CN106967438A - 一种防雷降阻接地模块材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于炭材料技术领域，具体涉及一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，所述防雷降阻接地模块的原料包括煅后石油焦、特种石墨粉、离子缓释剂和中温沥青，其制备方法包括混捏、成型、焙烧和机加工；所述混捏分为干混和湿混，所述干混是指将特种石墨粉、煅后石油焦和离子缓释剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为60‑70分钟，干混的温度135‑145℃，干混后的材料为干料；所述湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的煅后石油焦中进行混捏，湿混的温度为145‑155℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75‑85%，第一次湿混的时间为20‑25分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15‑25%，第二次湿混的时间为25‑30分钟；混捏后得到糊料。
Description
技术领域
本发明属于炭材料技术领域，具体涉及一种防雷降阻接地模块材料的制备方法。
背景技术
在电力工程建设维护等作业中，为了避免遭受雷电袭击，保证作业人员与设备安全，通常设接地装置，保护正常工作。以往的接地设施大多以化学试剂、金属材料等为主，其既不环保又不安全，且安装成本高，使用寿命短，人为破坏严重等缺点。
随着电力业的不断发展，许多新材料、新工艺应用在电力发展中，接地模块也在逐步向着安全、环保、使用寿命长等方向发展。
炭材料作为非金属冶金导电材料的一种，其具有高体密、电阻率低、导电性能好、抗氧化、耐腐蚀、环保等特点，尤其是利用其导电性好、电阻长期稳定和耐腐蚀等特性直接服务于电力发展事业接地模块材料中。
我国多项专利采用了石墨作为接地极，但由于原料及工艺的原因，导致其导电性受季节影响；在制备过程中，需要对原料进行混捏，混捏的糊料成团状，流动性差，导致成型的生坯体积密度不够；在缩聚反应的过程中焙烧品收缩时容易产生裂纹，影响产品的质量和导电性能。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，该模块不受季节影响，生坯及焙烧品的组织结构致密性高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，所述防雷降阻接地模块的原料包括煅后石油焦、特种石墨粉、离子缓释剂和中温沥青，其制备方法包括混捏、成型、焙烧和机加工；
所述混捏分为干混和湿混，所述干混是指将特种石墨粉、煅后石油焦和离子缓释剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为60-70分钟，干混的温度135-145℃，干混后的材料为干料；
所述湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的煅后石油焦中进行混捏，湿混的温度为145-155℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75-85%，第一次湿混的时间为20-25分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15-25%，第二次湿混的时间为25-30分钟；混捏后得到糊料。
所述干料和中温沥青的重量比为68:32-75:25，优选为72-70:28-30。
所述煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；所述特种石墨粉优选为粒度为30-50μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%。
所述离子缓释剂的密度0.96-1.00g/cm3，电阻率0.75-0.85Ω·m，PH值8.0-9.0，冲击电流耐受3.5-5.0%。
所述中温煤沥青的软化点为84-88℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%。
所述煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15～20wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 20～25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15～20wt%；
0<粒径<0.10mm 45～50wt%。
所述煅后石油焦的粒径范围与含量优选为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 45wt%。
所述成型为振动成型，成型后的生坯的体积密度达到1.67-1.72g/cm3。
所述焙烧的升温曲线为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
制备得到的防雷降阻接地模块材料的电阻率≤35μΩ·m，体积密度1.65-1.68g/cm3。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
采用非金属导电材料特种石墨粉与离子缓释剂作为模块的导电介质，其导电性不受季节影响。耐大工频和冲击电流冲击，电阻稳定。耐腐蚀、无毒环保、使用寿命长、安装简便、成本低。采用的制备方法提高了石墨化工序工艺，进行深度石墨化，其次是制备较为简单，利于大批量生产，原材料为市场广泛材料，成本低。利用特种石墨粉制备的接地模块材料结构稳定，理化性能强、安全性能好，使用寿命长。
以特种石墨粉为防雷降阻接地模块材料的主要材料，其具有非常好的理化性能指标，本发明通过对原料、配料、以及制备工艺进行了改进，本发明所制得的防雷降阻接地模块材料的电阻率≤35μΩ·m，体积密度1.65-1.68g/cm3。其电阻率来说可以在一些领域完全替代其它防雷降阻接地模块材料。
具体实施方式
在原料选择方面，以煅后石油焦为骨料、特种石墨粉为粉料、离子缓释剂为添加剂、中温煤沥青为粘结剂，骨料煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特种石墨粉优选为粒度为30-50μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%；添加剂离子缓释剂的密度0.96-1.00g/cm3，电阻率0.75-0.85Ω·m，PH值8.0-9.0，冲击电流耐受3.5-5.0%；粘结剂中温煤沥青的软化点为84-88℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%；有利于得到体积密度较高的焙烧品，有利于提高产品合格率,其最终产品的理化指才能充分得到满足。
