CN106684582A - 碳纤维石墨柔性接地体及其制备方法 - Google Patents

碳纤维石墨柔性接地体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维石墨柔性接地体及其制备方法，该碳纤维石墨柔性接地体由多股的碳纤维石墨线编织制成绳缆状，每根所述碳纤维石墨线内均布有碳纤维。其制备方法包括膨化、气料分离、铺设底层石墨膜、铺设纤维和表层石墨、收卷、捻线、编织、烧失、塑形，该方法制备的碳纤维石墨柔性接地体，碳纤维和石墨共同组成的编织线相互交叉，柔软多孔状结构，具有良好的导电性，耐腐蚀特点。根据编织工艺和模具不同可制成多种形态。

Description

碳纤维石墨柔性接地体及其制备方法
技术领域
本发明属于非金属防雷接地技术领域，具体涉及一种碳纤维石墨柔性接地体及其制备方法。
背景技术
市场主流防雷接地体使用材料包括碳钢，镀锌钢，铜包钢，不锈钢，铜等多种金属材质。其中碳钢，镀锌钢导电性能好，造价低，易于安装，市场广泛应用。但是碳钢、镀锌钢深埋地下一般寿命只有5~6年，很容受受到土壤的酸碱腐蚀，失去防护能力。铁塔或变电站被雷击中后，会造成设备损坏和电力故障。
采用的铜包钢材料使用年限主要取决于镀铜的厚薄，造价高，实际效果一般。不锈钢接地体造价高，而且不耐盐碱环境，市场上很少使用。铜制接地体在欧美国家广泛使用，各方面性能优异。但是铜属于国家战略资源，价格昂贵，如果用于户外防雷，很容易被盗。市场上也存在着一些非金属或者金属与非金属混合制作柔性石墨类编织防雷接地体。但是这些接地体也都存在着这样或那样的缺点如下。金属丝石墨复合编织接地体，通常采用304不锈金属丝或钢绞线等办法提高结构强度问题，但是金属丝在盐碱地或者酸性土壤工况下容易受到化学腐蚀。同时石墨和金属丝两种材质之间存在着电化学反应，会进一步加快金属丝腐蚀，造成结构破坏，使其失去强度，实际寿命短。玻纤石墨复合编织接地体，采用玻璃纤维纱线代替金属丝，解决了金属丝容易被腐蚀的问题。但是玻璃纤维不具有导电性，熔点低，在模拟雷电多次连续大电流冲击下，玻璃纤维纱线会被熔化成微小的玻璃珠，接地体因而变成一团松散的石墨，此类产品可靠性差。
授权公告日2014.09.03授权公告号CN203813042U公开了一种基干改性石墨的防雷接地体，包括接地体本体：所述接地体本体断面由内至外依次为不锈钢绞线、柔性石墨导电层和纤维素胶液防护膜，在所述接地体本体两端分别设置有金属连接头。所述金属连接头包括与接地体本体相连接的电缆箍套，和设置在所述电缆箍套外部的连接板，在所述连接板上开设有双螺孔。不锈钢绞线也存在盐碱地或者酸性土壤工况下容易受到化学腐蚀，且石墨和金属丝两种材质之间存在着电化学反应，会进一步加快金属丝腐蚀，造成结构破坏，使其失去强度，实际寿命短。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种碳纤维石墨柔性接地体，该产品绳缆状，柔软多孔，可塑性很强，具有良好的导电性，耐腐蚀特点。
本发明的另一目的提供一种碳纤维石墨柔性接地体的制备方法。
该碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：由多股的碳纤维石墨线编织成绳缆状的接地本体，每股所述碳纤维石墨线内均布有碳纤维，所述碳纤维石墨线由碳纤维石墨复合膜的窄条捻制成线，所述碳纤维石墨复合膜由膨胀石墨和碳纤维复合制成。
所述接地本体的中心设有金属丝或碳纤维。
所述接地本体的表面设有金属丝或碳纤维。
所述接地本体的两端设有连接件。
所述接地本体的截面形状为圆形、方形、环形或扁形。
该碳纤维石墨柔性接地体的制备方法，其特征在于按下述步骤制备：
（1）、膨化：将32～80目的可膨胀石墨在800~1000°高温下瞬间膨化170～220倍，成蠕虫状石墨；
（2）、气料分离：将膨化后的石墨蠕虫气料分离，收集，蠕虫长度0.5～1cm；
