CN104356571A - 接地模块用石墨碳纤维复合导电填料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料及其制备方法和应用。所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：碳纤维1-4％、石墨粉5-14％、化学分散剂0.5-2.5％、树脂胶粘剂40-50％、水余量。该接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，具有优良的导电性和可塑性，将其用于制作接地模块，可有效提高接地模块本身的电导率、降低模块表面硬度以提高与土壤的结合紧密度，从而大大提高了接地模块的接地降阻能力。

Description

接地模块用石墨碳纤维复合导电填料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及安全接地材料领域，特别是涉及一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料及其制备方法和应用。

背景技术

雷击现象是一种较为严重的自然灾害，输电线路的防雷保护接地直接关系到电力系统的安全稳定性。

目前我国输电线路接地形式大多是采用扁钢、圆钢等金属和接地模块混合使用的方式。传统上，接地模块中的导电填料主要由石墨、电解质等组成，将这些成分均匀混合后在与常规接地模块填料凝固成型就成为接地模块。这种接地模块能起到一定的接地降阻作用，但是强度高、表面硬度大，与土壤难以接触紧密，往往留有空隙，使得接地降阻效果大打折扣。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

在其中一个实施例中，由如下重量百分比的原料制备而成：

在其中一个实施例中，所述化学分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或乳化剂-op。

在其中一个实施例中，所述化学分散剂为十二烷基硫酸钠或乳化剂-op。

在其中一个实施例中，所述树脂胶粘剂为热固型丙烯酸酯胶或酚醛树脂胶。

在其中一个实施例中，所述树脂胶粘剂为热固型丙烯酸酯胶。

本发明还提供所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，包括如下步骤：

将所述碳纤维250-350℃高温煅烧20-40min，再用浓硫酸浸泡3-5h后洗净烘干，得到氧化后的碳纤维；

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述氧化后的碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经1000～2000r/min低速离心0.1～1h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

本发明还提供所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料在制作接地模块中的应用。

本发明的原理及优点如下：

碳纤维具有许多优良性能，如轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等。同时，碳纤维的导电性介于非金属和金属之间，具有良好的导电导热性能及电磁屏蔽性。石墨的导电性则比一般非金属矿高一百倍。

本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，将碳纤维和石墨粉以一定重量百分比复合用于制作接地模块材料，可使制备得到的接地模块兼具导电性和可塑性。在研究过程中发现，在碳纤维重量比一定的情况下，石墨粉在体系中所占的重量比对最终制备得到的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的可塑性有着较为明显的影响，当其重量百分比过大时，最终制备得到的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的断裂伸长率将明显下降。经研究，当碳纤维的重量百分比为1％～4％时，控制石墨粉的重量百分比为5-14％，可以使制备得到的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料兼具优良的导电性和可塑性。

此外，在本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料实际制备过程中，碳纤维存在基底中难以完全分散均匀，其优良的导电性、机械性得不到充分利用。经过进一步研究之后发现，通过在配方中加入重量百分比为0.5-2.5％的化学分散剂，配合碳纤维的氧化、超声振荡、低速离心等方式，可解决这一问题，使碳纤维在基底中充分分散均匀，特别当所述化学分散剂为重量百分比为0.8％-1.2％的十二烷基硫酸钠或乳化剂-op时，可以较好的发挥其优良的导电性和机械性能。

在本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的研究过程中还发现，树脂胶粘剂作为占比较大的组分，其性能容易对石墨粉和碳纤维的分散造成影响，进而影响其导电性和机械性能的发挥。经过研究发现，本发明所述热固型丙烯酸酯胶，可以促进石墨粉和碳纤维在树脂胶粘剂中的分散，进一步增强本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的导电性和机械性能，同时，使本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料制作的接地模块，适宜于各种土壤条件，具有耐高温、抗高寒、不易脆断，固化后柔韧性强、机械性能优良等特点。

