尼龙接地放线滑车用导电橡胶研究

陈 雷，刘承志，张文俊，陈 凯，俞 俊

（1 国网安徽省电力有限公司，安徽合肥230022；2 中国能源建设集团南京线路器材有限公司，江苏南京211505；3 电力工业电力线路器材质量检验测试中心，江苏南京210037）

在邻近带电线路展放导线时，由于电场和磁场感应使得展放导线产生感应电流，感应电流超过一定值时会对接触导线的施工人员造成伤害。为消除这种感应电流，最有效的方法是让承载导线的放线滑车成为导体，并在滑车上安装接地线让滑车接地[1-3]。这种能导电的放线滑车称接地放线滑车。放线滑车由金属框架和放线滑轮组成，放线滑轮按材质又分尼龙轮、尼龙硅橡胶轮和铝合金硅橡胶轮。因金属框架、铝合金轮都是导体，要解决滑车的导电问题，主要解决尼龙轮体和橡胶的导电问题。尼龙轮体导电方案在相关课题中得到解决。本文结合滑轮基本要求[4-7]、导电橡胶的研究、工艺试制和性能测试分析提出一种机械性能和导电性都能够满足接地放线滑车要求的导电橡胶。

1 导电橡胶的概述

导电橡胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂, 它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分, 导电橡胶属于复合型导电高分子材料的一种[8-15]。导电橡胶按其不同的特性又分等向性导电橡胶、异向性导电橡胶、电磁屏蔽用导电橡胶、抗静电导电橡胶和压敏导电橡胶，并分别应用在不同领域[16]。其中压敏导电橡胶的导电性随着压力的增加电阻变小，在不受力时电阻一般很大[17]。而接地放线滑车在导线展放过程中始终处于受力状态，也就是说接地放线滑轮的胶带也始终处于受力状态，所以接地放线滑轮的胶带采用压敏导电橡胶比较符合实际情况。

目前常用的导电橡胶是导电性能良好，但机械性能差，或者是导电性能差，但机械性能良好。而本次接地放线滑轮胶带所采用的导电橡胶，需要良好的机械性能和导电性能，所以针对导电橡胶在基础材料和填料上进性研究，研究一种适用于接地放线滑车的导电橡胶。

2 压敏导电橡胶的材料配比研究

压敏导电橡胶的设计目标：较高的物理强度及耐磨性能，良好的耐候性能，在一定压力下，导电橡胶的电阻值不大于30Ω。为了达到上述目标，我们从橡胶材料的基础性能特点出发，考虑在以下三种基体橡胶中优选：

（1）三元乙丙橡胶，耐候性良好，有较强的机械强度，有较好耐磨性能，绝缘性能高，实现导电最难；

（2）氯丁橡胶，耐候性良好，有较强的机械强度，有较好耐磨性能，绝缘性能一般，实现导电较难；

（3）硅橡胶，耐候性良好，机械强度较低，耐磨性能较差，绝缘性能一般，较易实现导电。

根据设计目标，并基于三种基础橡胶的性能特点，我们决定采用氯丁橡胶作为基础材料，这主要基于：耐候性良好，机械强度较高，有较好的耐磨性能，利用它绝缘性能较差的特点，可以通过配方设计，达到导电性能。

当前导电橡胶的主要配方及工艺形式主要有以下两种方式：一是以金属微粒（金银及它们的包覆物）为导电主体的金属方式，二是以导电炭黑和导电石墨为导电主体的金属方式[18]。

我们的技术指导方向是要无论采用那种主体方式，要找到与主体材料能够相配套，达到设计要求综合性能的配比，通过试验筛选，优选出最终生产配比[16]。

为此，我们先后进行了近20 余次的单项配比试验。通过试验及数据分析，我们在导电材料的分布均匀性及助导性的关键技术运用上，采取了独特性的材料与配套工艺，最终确定了采用以导电炭黑为基础的配比与工艺体系，配比见表1。

表1 导电橡胶主要成份配比Table 1 Proportion of main components of conductive rubber

3 导电橡胶性能检测

3.1 导电橡胶片机械性能测试

室温：20℃，湿度：60%。导电橡胶片机械性能测试结果见表2。

表2 导电橡胶片机械试验数据Table 2 Mechanical test data of conductive rubber sheet

3.2 导电橡胶片电阻测试

选用导电橡胶片（长×宽×厚mm）（80×30×9）用两块铜片夹住导电橡胶，在专用的夹具上两侧加压[19]，侧量相应的橡胶压缩后距离，并用万用表测得对应两侧电阻值，装置示意图如图1 所示，记录数据见表3。

图 1 样品电阻测试装置示意图Fig.1 Schematic diagram of sample testng device

表3 导电橡胶片电阻试验数据Table 3 Resistance test data of conductive rubber sheet

导电橡胶片电阻的变化规规律如图2 所示。

图2 导电橡胶片电阻变化图Table 2 Variation of resistance of conductive rubber sheet

通过导电橡胶片电阻变化图可以看出，导电橡胶片受压后，随着压力的增大，电阻越来越小。当压缩量18.9%时，电阻为28Ω，达到设计要求。当压缩量大于25.6%时，电阻值变化不大，再增大压缩量，电阻趋于稳定，这符合压敏电阻特性。

通过以上导电橡胶样片测试，导电性能符合压敏电阻特性，但实际产品导电性能还要通过接地滑车导电滑轮试件测试。

3.3 导电滑轮整体导电性能检测

3.3.1 导电性能检测

利用新研制的导电橡胶制作成Ø1160 导电滑轮用胶带，并配套相应的导电滑轮一台。取适用1250/70 导线，模拟滑车的受力工况，制成电阻测试装制，安装在300吨卧式拉力机上，受力示意图如图3 所示。

图3 滑轮受力示意图Fig.3 Stress diagram of pulley

分别从导线和轴引出1 根铜线，用万用表进行测量其两端电阻，如图4 所示。

图4 导电滑轮电阻测试图Fig.4 Resistance test of conductive pulley

根据滑轮对应导线的受力大小加载，测出其对应的电阻值，分别见表4，对应的电阻变化如图5 所示。

表4 1160 导电滑轮试件电阻测试数据Table 4 Resistance test data of 1160 conductive pulley

图5 1160 导电滑轮电阻变化图Fig.5 Resistance varation of 1160 conductive pulley

3.3.2 检测数据分析

通过以上导电滑轮受载变化对应电阻变化表和图可以看出：

（a）随着载荷的增大，电阻变小；在开始加载时阻值变化很大，而后电阻值变化趋缓；当载荷达到一值时，电阻值不再变化。以上现象符合压敏电阻规律。

（b）当加载到垂直力超过550kg 时，电阻值小于一般接地设计要求的30Ω。一般滑轮承受的压力都远大于500kg，即滑轮的电阻值都满足设计要求。

（c）从放线滑轮标准中得知Ø1160 滑轮的额定载荷为6000kg，从表中得知，对应的最大电阻小于5.6Ω。

4 结语

（1）通过对导电橡胶的研究、工艺试制和性能测试分析认为选用压敏型电橡胶是合理的。

（2）压敏导电橡胶基础材料采用氯丁橡胶，填充物采用炭黑，机械性能和导电性能完全符合接地放线滑车的使用要求。

（3）该课题研究的导电橡胶完全适用尼龙接地放线滑车。