CN106946515A - 一种导电水泥接地材料的制备方法 - Google Patents

一种导电水泥接地材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种导电水泥接地材料的制备方法，属于接地材料制备技术领域。本发明通过导电炭黑与聚对苯二甲酸乙二醇酯混合纺丝制备导电纤维，随后将导电纤维掺杂至导电水凝胶中，超声分散后与水泥和水搅拌混合形成浆料，随后静置固化并自然养护即可制备得导电混凝土材料，本发明制备的导电水泥接地材料导电性能优异，电阻强度较同类产品下降了15～20%，且具有良好的力学性能，有效提高材料的使用范围，制备步骤简单，安全绿色无污染。

Description

一种导电水泥接地材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电水泥接地材料的制备方法，属于接地材料制备技术领域。
背景技术
导电混凝土是一种智能化、多功能新型特种功能混凝土，引发了国内外许多学者的关注和研究。大量研究表明，导电混凝土可适用于电磁干扰屏蔽、工业防静电、电力设备接地工程、机场和道路融冰化雪、建筑采暖、大型结构无损检查和微裂纹监测等领域的新型建筑材料，有着广阔的应用前景。目前，导电混凝土技术发展日趋成熟，导电混凝土开始应用于桥梁融冰化雪、电站地网接地等实际工程中。相信导电混凝土的导电特性、温敏特性、电热特性、电磁效应必将被充分利用，为人类的社会发展做出重要贡献。
导电性能和力学性能是评价水泥基导电混凝土的两个重要指标，但是试验中往往难以制备出导电性能和力学性能同时优秀的混凝土。焦炭、炭黑等导电相吸水性强，在制备导电混凝土时，水灰比大大增加，加之自身强度小，所制备的导电混凝土虽然拥有较好的导电性能，但是强度大幅度下降，难以满足工程对力学强度的要求。钢纤维直径大，低掺量下，难以形成导电网络，较高掺量下，工作性能差，且导电混凝土长期的导电性能不稳定。虽然掺加碳纤维制备导电混凝土能够起到一定兼顾的作用，但由于碳纤维长径比大且横切面积小，低掺量下难以形成导电网络，而较高掺量下，碳纤维在水泥基体中分散性差，且会带入较多气泡，影响导电混凝土的强度。所以制备一种即具有优良导电性能，又可兼顾材料强度的导电混凝土材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统导电混凝土接地材料无法兼顾导电性能和材料强度的问题，提供了一种通过制备导电纤维进行掺杂至导电凝胶液中，经导电凝胶液对混凝土材料进行粘合，增强混凝土材料力学强度，同时内部纤维形成的导电网络增强材料导电性能的方法，本发明通过导电炭黑与聚对苯二甲酸乙二醇酯混合纺丝制备导电纤维，随后将导电纤维掺杂至导电水凝胶中，超声分散后与水泥和水搅拌混合形成浆料，随后静置固化并自然养护即可制备得导电混凝土材料，本发明制备的导电水泥接地材料力学性能优异，且具有良好的导电性能，具有广阔的使用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）选取导电炭黑置于球磨罐中，在450～600r/min下球磨3～5h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为15～20MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至8～10mm即可收集得导电纤维；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的导电纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，制备得改性分散液；
（3）按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的改性分散液、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液和12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在200～300W下超声分散10～15min后，再在45～50℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、25～30份上述制备的导电凝胶液、55～60份水泥和1～2份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合3～5min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理1～2min，排除气泡后置于室温下静置20～24h，随后脱模并置于室内自然养护25～30天，即可制备得一种导电水泥接地材料。
本发明制备的导电水泥接地材料干密度为0.85～0.89g/cm3，养护25～30天后，接地材料电阻为25～28Ω，抗压强度为3.5～3.8MPa，抗折强度为1.8～2.5MPa，电阻率为0.22～0.23Ω·cm。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的导电水泥接地材料导电性能优异，电阻强度较同类产品下降了15～20%，且具有良好的力学性能，有效提高材料的使用范围；
（2）本发明制备的导电水泥接地材料制备步骤简单，安全绿色无污染。
具体实施方式
首先选取导电炭黑置于球磨罐中，在450～600r/min下球磨3～5h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为15～20MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至8～10mm即可收集得导电纤维；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的导电纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，制备得改性分散液；按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的改性分散液、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液和12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在200～300W下超声分散10～15min后，再在45～50℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、25～30份上述制备的导电凝胶液、55～60份水泥和1～2份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合3～5min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理1～2min，排除气泡后置于室温下静置20～24h，随后脱模并置于室内自然养护25～30天，即可制备得一种导电水泥接地材料。
实例1
首先选取导电炭黑置于球磨罐中，在450r/min下球磨3h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为15MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至8mm即可收集得导电纤维；按重量份数计，分别称量45份去离子水、5份上述制备的导电纤维、3份聚乙二醇二丙烯酸酯、3份磷酸钠、1份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200W下超声分散10min，制备得改性分散液；按重量份数计，分别称量45份上述制备的改性分散液、5份质量分数10%过硫酸钾溶液和12份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在200W下超声分散10min后，再在45℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；按重量份数计，分别称量45份去离子水、25份上述制备的导电凝胶液、55份水泥和1份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合3min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理1min，排除气泡后置于室温下静置20h，随后脱模并置于室内自然养护25天，即可制备得一种导电水泥接地材料。
实例2
首先选取导电炭黑置于球磨罐中，在520r/min下球磨4h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为17MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至9mm即可收集得导电纤维；按重量份数计，分别称量47份去离子水、8份上述制备的导电纤维、4份聚乙二醇二丙烯酸酯、4份磷酸钠、1份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于250W下超声分散12min，制备得改性分散液；按重量份数计，分别称量47份上述制备的改性分散液、8份质量分数10%过硫酸钾溶液和13份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在250W下超声分散12min后，再在47℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；按重量份数计，分别称量46份去离子水、27份上述制备的导电凝胶液、57份水泥和1份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合4min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理2min，排除气泡后置于室温下静置22h，随后脱模并置于室内自然养护27天，即可制备得一种导电水泥接地材料。
实例3
首先选取导电炭黑置于球磨罐中，在600r/min下球磨5h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为20MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至10mm即可收集得导电纤维；按重量份数计，分别称量50份去离子水、10份上述制备的导电纤维、5份聚乙二醇二丙烯酸酯、5份磷酸钠、2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min，制备得改性分散液；按重量份数计，分别称量50份上述制备的改性分散液、10份质量分数10%过硫酸钾溶液和15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在300W下超声分散15min后，再在50℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；按重量份数计，分别称量50份去离子水、30份上述制备的导电凝胶液、60份水泥和2份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合5min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理2min，排除气泡后置于室温下静置24h，随后脱模并置于室内自然养护30天，即可制备得一种导电水泥接地材料。

