傳動帶抗靜電試驗(yàn)研究

李曉東,孫阿超,吳桂卿

(青島市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 青島 266101)

在一些特殊的生產(chǎn)或者使用條件下，傳動帶抗靜電性能越來越引起生產(chǎn)者和使用者的重視。本文通過對GB/T 10715《帶傳動 多楔帶、聯(lián)組V帶及包括寬V帶、六角帶在內(nèi)的單根V帶 抗靜電帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》中導(dǎo)電液及溫濕度等試驗(yàn)參數(shù)的改變來研究其對試驗(yàn)結(jié)果的影響，希望對有抗靜電檢測要求的企業(yè)及試驗(yàn)人員有所幫助。

1 傳動帶產(chǎn)品進(jìn)行抗靜電測試原因

1.1 傳動帶本身材料原因

傳動帶主要材料是橡膠，橡膠本身屬于絕緣材料，電阻較高，因而傳動帶在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，容易引起電荷積累。在濕潤的環(huán)境條件下，由于空氣的中和作用及水分子在帶電體（帶輪及傳動帶）表面形成薄薄的水膜加速漏電，所以不會產(chǎn)生大量靜電積累。但是在干燥的環(huán)境中，如果堆積在傳動帶表面的靜電量大于通過空氣中和及帶電體本身漏電量之和，就會在傳動帶表面產(chǎn)生靜電積累，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間增加，積累量也會隨之增加。當(dāng)靜電量電壓達(dá)到一定值，就會在空氣中放電，產(chǎn)生火花及嘶嘶聲。

1.2 使用要求

油田、礦井中使用的V帶，屬于在存在如油、溶劑等可燃（易燃）物的環(huán)境中使用，洗衣機(jī)等家電的傳動帶，由于在空氣干燥情況下累積的靜電會給人以電擊，這些場合的傳動帶有抗靜電需求。汽車傳動帶方面，由于市場上曾出現(xiàn)過附件傳動帶靜電造成汽車音響噪音，特別是在半導(dǎo)體收音機(jī)狀態(tài)下的噪音問題，某些品牌主機(jī)廠在傳動帶產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中增加了對靜電性能的要求，并沿用至今。

1.3 ATEX認(rèn)證需求

歐盟的爆炸性環(huán)境（ATEX）指令已于2003年9月1日成為一項(xiàng)法律。為了減少由潛在爆炸性環(huán)境（主要存在于石化、煉油、采礦等工業(yè)中）引起的災(zāi)害，制訂了兩項(xiàng)補(bǔ)充性指令，它們被統(tǒng)稱為ATEX。兩項(xiàng)指令都是為了加強(qiáng)產(chǎn)品和設(shè)備在歐共體中的流通性。其中一項(xiàng)指令適用于對設(shè)備的保護(hù)，而另一項(xiàng)指令適用于對工作人員的保護(hù)。

帶傳動裝置在分類上屬于“部件”，因此不需要單獨(dú)進(jìn)行ATEX認(rèn)證，也不需要獲得“CE”和“CX”標(biāo)志。當(dāng)傳動帶被放在潛在爆炸性環(huán)境中時(shí)，帶本身并不是“點(diǎn)燃源”。按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 13463-5:2011“潛在爆炸性環(huán)境中使用的非電氣設(shè)備 第5部分：通過結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行的保護(hù)”（見ATEX 95附錄6），傳動帶被認(rèn)為是非電氣部件。

注：EN-13463-5: 2011的7.2條中有如下內(nèi)容：

7.2.1 傳動帶在運(yùn)行中應(yīng)不會產(chǎn)生有危險(xiǎn)的靜電荷（見ⅠSO 1813和CENELEC技術(shù)報(bào)告RO44-001）。

7.2.2 當(dāng)對傳動帶施加明火時(shí)，帶結(jié)構(gòu)中使用的材料應(yīng)不易支持燃燒。所用材料應(yīng)滿足EC 60695-11-10標(biāo)準(zhǔn)對FV-0類材料的要求。

EN-13463-5的7.2.1條提到國際標(biāo)準(zhǔn)ⅠSO1813，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了導(dǎo)靜電帶及相關(guān)試驗(yàn)方法，它按照不同的帶型號以表格形式規(guī)定了合格/不合格判據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)涉及V帶、多楔帶和聯(lián)組V帶。

