CN102723620A

CN102723620A - 复合型防腐接地装置及其制备方法

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Publication number: CN102723620A
Application number: CN2012102040593A
Authority: CN
Inventors: 丛学滋
Original assignee: QINGDAO HUIAN ENGINEERING CONTROL CO LTD
Current assignee: QINGDAO HUIAN ENGINEERING CONTROL CO LTD
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: CN102723620B

Abstract

本发明公开一种复合型防腐接地装置，其是在经表面活化处理后的接地体与接地线表面喷涂多层复合防腐导电涂料，然后经自然干燥固化与加热固化制成；所述复合防腐导电涂料由导电颗粒30%、有机树脂40%、助剂5%和有机溶剂25%组成，导电颗粒由天然石墨80%、导电碳黑19.9%～19.95%和纳米级银粉末0.05%～0.1%组成，有机树脂由环氧树脂60%、不饱和聚酯树脂6%和有机硅树脂34%组成，助剂由固化剂50%、促进剂20%、流平剂20%和引发剂10%组成，有机溶剂为二甲苯、异丁醇和/或环己酮。本发明制得的复合型防腐接地装置表面涂层附着力好，硬度高，具有良好的导电性能、耐腐蚀性能与耐大电流冲击热稳定性能，综合性能优异。

Description

复合型防腐接地装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合型防腐接地装置，同时涉及该复合型防腐接地装置的制备方法。

背景技术

接地装置主要是由接地体与接地线组成的接地网络。接地网具有可使电气设备、电力系统的工作电流接地，大型装置、设备、建筑物、桥梁等的雷电电流接地，操作室、工控室、计算机房等的静电电流接地等项功能。

随着科学技术的发展，企业和系统的规模越来越大，常规的接地网已不能满足大型企业和大型系统的使用寿命要求。由于接地网的失效，致使出现雷击或其他原因时工作电流不能安全泄地而造成的事故近些年来频频发生，直接经济损失巨大，而长时间大面积的停电、大企业的停工停产、更换新的接地网等间接经济损失更是无法估量。

接地网的构件接地体与接地线最早使用普通碳钢，普通碳钢输泄电性能良好，成本低廉，加工性能良好，但腐蚀速率高，使用寿命短。据美国腐蚀工程师协会金属腐蚀调查资料表明，普通碳钢在土壤中的腐蚀速率与土壤电阻率有关，当土壤电阻率≤100Ω/cm时，年腐蚀率大于1mm，当土壤电阻率＞100Ω/cm时，年腐蚀率大于0.2mm，特别是沿海、沿江湖区域，腐蚀更为明显。通常状态下，碳钢接地网构件10年便腐蚀中断，快的只需3—4年。

碳钢镀锌（主要是热浸镀锌）是在拟提高普通碳钢接地网构件使用寿命的基础上推出的，这也是国内目前使用最多的接地网材料。碳钢镀锌的保护作用基于两个方面：一是锌表面能形成相对致密的氧化膜；二是电化学保护。锌的电极电位为-0.76V，铁的电极电位为-0.44V，在锌和铁组成的腐蚀电池中，锌作为阳极首先腐蚀，而铁作为阴极得到了保护。但在长期的使用实践中，碳钢镀锌材料在接地网的应用没有收到提高接地网使用寿命的预期效果。原因有以下几个方面：一是锌的耐腐蚀性能与土壤的pH值有关，在pH为7-9的中性碱性土壤中，镀锌层有一定的耐腐蚀能力，在pH＜7的土壤中，耐腐蚀能力较差；二是镀锌层薄，一般只有0.05-0.06mm，保护作用有限；三是在接地电流的作用下，镀锌层腐蚀加剧。应用结果表明，碳钢镀锌材料在接地网上的使用寿命较普通碳钢没有提高多少。

铜及铜包钢材料也用于生产接地网构件，铜具有良好的导电性和化学稳定性，在土壤中的腐蚀率仅为碳钢的10%-20%，但采用铜及铜包钢作为接地网材料有以下不足：一是资源短缺，价格昂贵，成本较高；二是刚性不足，施工难度大，需要热熔焊接，焊接材料、夹具、模具繁杂，施工成本高，在原材料成本较高的基础上又增加了一大块；三是铜与钢材的电位差大，电化学腐蚀倾向严重，用铜或铜包钢作接地网材料，会造成对地下隐蔽工程，埋设的管道以及地表钢结构严重的电化学腐蚀；四是铜腐蚀后产生铜离子，污染土壤及地下水，危害人的身体健康。基于以上原因，近年来国内外的在建项目中，已开始禁止或避免铜及铜包钢材料作接地网材料的使用。

