刘 玺，杨金明，王文忠

（1 江苏祥泰电力实业有限公司 江苏 泰州 225300）

（2 泰州科聚新材料技术研究院有限公司 江苏 泰州 225300）

0 引言

随着国家的经济发展，电网安全对国家经济的重要性凸显出来[1]。电网的快速扩张导致各种线路故障不断涌现。鸟类对电网安全运行的威胁程度日益加剧，已经成为线路故障的主要原因之一，因此防鸟害工作任务艰巨[2-3]。

鉴于长江流域鸟类给电网造成的威胁较严重，工作人员采取了各种措施，包括：声光电驱鸟装置、空间阻隔装置等，这类方法各有优势，但都需要根据输电线路不同的部位和环境条件选择。

在输电线路的绝缘子上方安装防鸟挡板，是解决鸟害的常用措施。防鸟挡板一般特指安装在输电线路杆塔横担或绝缘子上方的防护板，可以有效防止异物粘附在绝缘子及相关器件上，其常用材料为环氧树脂板、耐紫外PC 板等材质[4]。制备防鸟挡板需考虑材料的密度、力学性能、耐候、耐老化等性能。玄武岩纤维复合材料挡板相比常用的EP，拥有较好的力学性能、耐紫外老化、耐酸雨腐蚀等优点[5-7]。本文采用BF/EP 复合材料制备输电线路防鸟挡板，设计了易拆装，且便于打开检修的结构组件，并表征了复合材料板材的力学性能以及耐紫外老化、耐腐蚀等性能。这一新型易拆装、可打开检修的防鸟结构组件及其相关技术，将为保障电网的安全运行做出重要贡献。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

玄武岩纤维（BFCS–13–6），产地：四川成都；环氧树脂（E–51、E44），中国石化；固化剂（ZY–S885），产地：徐州。

电子万能实验机(WDW–100 KN)，产地：济南；紫外老化实验箱(QUV/spray)，产地：上海；鼓风干燥箱(DHG9140AD)，产地：北京；恒温水浴箱（HH–2），产地：上海；平板硫化机(100T)，产地：河北邢台。

1.2 防鸟挡板的制备

按重量比4 ∶1 将EP（E51 ∶E44=1 ∶1）与固化剂混合均匀，排除气泡后备用。采用手工铺料法制备BF/EP复合板坯料，随后将坯料置于干燥箱中，80 ℃烘干1 h，得到BF/EP 预浸料[5]。

将预浸料裁剪成600 mm×600 mm 的预浸料片，并堆叠成8 层，置于平板硫化机上进行模压成型，模压成型温度为130 ℃，成型压力为3 ～5 MPa，制备层压板复合材料[8]。130 ℃固化成型4 h，制得复合材料板的厚度为4 mm[9]。将板材开孔，便于变电站的金属件连接加固，制得BF/EP 防鸟挡板。

1.3 样品的性能测试

拉伸强度和断裂伸长率：按照GB/T 1040.2-2006 和GB/T 1447-2005 测试防鸟挡板的相关性能，拉伸速率为2 mm/min。

弯曲强度：参照GB/T 1449-2005 测试防鸟挡板的弯曲性能，弯曲速率为1 mm/min。

耐紫外老化性能：按照GB/T 15596-1995 测试防鸟挡板的耐紫外老化性能，紫外照射强度为39 mW/cm2，照射时间为30 h[10-11]。

耐酸雨腐蚀性能：参照GB/T 20312-2006 测试防鸟挡板的耐酸雨腐蚀性能，水浴箱的温度保持在25±1℃，实验采用浓硫酸溶液配置了pH 值为3.0 的酸性水溶液，来模拟酸雨条件[12-13]。