（3）、铺设底层石墨膜：将收集的石墨蠕虫均匀铺装，并进行压延，制成厚度在0.2～0.5mm之间，密度为0.5～0.7g/cm3的海绵状石墨膜；
（4）、铺设纤维：将碳纤维和棉纱同时通过放线架平行导引至石墨膜上表面，并由胶水涂布装置在碳纤维和棉纱上涂胶；
（5）、铺设表层石墨：将石墨蠕虫均匀铺设到纤维和底层石墨膜上，通过抹平和压辊再次压延，制成碳纤维棉纱石墨复合膜；
（6）、收卷：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜两边切割整齐，再由收卷机构将碳纤维棉纱石墨复合膜收卷；
（7）、切割：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜分切成宽度均匀的窄条；
（8）、捻线：将碳纤维棉纱石墨复合膜窄条加捻，形成柔性石墨包裹碳纤维、棉纱的编织线；
（9）、编织：将多股编织线编织制成绳缆，在编织过程中绳缆中心和外表层均为编织线；
（10）、烧失：将制成的接地体放入烘箱内，在280℃温度下烧制1.5小时，将绳缆内的棉纱和胶水烧失掉；
（11）、塑形：将烧失过的接地体通过模具再次塑形。
所述步骤（9）中中心填充的编织线为碳纤维或金属丝。
所述步骤（9）中表层的编织线为碳纤维或金属丝。
采用上述技术方案的有益效果：该碳纤维石墨柔性接地体是由石墨和碳纤维两种材质编织而成，质地柔软，其中石墨具有良好的导电，耐腐蚀；碳纤维具有熔点高，耐腐蚀性和导电性等特点。将2种材质通过复合、捻线、编织的方法制成接地体状形态。该产品充分结合了石墨，碳纤维的优点。既可以承受单次大电流冲击，又由于碳纤维熔点极高，可达3500℃，在多次大电流冲击下碳纤维也不会熔化失去结构强度，同时两种材料之间不发生电化学反应，也不与酸碱盐发生化学反应，耐腐蚀性极强。在制备过程中本产品通过烧失步骤，将半成品中的棉纱和胶水烧失掉，形成由碳纤维和石墨组成的纯碳结构，增强了导电性。与现有技术相比，该碳纤维石墨柔性接地体，柔软多孔，具有很好的吸水性，与土壤亲和力强，导电性能好，耐腐蚀，便于野外操作携带，易于施工安装，使用寿命长，免维护等特点。可承受连续多次雷击或者连续多次大电流冲击，可广泛应用于防雷接地网的铺设，保护电网、电器的安全。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。
图1本发明的结构示意图；
图2为图1的剖面图；
图3为本发明编织线制备工艺示意图；
图4为接地体的剖面结构示意图；
图5为中心为碳纤维芯的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示的一种碳纤维石墨柔性接地体，由多股的碳纤维石墨线编织成绳缆状的接地本体，每股所述碳纤维石墨线内均布有碳纤维2，所述碳纤维石墨线由碳纤维石墨复合膜的窄条捻制成线，所述碳纤维石墨复合膜由膨胀石墨1和碳纤维复合制成。所述膨胀石墨1为石墨蠕虫。所述接地本体的中心设有金属丝或碳纤维4。所述接地本体的表面设有金属丝或碳纤维。所述接地本体的两端设有连接件3。所述接地本体的截面形状为圆形、方形4a、环形或扁形4b。
如图3所示，该碳纤维石墨柔性接地体的制备方法，其特征在于按下述步骤制备：
（1）、膨化：将32～80目的可膨胀石墨在800~1000°高温下瞬间膨化170～220倍，成蠕虫状石墨；
（2）、气料分离：将膨化后的石墨蠕虫由气体气料分离，将膨化后的石墨蠕虫收集，蠕虫长度0.5～1cm；
（3）、铺设底层石墨膜：将收集的石墨蠕虫均匀铺装，并进行压延，制成厚度在0.2～0.5mm之间，密度为0.5～0.7g/cm3的海绵状石墨膜；
（4）、铺设纤维：将碳纤维和棉纱同时通过放线架平行导引至石墨膜上表面，并由胶水涂布装置在碳纤维和棉纱上涂胶；
（5）、铺设表层石墨：将石墨蠕虫均匀铺设到纤维和底层石墨膜上，通过抹平和压辊再次压延，制成碳纤维棉纱石墨复合膜；