近年来，国内外相继开发了防腐导电涂料，在碳钢的表面涂覆一层防腐导电涂料作为接地网材料，既保持了一定的导电性能，又使碳钢材料增强了耐腐蚀的能力，令人耳目一新。但是在实际的使用中却出现了许多问题：

（1）涂料的性能单一。耐腐蚀性能好的，耐大电流冲击的热稳定性能差；耐大电流冲击热稳定性能好的，耐腐蚀性能差；导电性能好的，附着力差；附着力性能好的，导电性能差。如国内一家公司，为了达到耐腐蚀性能和耐大电流冲击热稳定性能的要求，分别开发了两种涂料，一种是耐腐蚀性能好的，但耐大电流冲击的热稳定性能达不到要求，另一种是耐大电流冲击热稳定性能达到要求的，但耐腐蚀性能不好。作为接地材料，要求同时具备以上两个条件时，该公司的产品就无法满足要求了。

（2）附着力差。在运输和施工的过程中，极易剥落，造成涂层对金属材料的封闭失效，耐腐蚀能力丧失。

（3）涂膜表面硬度低，极易出现划痕和擦伤，破坏了涂层对金属材料的封闭，耐腐蚀能力丧失。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种复合型防腐接地装置及其制备方法。

其技术解决方案是：

一种复合型防腐接地装置，包括接地体与接地线，在接地体与接地线的表面喷涂复合防腐导电涂料，复合防腐导电涂料由导电颗粒、有机树脂、助剂和有机溶剂组成，各组分的重量百分比为：导电颗粒30%，有机树脂40%，助剂5%，有机溶剂25%；其中，导电颗粒由天然石墨、导电碳黑和纳米级银粉末组成，天然石墨粒径＜1μm，各组分的重量百分比为：天然石墨80%，导电碳黑19.9%～19.95%，纳米级银粉末0.05%～0.1%；有机树脂由环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂组成，各组分的重量百分比为：环氧树脂60%，不饱和聚酯树脂6%，有机硅树脂34%。

上述助剂包括固化剂、促进剂和流平剂；上述有机溶剂为二甲苯、异丁醇和/或环己酮。

进一步的，上述助剂由固化剂、促进剂、流平剂和引发剂组成，助剂中各组分的重量百分比为：固化剂50%，促进剂20%，流平剂20%和引发剂10%。

上述接地体与接地线均采用碳钢镀锌材料制成；上述接地体为立式结构，其上部主体为柱状结构或角钢状结构，下端为尖锥形；上述接地线为扁平型结构。

一种复合型防腐接地装置的制备方法，其包括以下步骤：

（1）活化处理：将碳钢镀锌材料制得的接地体与接地线，连接成接地装置，使用钢丝轮均匀刷过接地装置的镀锌层表面，去除钝化层，露出金属的新鲜表面；

（2）制备复合防腐导电涂料：

a按权利要求1中所述的重量百分比分别称取天然石墨、导电碳黑、纳米级银粉末、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、助剂和有机溶剂；

b将天然石墨与导电碳黑混合后进行湿法球磨2～3小时，制得粒径＜1μm的碳基导电颗粒；

c将环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂混合后充分搅拌分散熟化22～24小时，制得混合树脂；

