潘偉建 丁宇海 林遠哲 董 飛

（1.浙江華電器材檢測研究所有限公司，浙江杭州310015；2.國網(wǎng)浙江省電力公司臺州供電公司，浙江臺州318000；3.昆明飛翔材料技術(shù)有限公司，云南昆明650000）

0 引言

復合材料絕緣橫擔由于具有耐腐蝕、抗老化、降低線路維護成本、降低運輸和組裝成本、提高配電線路的絕緣水平等優(yōu)點，正逐步替代原先的金屬橫擔。目前對絕緣橫擔的研究主要集中在理論方面，甚少涉及試驗研究。

本文針對復合材料絕緣橫擔的特點和使用功能提出了幾項試驗項目及試驗方法，并對試驗數(shù)據(jù)進行了分析和總結(jié)。

1 材料試驗

絕緣橫擔是由兩種或兩種以上材料通過不同工藝制作而成的，其材料的質(zhì)量和配方均影響絕緣橫擔產(chǎn)品的性能，因此對絕緣橫擔進行材料試驗有充分的必要性。主要分為力學性能試驗、老化性能試驗和腐蝕試驗。

1.1力學性能——拉伸強度試驗

1.1.1 試樣制備

將試樣制作成標準啞鈴狀[1]，如圖1所示，數(shù)量5個。

圖1 拉伸強度試樣

1.1.2 試驗前處理

試驗前，試樣在標準環(huán)境[溫度（23±2）℃；相對濕度50%±10%]條件下至少放置24 h[2]。

1.1.3 試驗方法

將試樣兩端通過相應夾具固定在試驗機（準確度等級不低于1.0級）上，沿試樣軸向勻速施加靜態(tài)拉伸載荷，直到試樣斷裂，如圖2和圖3所示。在整個過程中，測量施加在試樣上的載荷和試樣的伸長量。

1.1.4 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表1所示。

1.2力學性能——彎曲強度試驗

1.2.1 試樣制備

將試樣制作成標準長方形[3]，如圖4所示。

圖2 拉伸強度試驗布置

圖3 拉伸強度試驗后

表1 拉伸強度試驗結(jié)果

圖4 彎曲性能試樣

1.2.2 試驗方法

試驗在溫度為（23±2）℃、相對濕度為50%±10%的環(huán)境中，并按以下步驟進行：

（1）標記試樣受拉面，將試樣對稱地放在兩支座上，如圖5所示。必要時，在試樣上表面與加載壓頭間放置薄片或薄墊塊，防止試樣受壓失效。

（2）將測量變形的儀表置于跨距中點處，與試樣下表面接觸。施加初載（約為破壞載荷的5%），檢查和調(diào)整儀表，使整個系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。

圖5 彎曲強度試驗布置

（3）測定彎曲強度時，連續(xù)加載。在撓度等于1.5倍試樣厚度下呈現(xiàn)破壞的材料，記錄最大載荷或破壞載荷；在撓度等于1.5倍試樣厚度下不呈現(xiàn)破壞的材料，記錄該撓度下的載荷，如圖6所示。

圖6 彎曲強度試驗后

1.2.3 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表2所示。

表2 彎曲強度試驗結(jié)果

1.3 老化性能試驗

1.3.1 試樣制備

同拉伸強度試驗和彎曲強度試驗的試樣。

1.3.2 試驗前處理

將試樣表面擦拭干凈，無灰塵、油污等。

1.3.3 試驗方法

將已清除表面灰塵和油污的試樣放入箱內(nèi)，試樣相互間、試樣與箱壁之間不得接觸，如圖7、圖8所示。

以24 h為一試驗周期，每一周期分為升溫、高溫高濕穩(wěn)定、降溫和低溫高濕4個連續(xù)階段。每個階段溫度、濕度要求及控制程序如下：

（1）升溫階段。

將箱內(nèi)溫度從25℃連續(xù)均勻升到60℃，偏差不超過2℃，時間不超過2 h；此時箱內(nèi)的相對濕度應不低于95%，在此階段試樣表面出現(xiàn)凝露為正?，F(xiàn)象。

（2）高溫高濕穩(wěn)定階段。

圖7 老化性能試驗布置

圖8 老化性能試驗

將箱內(nèi)溫度保持在60℃，溫度波動不超過2℃；相對濕度應為93%，偏差不超過3%。升溫階段和高溫高濕穩(wěn)定階段的總時間為12 h，偏差不超過0.5 h。

