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超高压电缆在运输和铺设过程中易于损坏塑料绝缘护套,由此引发漏电或短路等严重后果,因此必须在电缆塑料护套外表面涂覆导电检测涂层,用于电缆铺设后安全可靠性评价。目前普遍采取手工抹擦导电石墨干粉的涂膜材料和工艺,其生产过程中粉尘污染严重,电缆运输和铺设过程中石墨干粉膜容易脱落,既污染周围环境,也影响电缆安装运行后的正常检测。
本文针对超高压电缆塑料护套外表面导电检测涂层的研制,采取石墨/环氧树脂复合导电涂料体系,并经DSC分析选定60℃下8min表干、4h固化的涂膜工艺,设计和制备5种类型65组配方的导电涂层试样。5种类型的配方涂层渗滤阀值均接近8P%,因此石墨含量<8P%时树脂为连续相。涂层石墨含量≥8P%即进入渗滤区,石墨为连续相,涂层表面电阻随着石墨含量增加从10<5>Ω数量级急剧下降至10<3>Ω数量级。进一步增加石墨含量即进入低阻区,涂层表面电阻下降趋缓。E20/f-1/f-3类型涂层的表面电阻始终低于其它4种类型。这种类型涂层石墨含量由8P%增至13.5P%,附着力从1级降至3级,抗冲强度也逐步下降,其中石墨含量8P~11P%的涂层附着力和抗冲强度满足使用要求。
E20/f-1/f-3类型含石墨0~12P%的9组配方涂层摩擦磨损试验和磨痕的显微观察及其EDS能谱分析表明,未填充石墨的E20f13COP涂层平均摩擦系数最大,约为0.54,粘着磨损严重,涂层大面积片状脱落直至完全露出底材。随着石墨的填充,涂层平均摩擦系数降至0.34~0.37。石墨含量<8P%的4组配方涂层磨合期均超过20min,比磨损率随石墨含量增加而降低,石墨含量越大,固体润滑效果越强,粘着磨损越轻,成片粘着剥落越少,磨痕也越平滑。石墨含量接近8P%即为6P%时,石墨在树脂为连续相的前提下发挥最强的固体润滑功效,使涂层平均摩擦系数最小,磨损也最轻。8P%≤石墨含量≤12P%的5组配方涂层中,树脂作为分散相在涂层和转移膜中起到粘结作用,但树脂含量过大会加快粘着转移,加剧磨损,其中分别含石墨8P%、9P%、10P%的3组配方涂层磨合期均缩短为10min,随石墨含量增加即树脂含量减少而比磨损率降低,石墨含量10P%的涂层磨损最小,甚至低于前述含6P%石墨的涂层,涂层几乎未见露底,磨痕较平滑,裂纹极少,且在对磨钢环表面形成含石墨的转移膜。树脂含量过少又减弱涂层和转移膜中石墨的粘结而易于脱落,含石墨多达11P%、12P%的2组配方涂层与含10P%石墨的涂层相比,磨合期延长至20min以上,比磨损率均随石墨含量增高而增大,表面碎裂严重,裂纹较多,转移脱落磨屑较多。综上所述,含10P%石墨的涂层E20f13C10P表面电阻为7.0×10<3>Ω,附着力为1~2级,抗冲强度50cm,平均摩擦系数为0.35,磨合期较短,比磨损率最低,因此其综合性能最佳,可用于制备超高压电缆塑料护套外表面导电检测涂层。