d将粒径＜1μm的碳基导电颗粒加入已熟化的混合树脂内并加入有机溶剂、纳米级银粉末和流平剂充分搅拌分散，再经砂磨机研磨分散与过滤器过滤后，制得基础涂料，备用；

e将固化剂、促进剂和引发剂加入基础涂料中，充分搅拌分散即得复合防腐导电涂料；复合防腐导电涂料需在使用前临时配制；

（3）喷涂：采用高压无气喷涂设备，向经步骤（1）活化处理后的接地装置表面喷涂步骤（2）中制备的复合防腐导电涂料；

（4）固化：将表面喷涂有复合防腐导电涂料的接地装置，依次经自然干燥固化与加热固化，制得复合型防腐接地装置。

上述助剂选用固化剂、促进剂、流平剂和引发剂；助剂中各组分的重量百分比为：固化剂50%，促进剂20%，流平剂20%和引发剂10%。

进一步的，控制复合防腐导电涂料由制成至喷涂到接地装置表面的时间间隔小于4小时。

更进一步的，步骤（3）中，复合防腐导电涂料在0.3～0.5MPa/m²的压力下喷向接地装置的表面。

进一步的，复合防腐导电涂料在接地装置表面喷涂3层或3层以上，每层厚度为25～35μm。

更进一步的，步骤（4）中，自然干燥固化在强制通风的条件下进行，固化时间为40～45分钟，加热固化在烘干隧道中进行，固化时间为30～35分钟。

本发明的有益技术效果是：

本发明制得的复合型防腐接地装置表面涂层附着力好，硬度高，具有良好的导电性能、耐腐蚀性能与耐大电流冲击热稳定性能，综合性能优异。

下面通过理论分析与试验对比对本发明所取得的有益效果进行详细说明：

1、本发明使用天然石墨作为导电颗粒的主要成份，天然石墨与导电碳黑相比较有以下优势：

（1）含碳量高，导电性能好，在满足导电性能的基础上，能减少导电颗粒的加入量，提高涂料中的树脂含量，因而耐腐蚀性能得以提高；

（2）导热性能好，高温下不易烧失，能提高涂层耐大电流冲击的热稳定性能；

（3）易于加工，使用常规方法，即可加工成粒径＜1μm的颗粒，而且不会出现二次团聚现象；

（4）分散性能好，与有机树脂的亲和力强；

（5）与一定比例的导电碳黑混合后，有较强的悬浮性能，避免了涂料中固化成份的沉降结块，使用方便。

天然石墨与导电碳黑导电性能的对比试验如下：

（1）使用相同种类的树脂、助剂与有机溶剂，保持助剂与有机溶剂的加入量不变，涂料制备方法相同；

（2）实验例中导电颗粒采用天然石墨，导电颗粒的加入量为30%、32%、34%与36%，以重量百分比计；对比例中导电颗粒采用导电碳黑，导电颗粒的加入量为30%、32%、34%与36%，以重量百分比计；

（3）使用40×4×100规格的镀锌扁钢8支，分别喷上采用天然石墨或导电碳黑的导电颗粒所制成的涂料，喷涂方法相同，涂层厚度≥80μm；

（4）使用仪器TH2512B型智能直流低电阻测试仪（1μΩ-20μΩ）测量，测量结果如表1所示。

表1

从表1中可以看出，导电颗粒使用天然石墨且加入量为30%（重量百分比）时所得涂料的导电性能优于导电颗粒使用导电碳黑且加入量为36%（重量百分比）时所得涂料的导电性能。因而，使用天然石墨时，涂料中的树脂含量相应增大了6%（重量百分比）以上，所以在使用同种树脂时，涂料的耐腐蚀性能也相应提高。

2、本发明制得的复合防腐导电涂料与几种单组份树脂涂料的耐腐蚀对比试验

（1）选取16个试片规格为40×4×150的镀锌扁钢，采用相同工艺分别涂刷4种导电涂料，每3个镀锌扁钢试片涂刷一种导电涂料；

（2）各种涂料使用相同的天然石墨导电颗粒；

（3）配制质量百分比浓度为10%的NaOH溶液，10%的Hcl溶液、10%的Nacl溶液置于广口瓶中，各4只，共16只；

（4）评价标准为720小时，试片表面涂层无发泡、无脱落，取平均值；

表2

从表2中可以看出，过氯乙烯涂料与国漆的耐碱性能较差，不适合在我国沿海盐碱地域使用；有机硅涂料的耐碱性、耐酸性与耐盐性能均较差。而本发明涂料由于择优选取环氧树脂、不饱和聚酯树脂与有机硅树脂，且三种树脂用量配比合理，因此制得的涂料具有较好的耐酸、碱、盐性能，耐腐蚀性好，无地域使用限制。

3、本发明制得的复合防腐导电涂料与几种单组份树脂涂料的耐大电流冲击热稳定性能对比试验

（1）选取4个试片，试片规格为40×4×500，采用相同工艺涂刷四种导电涂料

（2）试验仪器：AT-8000短路强度实验装置

（3）冲击电流：8KA 冲击时间：2S

（4）标准：涂层无烧失，无脱落

表3

4、本发明制得的复合防腐导电涂料与几种单组份树脂涂料的附着力对比试验

（2）检验仪器：20倍光学放大镜

（3）检验标准：GB/T700-1988

（4）试验方法：弯折180°镜检观察

表4

样片名称	过氯乙烯涂料	有机硅涂料	国漆涂料	本发明涂料
					实验结果	有裂纹、脱落	有裂纹、脱落	有裂纹、脱落	无裂纹、无脱落

从表4中可以看出，采用相同工艺涂刷，本发明涂料附着力明显优于氯乙烯涂料、有机硅涂料与国漆涂料。这是因为使用单组份树脂，成膜机理是挥发性成膜，分子间结合力低，故附着力降低。本发明涂料一方面使用天然石墨，在加入量较小的情况下即可保证涂料的导电能力，相应的增加了涂料中的树脂含量，故附着力强；另一方面本发明使用的树脂是多组份树脂，成膜机理是分子交联成膜和挥发性成膜共存，分子间结合力强，故附着力强。