2 结果与讨论

2.1 BF 用量对力学性能的影响

众所周知，在复合材料中，纤维对力学强度的贡献较大。图1 为玄武岩纤维（BF）用量对防鸟挡板力学性能的影响曲线。从图1 可以看出：随着BF 用量的增大，BF/EP 复合材料板的拉伸强度先增大后减小；当BF 用量为60%时，复合材料的拉伸强度较大，达到374.1 MPa，继续增加玄武岩纤维用量，拉伸强度反而下降，主要是由于树脂含量降低后，复合材料容易出现部分断裂，出现表观测试数据下降。从断裂伸长率分析，未加BF 的复合材料的断裂伸长率最大，达到4.5%；随着BF 用量的增大，复合材料挡板的断裂伸长率逐渐减小，主要原因在于玄武岩纤维断裂伸长率较小，在复合材料测试时，玄武岩纤维含量高的复合材料板，断裂伸长率更接近玄武岩纤维。综上所述，当BF 用量为50%～60%时，复合材料挡板的力学性能较好，它的拉伸强度最高达到374.1 MPa，它的断裂伸长率为4.5%～4.6%。因此，高强度复合材料板的纤维含量为50%～60%。

2.2 耐紫外老化性能

图2 为BF/EP 防鸟挡板在紫外老化实验箱中老化0 d、1 d、3 d、10 d、13 d、23 d、30 d 后，其拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度的变化曲线。从0 d 到10 d，防鸟挡板的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度逐步降低，第10 d 复合材料板的拉伸强度仍能达到340 MPa；随着紫外老化时间的继续增加，复合材料板的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度逐步趋于稳定状态。原因是紫外老化过程中，表层环氧树脂首先老化，随着树脂降解变脆，造成老化初期复合材料板的拉伸强度明显降低；在老化10 d 左右时，紫外线开始刻蚀内部玄武岩纤维，而玄武岩纤维具有更强的耐紫外老化性能，随着紫外老化时间的延长，力学性能的下降曲线趋于平缓。同初始力学性能相比，防鸟挡板老化30 d 后，其拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度分别下降10%、14%和15%，拉伸强度降低值10%，大于330 MPa，仍高于防鸟挡板复合材料标准的300 MPa（未经紫外老化），玄武岩纤维复合材料达到防鸟挡板的使用要求。

通过耐紫外老化实验研究，可以预测防鸟挡板的使用寿命。在本实验的测试环境条件下，防鸟挡板经过30 d 后，其力学性能满足GB/T 35695-2017 的性能要求。由此可知，该防鸟挡板在加速紫外老化实验条件下，最大使用寿命可以超过30 d，满足户外5 年使用要求。

2.3 耐酸雨腐蚀性能

对于常用的防鸟挡板（PC 材质、环氧树脂板等），尤其是PC 塑料板耐酸雨腐蚀的能力较差，现场使用3 年左右的PC 板，经常出现降解纹路，强度显著下降，甚至小于30 MPa。本文对玄武岩纤维复合材料板进行耐酸雨测试，以改善防鸟挡板的性能。图3 为酸雨腐蚀前后BF/EP 防鸟挡板力学性能的变化曲线。由图可知，酸雨腐蚀216 h 后，防鸟挡板的拉伸强度下降为369.1 MPa（降低0.97%），其弯曲强度下降为283.2 MPa（降低2.14%），可见酸雨对玄武岩纤维复合材料的力学性能影响较小，力学性能的损失可以忽略不计，相关复合材料板的力学性能满足GB/T 35695-2017 的指标要求。由此可知，本文提供的玄武岩纤维复合材料防鸟挡板，耐酸雨寿命超过216 h，可以长期户外使用。

3 结论

本文以BF 和EP 为原料，使用手工铺料法制备了BF/EP 复合材料，采用模压成型法制备了BF/EP 防鸟挡板。研究结果表明：（1）当BF 用量为50%～60%左右时，复合材料挡板的力学性能较好，拉伸强度达到374.1 MPa，断裂伸长率为5.4%；（2）玄武岩纤维复合材料板耐紫外性能良好。在紫外照射强度为39 mW/cm2的条件下，耐紫外老化的最大使用寿命超过30 d；（3）玄武岩纤维复合材料板耐酸雨性能满足户外使用要求。在pH 值为3.0 的模拟酸雨环境中，耐酸雨寿命超过216 h。因此，本文研制的BF/EP 防鸟挡板，满足输电线路材料的性能指标要求，未来在输变电线路领域拥有良好的应用前景。