Claims (1)

1.一种导电水泥接地材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）选取导电炭黑置于球磨罐中，在450～600r/min下球磨3～5h，过200目筛收集得导电炭黑粉末，随后按质量比1:10，将导电炭黑粉末与聚对苯二甲酸乙二醇酯搅拌混合并置于双螺杆复合纺丝机中，控制纺丝机一区温度为260℃、二区温度为285℃、三区温度为285℃、纺丝温度为290℃，同时调整纺丝压力为15～20MPa，待卷绕后经牵伸收集得牵伸丝，静置冷却至室温后，将其剪切至8～10mm即可收集得导电纤维；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的导电纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，制备得改性分散液；
（3）按重量份数计，分别称量45～50份上述制备的改性分散液、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液和12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液置于烧杯中，在200～300W下超声分散10～15min后，再在45～50℃下旋转蒸发至原体积的1/3，制备得导电凝胶液；
（4）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、25～30份上述制备的导电凝胶液、55～60份水泥和1～2份2000HCJA型聚羧酸减水剂置于搅拌机中，在搅拌机中搅拌混合3～5min后，出料并注入模具中，随后将模具置于振动台上振荡处理1～2min，排除气泡后置于室温下静置20～24h，随后脱模并置于室内自然养护25～30天，即可制备得一种导电水泥接地材料。
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