（3）降溫階段。

將箱內(nèi)溫度從60℃連續(xù)均勻降至25℃，偏差不超過2℃，時間不超過2 h；相對濕度應不低于95%。

（4）低溫高濕穩(wěn)定階段。

將箱內(nèi)溫度保持在25℃，溫度波動不超過2℃；相對濕度不低于95%。降溫階段和低溫高濕穩(wěn)定階段總時間為12 h，偏差不超過0.5 h。

第一周期起算時間應從試驗箱內(nèi)的溫度達到低溫值25℃，隨后開始上升時算起。4個階段總時間為24 h。

在試驗過程中，取放試樣時，開啟箱門的時間應盡可能短暫，防止試樣凝結(jié)水珠。

試驗周期取6個。達到規(guī)定的試驗周期后，取出試樣并檢查試樣外觀，測量試樣尺寸，冷卻至室溫后在30 min內(nèi)完成拉伸和彎曲強度測試。

1.3.4 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表3所示。

表3 老化試驗后拉伸和彎曲強度結(jié)果

1.4 腐蝕試驗

1.4.1 試樣制備

同拉伸強度試驗和彎曲強度試驗的試樣。

1.4.2 試驗前處理

試驗前試樣應徹底清洗干凈。

1.4.3 試驗方法

將試樣浸沒在氯化鈉飽和溶液中，樣板必須垂直于水平面，互相平行，間距至少為6.5 mm，樣板邊緣與容器或頁面的間隔至少為13 mm，如圖9所示。

圖9 腐蝕試驗布置

將試樣在化學介質(zhì)中保持15天，然后取出試樣觀察試樣表面是否有裂紋、失光、腐蝕、氣泡、軟化等缺陷；將試樣表面用自來水沖洗干凈后，再用濾紙吸干表面水分，在30 min內(nèi)完成拉伸和彎曲強度測試。

1.4.4 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表4所示。

表4 腐蝕試驗后拉伸和彎曲強度結(jié)果

2 整體試驗

整體試驗主要考核絕緣橫擔成型的制作工藝及模擬實際使用狀態(tài)下的性能，主要分為靜載試驗和24 h保載試驗。

2.1 靜載試驗

2.1.1 試驗布置

將模擬電桿安裝固定于地面，在電桿上安裝兩根復合橫擔，然后在橫擔兩端安裝聯(lián)板。將橫擔兩端的聯(lián)板通過三角板與臥式拉力機相連，如圖10所示。

圖10 整體試驗布置

2.1.2 試驗步驟

將力值負荷F由0緩慢升至34.679 kN×20%×2≈14 kN，觀察復合橫擔狀況。如無異常，則將力值逐步增大直至34.679 kN×2≈70 kN或者復合橫擔出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并記錄最大力值。

2.1.3 試驗結(jié)果

將力值負荷由0緩慢升至34.679 kN×20%×2≈14 kN，保載1 min，無異常；然后將力值增大至70.587 kN，保載32 s時，橫擔斷裂，如圖11所示。

圖11 靜載試驗后

2.2 24 h保載試驗

2.2.1 試驗布置

試驗布置同靜載試驗。

2.2.2 試驗步驟

將力值負荷F由0緩慢升至11 kN，保持24 h，在保載期間測量橫擔的變形量。

2.2.3 試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表5所示。

表5 24 h保載試驗結(jié)果

3 結(jié)論

通過上述試驗可得到如下結(jié)論：

（1）從材料力學性能試驗數(shù)據(jù)可知，復合材料具有較好的抗拉強度和彎曲強度，但是各試樣之間的離散度較大；

（2）由老化性能和腐蝕試驗的結(jié)果可知，復合材料在經(jīng)過老化和腐蝕后，力學性能無較大變化，具有良好的抗老化和耐腐蝕性能；

（3）由整體靜載試驗數(shù)據(jù)可知，絕緣橫擔具有良好的機械強度；

（4）模擬實際運行狀態(tài)的24 h保載試驗結(jié)果表明絕緣橫擔在經(jīng)過24 h保載后，其變形量無明顯變化。

[1]纖維增強塑料拉伸性能試驗方法：GB/T 1447—2005[S].

[2]纖維增強塑料性能試驗方法總則：GB/T 1446—2005[S].

[3]纖維增強塑料彎曲性能試驗方法：GB/T 1449—2005[S].