of conductive rubber sheet

導電橡膠片電阻的變化規規律如圖2 所示。

圖2 導電橡膠片電阻變化圖Table 2 Variation of resistance of conductive rubber sheet

通過導電橡膠片電阻變化圖可以看出，導電橡膠片受壓后，隨著壓力的增大，電阻越來越小。當壓縮量18.9%時，電阻為28Ω，達到設計要求。當壓縮量大于25.6%時，電阻值變化不大，再增大壓縮量，電阻趨于穩定，這符合壓敏電阻特性。

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

3.3 導電滑輪整體導電性能檢測

3.3.1 導電性能檢測

利用新研制的導電橡膠制作成?1160 導電滑輪用膠帶，并配套相應的導電滑輪一臺。取適用1250/70 導線，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

分別從導線和軸引出1 根銅線，用萬用表進行測量其兩端電阻，如圖4 所示。

圖4 導電滑輪電阻測試圖Fig.4 Resistance test of conductive pulley

根據滑輪對應導線的受力大小加載，測出其對應的電阻值，分別見表4，對應的電阻變化如圖5 所示。

表4 1160 導電滑輪試件電阻測試數據Table 4 Resistance test data of 1160 conductive pulley

圖5 1160 導電滑輪電阻變化圖Fig.5 Resistance varation of 1160 conductive pulley

3.3.2 檢測數據分析

通過以上導電滑輪受載變化對應電阻變化表和圖可以看出：

（a）隨著載荷的增大，電阻變??；在開始加載時阻值變化很大，而后電阻值變化趨緩；當載荷達到一值時，電阻值不再變化。以上現象符合壓敏電阻規律。

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

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

4 結語

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

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

（3）該課題研究的導電橡膠完全適用尼龍接地放線滑車。