【摘 要】
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变电站和轨道交通等高压输变电系统的隔离开关刀闸、电缆接头和接触网等电接触部位长期运行在高电压、大电流情况下,极易出现异常发热、接触电阻增加和摩擦磨损等问题。在电接触区域涂覆电力复合脂可以大幅度降低接触电阻并起到润滑作用,有助于解决上述问题。但现有电力复合脂存在高温易流淌、导电性不足、耐环境性差和使用寿命短等问题。石墨烯材料具有优异的导电性能和润滑性能,将其作为填料有望增加电力复合脂的耐高温性能、导
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变电站和轨道交通等高压输变电系统的隔离开关刀闸、电缆接头和接触网等电接触部位长期运行在高电压、大电流情况下,极易出现异常发热、接触电阻增加和摩擦磨损等问题。在电接触区域涂覆电力复合脂可以大幅度降低接触电阻并起到润滑作用,有助于解决上述问题。但现有电力复合脂存在高温易流淌、导电性不足、耐环境性差和使用寿命短等问题。石墨烯材料具有优异的导电性能和润滑性能,将其作为填料有望增加电力复合脂的耐高温性能、导电性能和润滑性能。因此,本文围绕耐高温、高导电和润滑性能优异的石墨烯电力复合脂展开研究,主要研究内容和结果如下:（1）通过液相机械剥离法制备了石墨烯。采用扫描电镜、拉曼光谱、原子力显微镜和红外光谱对石墨烯的片层结构、特征峰、片层厚度和官能团结构等进行表征。结果表明,制备的石墨烯片层透亮平整,厚度仅为2 nm,洁净度高,无其它杂质,属于少层石墨烯。（2）选取苯甲基硅油作为基础油,以自制石墨烯作为导电填料,铜粉和石墨分别作为对比导电填料,添加自制触变剂,制备了一系列电力复合脂。研究了填料类型和配比对电力复合脂的耐高温性能、导电性能和摩擦性能的影响。实验结果表明,当石墨烯为5 wt%时,电力复合脂的滴点达到330 oC,且不流淌,体积电阻率分别比铜粉配方和石墨配方降低了8个数量级和4个数量级,为2×10~3Ω·cm。将该电力复合脂涂覆在铜排和铝排后,接触电阻变化系数分别降低为0.89和0.68,可以显著增强电连接处的导电性。摩擦结果显示,在1000 r/min,98 N条件下,石墨烯为5 wt%时,电力复合脂的减摩抗磨性能改善效果最优。（3）选取聚醚为基础油,自制石墨烯作为导电填料,铜粉和石墨分别作为对比导电填料,添加自制触变剂,制备一系列电力复合脂。考察了填料类型和配比对电力复合脂的耐高温性能、导电性能和摩擦性能的影响。结果表明,当石墨烯为4 wt%时,电力复合脂的滴点提升到330 oC,体积电阻率分别比铜粉配方和石墨配方降低了5个数量级和2个数量级,为6.5×10~3Ω·cm。将该电力复合脂涂覆在铜排和铝排后,接触电阻系数分别降低为0.87和0.73,有效增强了电接触区域的导电性。在1000 r/min,98 N条件下,石墨烯为4 wt%时,电力复合脂的减摩抗磨性能改善效果最优。（4）聚醚基体和硅油基体最优配方的石墨烯电力复合脂滴点均能提升到330 oC,属于耐高温型电力复合脂。硅油基体和聚醚基体石墨烯电力复合脂的体积电阻率分别为2×10~3Ω·cm和6.5×10~3Ω·cm,均在10~3Ω·cm这一数量级。聚醚基体石墨烯电力复合脂适用于铜-铜接触,硅油基体石墨烯电力复合脂适用于铝-铝接触。在1000 r/min,98 N条件下,聚醚基体石墨烯电力复合脂的减摩抗磨性能更优。
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