CN104464874A - 一种阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法，包括内芯和采用复合石墨线绕内芯编织获得的复合石墨编织外层，复合石墨线由复合石墨带捻制获得，其中：内芯由锌芯石墨线和铜芯石墨线构成，锌芯石墨线包括锌纤维芯和第一复合石墨外层，第一复合石墨外层采用复合石墨带绕锌纤维芯捻制获得；铜芯石墨线包括铜纤维芯和第二复合石墨外层，第二复合石墨外层采用复合石墨带绕铜纤维芯捻制获得；复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层石墨层间的无机纤维，无机纤维外层包覆有粘合剂层。本发明接地材料具有耐腐蚀、高电导率和提供阴极保护的优点，可有效解决电力系统及其他领域接地网的腐蚀问题。

Description

一种阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法

 

技术领域

本发明涉及一种电力系统接地材料，尤其涉及一种阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法。

背景技术

输电线路是电力系统的基本组成部分，频繁的雷击跳闸事故一直是输电线路面临的最主要的自然灾害故障。实际运行经验表明，杆塔接地电阻偏大是引起线路反击跳闸的主要原因，“防雷在于接地”，低阻值、长期稳定的输电线路杆塔接地网是减少输电线路雷击事故、维护电力设备安全稳定运行的重要电力装置。

我国电力系统输电线路接地网采通常采用扁钢、不锈钢、铜等金属类接地材料，以及含电镀金属层的镀锌钢、不锈钢包钢、铜包钢金属接地材料。除了运输及施工难度大、易发生偷盗现象外，金属接地材料最大的瓶颈问题是接地材料的腐蚀。实际运行经验表明，镀锌钢、扁钢等接地材料腐蚀较快，一般运行3-7年即发生严重腐蚀。

石墨材料导电性能优异，具有良好的可塑性和稳定性，同时又是很好的耐腐蚀材料，在我国有丰富的储藏量。石墨电极在冶炼、电池等工业领域有广泛的应用。在电力系统接地方面，石墨接地模块（长方体、圆柱体）已成为一种接地改造的材料。锌具有优良的抗大气腐蚀性能，在常温下表面易生成一层保护膜。因此，锌材常用于钢材和钢结构件的表面镀层(如镀锌板)，广泛用于汽车、建筑、船舶、轻工等行业。此外，锌材由于其特殊的化学性质，还常常被用于海上灯塔、输油管道等高腐蚀设备的阴极保护以达到防腐的目的。

发明内容

针对现有接地网主体材料金属易腐蚀的问题，本发明提供了一种耐腐蚀、高电导率的阴极保护用石墨复合接地材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种阴极保护用石墨复合接地材料，包括内芯和采用复合石墨线绕内芯编织获得的复合石墨编织外层，复合石墨线由复合石墨带捻制获得，其中：

内芯由31~60根锌芯石墨线和1~30根铜芯石墨线构成，锌芯石墨线包括锌纤维芯和第一复合石墨外层，第一复合石墨外层采用复合石墨带绕锌纤维芯捻制获得；铜芯石墨线包括铜纤维芯和第二复合石墨外层，第二复合石墨外层采用复合石墨带绕铜纤维芯捻制获得；

复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层间的无机纤维，无机纤维外层包覆有粘合剂层。

上述阴极保护用石墨复合接地材料的制备方法，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成表面光滑平整无明显凹陷的蠕虫石墨纸；

步骤2，将无机纤维表面浸润粘合剂，并铺设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带；

步骤4，以锌纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得锌芯石墨线；

步骤5，以铜纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得铜芯石墨线；

步骤6，以31~60根锌芯石墨线和1~30根铜芯石墨线为芯，外层采用复合石墨线双向编织，获得阴极保护用石墨复合接地材料；所述的复合石墨线由复合石墨带捻制获得。

步骤1采用的蠕虫石墨优选为高纯蠕虫石墨，碳含量高于85%。

步骤1获得的蠕虫石墨纸厚度优选为0.1~1mm，过厚的蠕虫石墨纸在捻线时易发生复合石墨带的断裂。

步骤2中，粘合剂优选为丙烯酸乙酯水溶性粘合剂。

步骤2中，无机纤维主要起“骨架”支撑作用，可以采用一种或多种无机纤维，例如，可以为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、凯芙拉纤维和陶瓷纤维中的一种或多种。

作为优选，步骤2中无机纤维等间距铺设于两层蠕虫石墨纸间，相邻无机纤维间距0.5mm~1.2mm。

步骤2中热固工艺参数为：热固温度80~120℃，热固时间60~100s。

步骤3中复合石墨带宽度优选为10mm~25mm。

步骤4~5中，锌纤维和铜纤维直径优选为0.5mm，锌芯石墨线和铜芯石墨线中金属纤维芯数量不多于3。

 

和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

1、常规接地接地网主体金属材料易腐蚀锈断，进而导致接地系统降阻效果失效、接地电阻超标等问题；本发明接地材料具有耐腐蚀、高电导率和提供阴极保护的优点，可充分满足接地网的降阻需求，并延缓现有接地网主体及其他被保护对象的腐蚀速率，从而有效解决电力系统及其他领域接地网的腐蚀问题。

2、本发明接地材料制备简单、成本低廉，适合大规模工程应用。

附图说明

图1是本发明接地材料工艺流程示意图；

图2是金属纤维芯石墨线结构示意图。

其中，1-金属纤维芯；2-复合石墨外层。

具体实施例

下面将说明本发明制服方法的具体步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸。

蠕虫石墨原材料碳含量一般应高于85%，经辊压制备的蠕虫石墨纸厚度以0.1~1mm为宜，且表面光滑平整无明显凹陷。

步骤2，将无机骨架纤维和无机增韧纤维表面浸润粘合剂，并铺设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸。