（6）、收卷：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜两边切割整齐，再由收卷机构将碳纤维棉纱石墨复合膜收卷；
（7）、切割：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜分切成宽度均匀的窄条；
（8）、捻线：将碳纤维棉纱石墨复合膜窄条加捻，形成柔性石墨包裹碳纤维、棉纱的编织线；
（9）、编织：将多股编织线编织制成绳缆，在编织过程中绳缆中心和外表层均为编织线；
（10）、烧失：将制成的接地体放入烘箱内，在280℃温度下烧制1.5小时，将接地体内的棉纱和胶水烧失掉；
（11）、塑形：将烧失过的接地体通过模具再次塑形。
所述步骤（9）中，中心填充的编织线为碳纤维或金属丝。
所述步骤（9）中，表层的编织线为碳纤维或金属丝。
该方法制备的碳纤维石墨柔性接地体，碳纤维交叉形成内骨架，柔软多孔，可塑性很强，具有良好的导电性，耐腐蚀特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：由多股的碳纤维石墨线编织成绳缆状的接地本体，每股所述碳纤维石墨线内均布有碳纤维，所述碳纤维石墨线由碳纤维石墨复合膜的窄条捻制成线，所述碳纤维石墨复合膜由膨胀石墨和碳纤维复合制成。
2.如权利要求1所述的碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：所述接地本体的中心设有金属丝或碳纤维。
3.如权利要求1所述的碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：所述接地本体的表面设有金属丝或碳纤维。
4.如权利要求1所述的碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：所述接地本体的两端设有连接件。
5.如权利要求1所述的碳纤维石墨柔性接地体，其特征在于：所述接地本体的截面形状为圆形、方形、环形或扁形。
6.如权利要求1所述的碳纤维石墨柔性接地体的制备方法，其特征在于按下述步骤制备：
（1）、膨化：将32～80目的可膨胀石墨在800~1000°高温下瞬间膨化170～220倍，成蠕虫状石墨；
（2）、气料分离：将膨化后的石墨蠕虫气料分离，收集，蠕虫长度0.5～1cm；
（3）、铺设底层石墨膜：将收集的石墨蠕虫均匀铺装，并进行压延，制成厚度在0.2～0.5mm之间，密度为0.5～0.7g/cm3的海绵状石墨膜；
（4）、铺设纤维：将碳纤维和棉纱同时通过放线架平行导引至石墨膜上表面，并由胶水涂布装置在碳纤维和棉纱上涂胶；
（5）、铺设表层石墨：将石墨蠕虫均匀铺设到纤维和底层石墨膜上，通过抹平和压辊再次压延，制成碳纤维棉纱石墨复合膜；
（6）、收卷：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜两边切割整齐，再由收卷机构将碳纤维棉纱石墨复合膜收卷；
（7）、切割：通过刀具将碳纤维棉纱石墨复合膜分切成宽度均匀的窄条；
（8）、捻线：将碳纤维棉纱石墨复合膜窄条加捻，形成柔性石墨包裹碳纤维、棉纱的编织线；
（9）、编织：将多股编织线编织制成绳缆，在编织过程中绳缆中心和外表层均为编织线；
（10）、烧失：将制成的接地体放入烘箱内，在280℃温度下烧制1.5小时，将绳缆内的棉纱和胶水烧失掉；
（11）、塑形：将烧失过的接地体通过模具再次塑形。
7.如权利要求6所述的碳纤维石墨柔性接地体的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中中心填充的编织线为碳纤维或金属丝。
8.如权利要求6所述的碳纤维石墨柔性接地体的制备方法，其特征在于：所述步骤（9）中表层的编织线为碳纤维或金属丝。
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