煅后石油焦按0.80mm<粒径≤0.55mm的重量占总量的15wt%；0.55mm<粒径≤0.35mm的重量占总量的25wt%；0.35mm<粒径≤0.10mm的重量占总量的15wt%；0<粒径<0.10mm的重量占总量的45wt%进行配料，这时，不同粒径的骨料颗粒堆积较为紧密，石墨品的体积密度、气孔率、机械强度和热膨胀系数可达到一个非常好的平衡，所制备石墨制品的体积密度大、气孔率小、热膨胀系数小。
本发明采用的是振动成型方式，振动成型所需要的糊料要求基本上不呈团状，也就是粘结剂用量要求，故湿混将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏，湿混的温度为145-155℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75-85%，第一次湿混的时间为20-25分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15-25%，第二次湿混的时间为25-30分钟。倒入成型模具中糊料呈散料状，流动性好，一边加料一边振动，糊料就不断地密实，加上气缸外力作用，以2500-3000次/min的振动频率对模具激振后制品得以成型。成型后的生坯的体积密度达到1.65-1.70g/cm3。
焙烧的目的是将粘结剂沥青炭化，排除挥发分，使制品中的粘结剂焦化，提高制品的导电性能，固定制品形状。最高温度达到850-1150℃，在升温区150-350℃时每小时升温1.3-1.7℃，此阶段为生坯吸收热量来熔化制品中的沥青。同时，焦炭孔隙中的煤沥青因毛细管作用而重新分布，部分沥青转移。在350-550℃时焙烧品中缩聚反应增强，大量排除挥发发，焦炭开始形成，每小时升温1.2-1.4℃，有利于提高粘结剂的结焦率，半焦化转变为焦化；在550-850℃时，缩聚反应继续发生，制品进一步焦化，每小时升温1.4-1.6℃；以此升温速率进行升温，有利于提高焙烧品的体积密度和强度，并避免缩聚反应的过程中焙烧品在收缩时产生裂纹；在850-1150℃时，每小时升温2.2-2.9℃，以较快升温速率进行升温，焙烧品的组织结构进一步致密化。
机械加工是将焙烧后的材料通过机械销铣磨等作业，加工成所需的形状。
实施例1
煅后石油焦为骨料、特种石墨粉为粉料、离子缓释剂为添加剂、中温煤沥青为粘结剂。
骨料煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特种石墨粉优选为粒度为30μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%；添加剂离子缓释剂的密度0.96g/cm3，电阻率0.75Ω·m，PH值8.0，冲击电流耐受3.5%；粘结剂中温煤沥青的软化点为84℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%；
煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 20wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 50wt%；
制备方法如下：
骨料的破碎、筛分、配料、混捏、振动成型、焙烧、机械加工得到的产品。
混捏分为干混和湿混，干混即干料是将特种石墨粉、骨料和添加剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为60分钟，干混的温度145℃；干混后的材料为干料。
干料和中温沥青的重量比为68:32。
湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏，湿混的温度为145℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75%，第一次湿混的时间为25分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的25%，第二次湿混的时间为30分钟。混捏结束后的材料称之为糊料；并经过轧片机进行轧片。
焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
实施例2
煅后石油焦为骨料、特种石墨粉为粉料、离子缓释剂为添加剂、中温煤沥青为粘结剂。
骨料煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特种石墨粉优选为粒度为40μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%；添加剂离子缓释剂的密度0.98g/cm3，电阻率0.8Ω·m，PH值8.5，冲击电流耐受4.0%；粘结剂中温煤沥青的软化点为86℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%；
煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 45wt%；
制备方法如下：
骨料的破碎、筛分、配料、混捏、振动成型、焙烧、机械加工得到的产品。
混捏分为干混和湿混，干混即干料是将特种石墨粉、骨料和添加剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为65分钟，干混的温度140℃；干混后的材料为干料。
干料和中温沥青的重量比为72:28。
湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏，湿混的温度为150℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的80%，第一次湿混的时间为24分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的20%，第二次湿混的时间为26分钟。混捏结束后的材料称之为糊料；并经过轧片机进行轧片。
焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
实施例3
煅后石油焦为骨料、特种石墨粉为粉料、离子缓释剂为添加剂、中温煤沥青为粘结剂。
骨料煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特种石墨粉优选为粒度为40μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%；添加剂离子缓释剂的密度0.98g/cm3，电阻率0.8Ω·m，PH值8.5，冲击电流耐受4.0%；粘结剂中温煤沥青的软化点为86℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%；
煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 45wt%；
制备方法如下：
骨料的破碎、筛分、配料、混捏、振动成型、焙烧、机械加工得到的产品。
混捏分为干混和湿混，干混即干料是将特种石墨粉、骨料和添加剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为65分钟，干混的温度140℃；干混后的材料为干料。