本具体实施中，选用成本低廉、抗腐蚀的玻璃纤维和抗拉强度大的凯夫拉纤维作为无机纤维，凯夫拉纤维在起“骨架”作用的同时还具有“增韧”作用。将直径为0.08~0.2mm的玻璃纤维和凯芙拉纤维置于丙烯酸乙酯水溶性粘合剂中，使得表层均匀浸润后，将玻璃纤维和凯芙拉纤维等间距铺设于两层蠕虫石墨纸间，相邻纤维间距0.5mm~1.2mm，玻璃纤维和凯芙拉纤维数量比为10:1。

热固工艺依据采用的粘合剂设定，本具体实施中，热固温度为80~120℃，热固时间约60~100s。热固完成后，经两次辊压得到复合石墨纸。

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带。

将复合石墨纸裁切为宽10mm~25mm的复合石墨带，所得复合石墨带表面光滑平整，无纤维裸露出复合石墨带表层。

步骤4，以锌纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得锌芯石墨线。

以直径0.5mm的锌纤维为芯，锌纤维芯数量不多于3根，外层采用单条石墨带通过单向绕线进行捻线，得到锌芯石墨线。

步骤5，以铜纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得铜芯石墨线。

以直径0.5mm的铜纤维为芯，铜纤维芯数量不多于3根，外层采用单条石墨带通过单向绕线进行捻线，得到铜芯石墨线。

步骤6，以31~60根锌芯石墨线和1~30根铜芯石墨线为芯，外层采用复合石墨线双向编织获得阴极保护用石墨复合接地材料；其中复合石墨线由复合石墨带捻制获得。

下面将提供几组实施例以进一步说明本发明。

实施例1

采用的蠕虫石墨原材料含碳量95%，玻璃纤维直径0.15mm，玻璃纤维表层涂覆丙烯酸乙酯粘合剂，经热固、辊压、裁切制备的玻璃纤维复合石墨带宽22mm、厚0.28mm，玻璃纤维复合石墨带表面光滑平整无纤维裸露。选择玻璃纤维石墨带分别对直径0.5mm的铜纤维和锌纤维进行绕线和捻制，得到铜芯石墨线和锌芯石墨线。采用30根铜芯石墨线和31根锌芯石墨线作为内层石墨绳，玻璃纤维复合石墨线作为外层石墨绳，经双向编织获得直径约3.8mm的石墨复合接地材料。

采用四极法微电阻测量方法测试本实施例接地材料，长度为1m的本实施例接地材料样品电阻约0.5mΩ。

实施例2

采用的蠕虫石墨原材料含碳量95%，玻璃纤维直径0.15mm，玻璃纤维表层涂覆丙烯酸乙酯粘合剂，经热固、辊压、裁切制备的玻璃纤维石墨带宽度22mm，厚0.28mm，玻璃纤维复合石墨带表面光滑平整无纤维裸露。选择玻璃纤维石墨带分别对直径0.5mm的铜纤维和锌纤维进行绕线和捻制，得到铜芯石墨线和锌芯石墨线。采用1根铜芯石墨线和60根锌芯石墨线作为内层石墨绳，玻璃纤维石墨线作为外层石墨绳，经双向编织获得直径约3.8mm的石墨复合接地材料。

采用四极法微电阻测量方法测试本实施例接地材料，长度为1m的本实施例接地材料样品电阻约1.3mΩ。

 

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (7)

1.一种阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于，包括：

内芯和采用复合石墨线绕内芯编织获得的复合石墨编织外层，复合石墨线由复合石墨带捻制获得，其中：

内芯由31~60根锌芯石墨线和1~30根铜芯石墨线构成，锌芯石墨线包括锌纤维芯和第一复合石墨外层，第一复合石墨外层采用复合石墨带绕锌纤维芯捻制获得；铜芯石墨线包括铜纤维芯和第二复合石墨外层，第二复合石墨外层采用复合石墨带绕铜纤维芯捻制获得；

复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和铺设于两层蠕虫石墨层间的无机纤维，无机纤维外层包覆有粘合剂层。

2.如权利要求1所述的阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于：

所述的锌芯石墨线中锌纤维芯数量不多于3。

3.如权利要求1所述的阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于：

所述的铜芯石墨线中铜纤维芯数量不多于3。

4.如权利要求1所述的阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于：

所述的复合石墨带中蠕虫石墨层厚度为0.1~1mm。

5.如权利要求1所述的阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于：

所述的复合石墨带中，无机纤维等间距铺设于两层石墨层间，相邻无机纤维间距0.5mm~1.2mm。

6.如权利要求1所述的阴极保护用石墨复合接地材料，其特征在于：

所述的无机骨架纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、凯芙拉纤维和陶瓷纤维中的一种或多种。

7.阴极保护用石墨复合接地材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，对蠕虫石墨进行辊压制成蠕虫石墨纸；

步骤2，将无机纤维表面浸润粘合剂，并铺设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；

步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带；

步骤4，以锌纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得锌芯石墨线；

步骤5，以铜纤维为芯，外层采用复合石墨带进行绕线和捻制，获得铜芯石墨线；

步骤6，以31~60根锌芯石墨线和1~30根铜芯石墨线为芯，外层采用复合石墨线双向编织获得阴极保护用石墨复合接地材料；其中复合石墨线由复合石墨带捻制获得。