所以ATEX 95指令適用于使用在潛在爆炸性環(huán)境中的設(shè)備、裝置及其部件，或用于控制、調(diào)節(jié)位于潛在爆炸性環(huán)境中的設(shè)備的裝置。傳動帶屬于非電氣部件。它們必須是可導(dǎo)靜電的，即符合國際標(biāo)準(zhǔn)ⅠSO1813的要求。它們也必須是阻燃的，具有火焰自熄性，即符合歐洲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)EN-13463-5對FV-0類的要求。

2 國內(nèi)外抗靜電試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

ⅠSO 1813:2014 《帶傳動 多楔帶、聯(lián)組V帶及包括寬V帶、六角帶在內(nèi)的單根V帶 抗靜電帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》

GB/T 10715 《帶傳動 多楔帶、聯(lián)組V帶及包括寬V帶、六角帶在內(nèi)的單根V帶 抗靜電帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》

ⅠSO 9563:1990 《帶傳動 抗靜電同步帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》

GB/T 32072—2015 《帶傳動 抗靜電同步帶的導(dǎo)電性：要求和試驗(yàn)方法》

RMA ⅠP-3-4 《傳動帶導(dǎo)靜電性試驗(yàn)方法》

RMA ⅠP-3-4該試驗(yàn)方法適用于所有類型的傳動帶，包括V帶、多楔帶和同步帶。雖然RMA ⅠP-3-4是針對帶的導(dǎo)靜電性而規(guī)定的，但它不是歐洲標(biāo)準(zhǔn)，而94/9/EC在評價(jià)傳動帶是否符合ATEX 95指令方面要與其協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)或現(xiàn)有的歐洲國家標(biāo)準(zhǔn)或其他歐洲試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范相一致。

到目前為止，上述試驗(yàn)方法僅進(jìn)行電阻測量，以評估和分類V帶在靜電電荷方面的表現(xiàn)，這些測量僅適用在新傳動帶上進(jìn)行，因此，允許的分類值首先且僅適用于新傳動帶。

3 試驗(yàn)研究主要內(nèi)容

本文主要研究試驗(yàn)儀器，試驗(yàn)人員、導(dǎo)電液及樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響。

3.1 試驗(yàn)儀器

抗靜電測試儀主要由一個(gè)開環(huán)電壓為500 V、測試范圍為0～10 MΩ、測試精度為±5%的電子式歐姆表，及相應(yīng)電極組成；電壓表是現(xiàn)成品，電極根據(jù)需要加工。

根據(jù)GB/T 10715規(guī)定單根V帶和六角帶試驗(yàn)用固定電極的槽形表面的尺寸應(yīng)與V帶所配用的帶輪輪槽尺寸相同。其槽角應(yīng)由帶的生產(chǎn)廠家根據(jù)帶的型號和設(shè)計(jì)特點(diǎn)的不同而規(guī)定。鑒于此，建議生產(chǎn)企業(yè)在測量自己產(chǎn)品的抗靜電的時(shí)候，要嚴(yán)格按照用戶要求確定選用電極的輪槽尺寸。

作為一種相對統(tǒng)一的需求，目前我們抗靜電測試儀所采用的測量電極的角度是根據(jù)傳動帶名義角度來確定的（見表1）。眾所周知，V帶的角度與帶輪的角度是不同的；帶輪角度是考慮到V帶的包角及直徑，帶輪直徑越大，角度也有所增加（見表1）。由于靜電測試是水平放置，測試靜電施加的壓力也比其他測試所用的張緊力小；為了使電極與帶的傳動面很好地接觸，本文所用的電極角度與帶的角度是一致的。

表1中：六角帶和聯(lián)組V帶的名義角度是40°，農(nóng)機(jī)變速V帶的名義角度從24°多到26°多不等，但測量帶輪的角度都是26°。其他的目前沒有加工相應(yīng)電極。

表1 電極及帶輪角度

已有相關(guān)資料指出：可以在測長狀態(tài)下進(jìn)行抗靜電數(shù)值的測量[1],本文采用的方法是將帶保持在非張緊狀態(tài)下安裝在兩個(gè)試驗(yàn)電極上進(jìn)行測量。