5、本发明涂料采用常规涂刷、常规空气喷涂与本发明喷涂工艺的附着力对比试验

（1）选取4个试片，试片规格为40×4×150，分别以常规涂刷、空气喷涂和本发明喷涂工艺将本发明涂料涂覆在不同试片上

（2）试验仪器：QFZ漆膜附着力试验仪

（3）检验标准：GB/T1720-1979（1989）

表5

样片名称	常规涂刷	常规空气喷涂	本发明喷涂工艺
				实验结果	3级	3级	1级

6、本发明涂料采用常规涂刷、常规空气喷涂与本发明喷涂工艺的附着力对比试验

（2）检验仪器：20倍光学放大镜

（3）检验标准：GB/T700-1988

（4）试验方法：弯折180°镜检观察

表6

样片名称	常规涂刷	常规空气喷涂	本发明喷涂工艺
				实验结果	明显脱落	有裂纹、有脱落	无裂纹、无脱落

从表5与表6可以看出，采用本发明喷涂工艺进行喷涂，涂层附着力明显优于常规涂刷与常规空气喷涂。这是因为本发明喷涂工艺采用表面活化处理、高压无气喷涂并进行多层喷涂，以及优化的固化工艺等步骤。其中，表面活化处理将影响涂料附着力的钝化层去除。使用高压无气喷涂，涂料在0.3～0.5MPa/m²的压力下喷向工件的表面，减少了气孔的形成，提高了涂层的致密度和涂层的附着力；而常规空气喷涂方式，由于大量空气介入，涂层表面易出现气孔。多层喷涂可避免涂层表面由于挥发性物质的逃逸形成毛孔，提高涂料对金属的封闭效果。固化工艺采用了40～45分钟的自然干燥固化与30～35分钟的加热固化相结合的涂层干燥固化技术，在40～45分钟的自然干燥固化过程中，采用了强制通风，使涂料在金属表面充分流平，大部分挥发性物质挥发逃逸，树脂各组分发生交联，然后经过烘干隧道，30～35分钟后，完成产品的固化干燥。

另外，为了进一步证明本发明复合型防腐接地装置具有良好的耐腐蚀性能，选取8片高温热浸锌扁钢，其中4片采用本发明喷涂工艺喷涂本发明涂料，另4片未作处理。将其分别放置于质量百分比浓度为10%盐酸溶液、10%氢氧化钠溶液、10%氯化钠溶液与10%硫酸溶液中，浸泡720小时，发现未作处理的高温热浸锌扁钢表面发白，出现溶胀、起泡及脱落现象，而喷涂有本发明涂料的高温热浸锌扁钢表面无变化，继续浸泡至总浸泡时间长达1000小时，仍无溶胀、起泡及脱落现象。

具体实施方式

按下述重量百分比称取原料：导电颗粒30%，有机树脂40%，助剂5%，有机溶剂25%；导电颗粒中各组分的重量百分比为：天然石墨80%，导电碳黑19.9%，纳米级银粉末0.1%，天然石墨粒径＜1μm，含碳量＞99.5%；有机树脂由环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂组成，各组分的重量百分比为：环氧树脂60%，不饱和聚酯树脂6%，有机硅树脂34%；助剂由固化剂、促进剂、流平剂和引发剂组成，助剂中各组分的重量百分比为：固化剂50%，促进剂20%，流平剂20%和引发剂10%。

将天然石墨与导电碳黑混合后进行湿法球磨3小时，制得粒径＜1μm的碳基导电颗粒。将环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂混合后充分搅拌分散熟化24小时，制得混合树脂。将粒径＜1μm的碳基导电颗粒加入已熟化的混合树脂内并加入有机溶剂、纳米级银粉末和流平剂充分搅拌分散，再经砂磨机研磨分散与涂料过滤器过滤后，制得基础涂料，备用。将固化剂、促进剂与引发剂加入基础涂料中，充分搅拌分散即得复合防腐导电涂料。复合防腐导电涂料需在使用前临时配制，控制复合防腐导电涂料由制成至喷涂到接地装置表面的时间间隔小于4小时。