干料和中温沥青的重量比为70:30。
湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏，湿混的温度为150℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的85%，第一次湿混的时间为23分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15%，第二次湿混的时间为27分钟。混捏结束后的材料称之为糊料；并经过轧片机进行轧片。
焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
实施例4
煅后石油焦为骨料、特种石墨粉为粉料、离子缓释剂为添加剂、中温煤沥青为粘结剂。
骨料煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特种石墨粉优选为粒度为50μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%；添加剂离子缓释剂的密度1.00g/cm3，电阻率0.85Ω·m，PH值9.0，冲击电流耐受5.0%；粘结剂中温煤沥青的软化点为88℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%；
煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 20wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 20wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 45wt%；
制备方法如下：
骨料的破碎、筛分、配料、混捏、振动成型、焙烧、机械加工得到的产品。
混捏分为干混和湿混，干混即干料是将特种石墨粉、骨料和添加剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为70分钟，干混的温度135℃；干混后的材料为干料。
干料和中温沥青的重量比为75:25。
湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的骨料中进行混捏，湿混的温度为155℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75%，第一次湿混的时间为20分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的25%，第二次湿混的时间为30分钟。混捏结束后的材料称之为糊料；并经过轧片机进行轧片。
焙烧为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
Claims (10)
1.一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述防雷降阻接地模块的原料包括煅后石油焦、特种石墨粉、离子缓释剂和中温沥青，其制备方法包括混捏、成型、焙烧和机加工；
所述混捏分为干混和湿混，所述干混是指将特种石墨粉、煅后石油焦和离子缓释剂分别加入混捏锅中进行混捏，干混的时间为60-70分钟，干混的温度135-145℃，干混后的材料为干料；
所述湿混是将中温煤沥青分两次加入到干混后的煅后石油焦中进行混捏，湿混的温度为145-155℃，第一次加入的中温煤沥青的重量为总的中温煤沥青的75-85%，第一次湿混的时间为20-25分钟，第二次加入的中温煤沥青的重量为总的中温沥青的15-25%，第二次湿混的时间为25-30分钟；混捏后得到糊料。
2.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述干料和中温沥青的重量比为68:32-75:25，优选为72-70:28-30。
3.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述煅后石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；所述特种石墨粉粒度为30-50μm，电阻率≤8.0μΩm，抗折强度≥22Mpa，抗压强度≥32Mpa，灰分≤0.25%。
4.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述离子缓释剂的密度0.96-1.00g/cm3，电阻率0.75-0.85Ω·m，PH值8.0-9.0，冲击电流耐受3.5-5.0%。
5.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述中温煤沥青的软化点为84-88℃，结焦值为≥50%,灰分≤0.35%。
6.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述煅后石油焦的粒径范围与含量为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15～20wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 20～25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15～20wt%；
0<粒径<0.10mm 45～50wt%。
7.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述煅后石油焦的粒径范围与含量优选为：
0.80mm<粒径≤0.55mm 15wt%；
0.55mm<粒径≤0.35mm 25wt%；
0.35mm<粒径≤0.10mm 15wt%；
0<粒径<0.10mm 45wt%。
8.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述成型为振动成型，成型后生坯的体积密度达到1.67-1.72g/cm3。
9.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：所述焙烧的升温曲线为：在150-350℃时，升温速率为1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃时，升温速率为1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃时，升温速率为1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃时，升温速率为2.2-2.9℃/ｈ。
10.根据权利要求1所述的一种防雷降阻接地模块材料的制备方法，其特征在于：制备得到的防雷降阻接地模块材料的电阻率≤35μΩ·m，体积密度1.65-1.68g/cm3。
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