3.2 試驗(yàn)條件

3.2.1 試樣及導(dǎo)電液

（1）試樣為整條的環(huán)形單根V帶和聯(lián)組V帶，分別對其進(jìn)行編號：1#A1405Ld（廠家1），2#A1405Ld（廠 家2），3#B2260Li，4#C1967Ld，5#SPA-1682，6#5V-2L 4830（15J），7#5V-3L 850（15J）。

（2）共準(zhǔn)備兩種導(dǎo)電液：A型導(dǎo)電液、B型導(dǎo)電液。

導(dǎo)電液成分：

A型導(dǎo)電液：分子量為600的無水聚乙二醇800份，去離子水200份，肥皂1份，氯化鉀10份；

B型導(dǎo)電液：分子量為600的無水聚乙二醇800份，自來水200份，辛烷碳酸鈉1份，氯化鉀10份。

3.2.2 試驗(yàn)調(diào)節(jié)條件

GB/T 10715標(biāo)準(zhǔn)要求調(diào)節(jié)的溫濕度是23±2 ℃，相對濕度為50±5% ；我們實(shí)際的試驗(yàn)室環(huán)境條件為：溫度23 ℃，濕度40%～60%。

（1）將樣品1#A1405Ld（廠家1），2#A1405Ld（廠家2），3#B2260Li，4#C1967Ld在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的環(huán)境下調(diào)節(jié)24 h。

（2）將樣品5#SPA-1682、6#5V-2L 4830（15J）、7#5V-3L 850（15J）進(jìn)行以下條件調(diào)節(jié)。

條件1：樣品室中未進(jìn)行調(diào)節(jié)的樣帶直接進(jìn)行第一次抗靜電測試；

條件2：將未進(jìn)行調(diào)節(jié)的樣帶按照條件1做完試驗(yàn)后置于溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的環(huán)境下調(diào)節(jié)24 h進(jìn)行第二次測試。

3.3 試驗(yàn)步驟

3.3.1 測試前準(zhǔn)備

（1）每個(gè)樣品選取至少3個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行測試，選點(diǎn)時(shí)盡量避開帶上標(biāo)識的部位，每兩點(diǎn)的間距大致相等。

測量點(diǎn)數(shù)量的選擇：帶長為1 000 mm以下的選取3個(gè)測試點(diǎn)，帶長1 000 mm以上選取5個(gè)測試點(diǎn)，測量過程若出現(xiàn)奇異點(diǎn)可多測一點(diǎn)。

（2）首先用干凈的干布蘸著硅藻土擦拭帶的兩側(cè)面，然后清除帶上所有的硅藻土粉劑，再用準(zhǔn)備好的布蘸著蒸餾水進(jìn)一步擦拭，然后用干凈的干布擦干。

（3）清理電極。

3.3.2 試驗(yàn)步驟

（1）將1#樣品，從標(biāo)記的5個(gè)測試點(diǎn)中選取一點(diǎn)為起始點(diǎn)（位置1），在帶的兩電極接觸區(qū)不涂導(dǎo)電液的條件下（兩電極接觸區(qū)之間有100 mm的干燥區(qū)）立即進(jìn)行導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。然后按照順時(shí)針方向依次對余下4點(diǎn)（位置2～位置5）分別進(jìn)行導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。

（2）將1#樣品及電極進(jìn)行清理，并將樣品置于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)24 h，環(huán)境條件為溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%；然后在位置1到位置5兩電極接觸區(qū)涂A型導(dǎo)電液的條件下分別進(jìn)行導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。

（3）將1#樣品及電極進(jìn)行清理，再次將樣品置于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)24 h。

（4）將調(diào)節(jié)后的1#樣品，在位置1到位置5兩電極接觸區(qū)涂B型導(dǎo)電液的條件下分別進(jìn)行導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。

（5）將2#～4#樣品按照試驗(yàn)步驟進(jìn)行導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。

（6）對5#～7#樣帶，按照試驗(yàn)步驟分別進(jìn)行條件1和條件2的導(dǎo)電性測試并記錄電阻值。

注：試驗(yàn)過程中施加電壓為200 V，充電時(shí)間為5 s，涂導(dǎo)電液時(shí)注意不是一次性將全部位置涂上導(dǎo)電液，是測完一個(gè)位置再涂下一個(gè)位置。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）不同試驗(yàn)室及不同試驗(yàn)人員根據(jù)按照不涂導(dǎo)電液、涂A型導(dǎo)電液和涂B型導(dǎo)電液的條件對1#～4#樣帶進(jìn)行抗靜電測試，試驗(yàn)結(jié)果匯總見表2。