选用碳钢镀锌材料，将其制成接地体与接地线，接地体为立式结构，其上部主体为柱状结构，下端为尖锥形，接地线为扁平型结构，接地体与接地线交叉焊接成接地装置。使用钢丝轮以0.1m/s的速度均匀刷过接地装置的镀锌层表面，去除钝化层，露出金属的新鲜表面。采用高压无气喷涂机将上述临时配制好的复合防腐导电涂料以0.3MPa/m²、0.4MPa/m²或0.5MPa/m²的压力喷向表面活化处理后的接地装置表面，共喷涂3层，每层厚度为30μm，也可根据需要喷涂更多层，每层厚度不变。然后将表面喷涂有复合防腐导电涂料的接地装置，先经强制通风条件下的40分钟自然干燥固化过程，然后经过烘干隧道，30分钟后，完成固化干燥，制得复合型防腐接地装置。

上述步骤中，环氧树脂选用环氧树脂E-44；不饱和聚酯树脂选用304柔性不饱和聚酯树脂，其是由蓖麻油改性的乙二醇、顺酐、苯酐缩聚而成的聚酯，与苯乙烯、阻聚剂等混溶制得；固化剂选用T-31固化剂，即酚醛胺系列环氧固化剂；促进剂选用环烷酸钴；引发剂选用过氧化甲乙酮；流平剂选用乙基纤维素；有机溶剂选用二甲苯、异丁醇或环己酮。上述原料均可从市场上直接购买得到。另外，选用上述原料仅为本发明的一种优选实施方式，其不应看成是对本发明保护范围的限制，本发明还可选取其它同类型原料用以替换上述原料。

上述碳钢镀锌材料为Q235优质钢经510℃以上高温热浸锌后制得。上述接地体与接地线也可制作成其它结构，如接地体仍为立式结构，其上部主体为角钢状结构，下端为尖锥形等。当然，也可采用上述喷涂工艺分别将本发明涂料喷涂在接地体与接地线上，然后将接地体与接地线连接成接地装置。

Claims

1.一种复合型防腐接地装置，包括接地体与接地线，其特征在于：在接地体与接地线的表面喷涂复合防腐导电涂料，复合防腐导电涂料由导电颗粒、有机树脂、助剂和有机溶剂组成，各组分的重量百分比为：导电颗粒30%，有机树脂40%，助剂5%，有机溶剂25%；其中，导电颗粒由天然石墨、导电碳黑和纳米级银粉末组成，天然石墨粒径＜1μm，各组分的重量百分比为：天然石墨80%，导电碳黑19.9%～19.95%，纳米级银粉末0.05%～0.1%；有机树脂由环氧树脂、不饱和聚酯树脂和有机硅树脂组成，各组分的重量百分比为：环氧树脂60%，不饱和聚酯树脂6%，有机硅树脂34%。

2.根据权利要求1所述的一种复合型防腐接地装置，其特征在于：所述助剂包括固化剂、促进剂和流平剂；所述有机溶剂为二甲苯、异丁醇和/或环己酮。

3.根据权利要求2所述的一种复合型防腐接地装置，其特征在于：所述助剂由固化剂、促进剂、流平剂和引发剂组成，助剂中各组分的重量百分比为：固化剂50%，促进剂20%，流平剂20%和引发剂10%。

4.根据权利要求1所述的一种复合型防腐接地装置，其特征在于：所述接地体与接地线均采用碳钢镀锌材料制成；所述接地体为立式结构，其上部主体为柱状结构或角钢状结构，下端为尖锥形；所述接地线为扁平型结构。

5.一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（2）制备复合防腐导电涂料：

6.根据权利要求5所述的一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于：助剂选用固化剂、促进剂、流平剂和引发剂；助剂中各组分的重量百分比为：固化剂50%，促进剂20%，流平剂20%和引发剂10%。

7.根据权利要求5所述的一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于：控制复合防腐导电涂料由制成至喷涂到接地装置表面的时间间隔小于4小时。

8.根据权利要求5所述的一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，复合防腐导电涂料在0.3～0.5MPa/m²的压力下喷向接地装置的表面。

9.根据权利要求5所述的一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于：复合防腐导电涂料在接地装置表面喷涂3层或3层以上，每层厚度为25～35μm。

10.根据权利要求5所述的一种复合型防腐接地装置的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，自然干燥固化在强制通风的条件下进行，固化时间为40～45分钟，加热固化在烘干隧道中进行，固化时间为30～35分钟。