本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，首先对碳纤维进行氧化，使其表面充满活性离子键，易于分散；然后采用化学分散剂配合超声波振荡法将碳纤维均匀分散于水中，形成碳纤维分散液；采用低速离心的方法取得无沉淀稳定悬浮液，确保碳纤维的充分均匀分散；再向悬浮液中加入石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，再加入树脂胶粘剂，混合均匀。该制备方法对所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料制备过程中的各步骤进行综合研究，使制备得到的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料中，碳纤维及石墨粉分散均匀，具有优良稳定的导电性及较强的韧性，可塑性强。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，具有优良的导电性和可塑性，将其用于制作接地模块，可有效提高接地模块本身的电导率、降低模块表面硬度以提高与土壤的结合紧密度，从而大大提高了接地模块的接地降阻能力。

本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，可最大限度的使碳纤维及石墨粉在水中均匀分散，使制备得到的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料具有优良、稳定的导电性及较强的韧性，可塑性强。

附图说明

图1为本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法流程图。

具体实施方式

本发明所述热固型丙烯酸酯胶PH值7.0，黏度90cps，固含量54％。购自上海华谊丙烯酸有限公司。

以下结合附图和具体实施例来详细说明本发明。

实施例1

本实施例一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

上述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，包括如下步骤(如图1所示)：

将所述碳纤维进行300℃高温煅烧30min，再用浓硫酸浸泡4h后洗净烘干，得到氧化后的碳纤维；

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述氧化后的碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经1500r/min低速离心0.5h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

将所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料以重量百分比10％的量与常规接地模块填料混匀凝固成型，即可制备得到接地模块。

实施例2

本实施例一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

上述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，包括如下步骤：

将所述碳纤维进行250℃高温煅烧20min，再用浓硫酸浸泡3h后洗净烘干，得到氧化后的碳纤维；

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述氧化后的碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经1000r/min低速离心0.1h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

实施例3

本实施例一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

上述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，包括如下步骤：

将所述碳纤维进行350℃高温煅烧40min，再用浓硫酸浸泡5h后洗净烘干，得到氧化后的碳纤维；

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述氧化后的碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经2000r/min低速离心1h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

对比例1

本对比例一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

其制备方法同实施例2。

对比例2

本对比例一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，由如下重量百分比的原料制备而成：

上述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，包括如下步骤(如图1所示)：

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经1000r/min低速离心0.1h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

经检验，实施例1-3和对比例1-2所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料性能实验及结果见表1。

表1

	电阻率/Ωm	断裂伸长率/％
			实施例1	2×103	500
实施例2	1×103	600
			实施例3	1.5×103	550
对比例1	5×102	200
			对比例2	1×103	250

由表1可知，本发明所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料兼具优良的导电性和可塑性。另，由对比例1可知，体系中石墨粉的重量百分比超过14％时，所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料虽然电阻率变小，但其断裂伸长率下降明显，为兼顾导电性和可塑性，应合理控制石墨粉的重量百分比；由对比例2可知，使用未经浓硫酸氧化的碳纤维制备得到的所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，电阻率变化不明显，但其断裂伸长率降低，可塑性不理想。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，由如下重量百分比的原料制备而成：

2.一种接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，由如下重量百分比的原料制备而成：

3.根据权利要求1或2所述的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，所述化学分散剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或乳化剂-op。

4.根据权利要求3所述的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，所述化学分散剂为十二烷基硫酸钠或乳化剂-op。

5.根据权利要求1或2所述的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，所述树脂胶粘剂为热固型丙烯酸酯胶或酚醛树脂胶。

6.根据权利要求5所述的接地模块用石墨碳纤维复合导电填料，其特征在于，所述树脂胶粘剂为热固型丙烯酸酯胶。

7.权利要求1-6任一项所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述碳纤维250-350℃高温煅烧20-40min，再用浓硫酸浸泡3-5h后洗净烘干，得到氧化后的碳纤维；

于水中加入所述化学分散剂，超声振荡分散后，加入所述氧化后的碳纤维，超声振荡分散，得分散液1；

将所述分散液1经1000～2000r/min低速离心0.1～1h后，取上层液体，得分散液2；

于所述分散液2中加入所述石墨粉，搅拌下，超声振荡分散，得分散液3；

于所述分散液3中加入所述树脂胶粘剂，混合，即得所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料。

8.权利要求1-6任一项所述接地模块用石墨碳纤维复合导电填料在制作接地模块中的应用。