表2 1#～4#樣帶試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

（2）同一試驗(yàn)室的相同人員涂相同導(dǎo)電液對單根、兩聯(lián)組和三聯(lián)組帶在狀態(tài)調(diào)節(jié)前后及不同位置進(jìn)行抗靜電測試，試驗(yàn)結(jié)果匯總見表3。

1#樣帶試驗(yàn)結(jié)果圖如下圖1～圖3。

2#樣帶試驗(yàn)結(jié)果圖如下圖4～圖6。

3#樣帶試驗(yàn)結(jié)果圖如下圖7～圖9。

4#樣帶試驗(yàn)結(jié)果圖如下圖10～圖12

3.5 試驗(yàn)結(jié)論

從表2、表3、圖1～圖12可以得出以下結(jié)論：

表3 5#～7#樣帶試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

（1）數(shù)據(jù)整體狀態(tài)來看，測試結(jié)果是比較理想的，說明產(chǎn)品整體的均一性好。

（2）從導(dǎo)電介質(zhì)方面看，使用導(dǎo)電液進(jìn)行測量整體穩(wěn)定性會更好一些，導(dǎo)電液對水沒有的要求，用自來水或者蒸餾水沒有區(qū)別，包括各種各樣的導(dǎo)電膏。

（3）從試驗(yàn)儀器來看，由于同為一個(gè)開環(huán)電壓為500 V、測試范圍為0～10（mΩ）、測試精度為±5%的電子式歐姆表，電極的加工滿足精度的條件下差異很小，因此儀器差異不大。

（4）環(huán)境條件方面，表2中的數(shù)據(jù)通過狀態(tài)調(diào)節(jié)和未進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)的測量數(shù)值變化不明顯，但是由于溫、濕度本身對導(dǎo)電性影響很大，因此具體試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)仍需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求的條件進(jìn)行。

（5）從圖7～9可以看出3#產(chǎn)品的第5點(diǎn)位置出現(xiàn)一個(gè)奇異值，通過查看樣品發(fā)現(xiàn)3#產(chǎn)品的第5點(diǎn)附近

圖8涂A型導(dǎo)電液有飛邊見圖13，飛邊的存在使帶與電極不能很好地接觸，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)奇異值。

雖然規(guī)定了測試點(diǎn)，但是對于不同的試驗(yàn)人員在具體測試點(diǎn)的時(shí)候還是有一定的位置差異，因此出現(xiàn)了有的人員測試出現(xiàn)奇異點(diǎn)。建議在進(jìn)行測量之前先進(jìn)行外觀的檢測，盡量避開接頭，飛邊等影響帶和電極接觸的位置。

（6）從表3可以看出，7#樣品由于是三聯(lián)組，單根產(chǎn)品截面尺寸大，在做試驗(yàn)的時(shí)候，由于剛性太大和電極的接觸不是很好，因此測得的數(shù)據(jù)間離散大，切成兩聯(lián)組之后，數(shù)據(jù)較為均勻。

4 總結(jié)

4.1 試驗(yàn)數(shù)值的取舍

根據(jù)一個(gè)德國的研究機(jī)構(gòu)做過的一個(gè)抗靜電的分析研究，在做抗靜電試驗(yàn)中所測的一組數(shù)據(jù)中如果所有數(shù)值誤差在±100.5就認(rèn)為是可取的[1]。如表1中，1#和2#樣品，所有檢測人員的結(jié)果最大值與最小值基本都在2:1左右，且產(chǎn)品測試結(jié)果趨向一致，證明這是可以接受的檢測。3#產(chǎn)品的第5點(diǎn)位置出現(xiàn)一個(gè)奇異值，最大值和最小值接近12:1，當(dāng)出現(xiàn)奇異值的時(shí)候，就需要具體研究出現(xiàn)此值原因。

4.2 按要求使用電極

測試抗靜電的電極應(yīng)該按照傳動帶所使用的帶輪的角度加工電極

4.3 使用導(dǎo)電液

為了保證測試的精準(zhǔn)性，需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求使用導(dǎo)電液。

4.4 試驗(yàn)室環(huán)境

抗靜電數(shù)值受溫、濕度影響較大，試驗(yàn)過程需要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求控制試驗(yàn)室的環(huán)境條件。