CN109066262A - 石墨烯改性柔性非金属导电接地体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
石墨烯改性柔性非金属导电接地体的制备方法，步骤(1)混合原料；步骤(2)制备石墨线；步骤(3)制备石墨烯乳液；步骤(4)浸渍；步骤(5)干燥烘干；步骤(6)滚压预成型；步骤(7)高温处理；步骤(8)辊压成型加工；步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10‑5。本发明引入石墨烯为改性剂，有效地提高了非金属材料的导电性能，其体积电阻率由石墨模块的0.56Ω/m，柔性非金属导电材料的0.022Ω/m，降低到4.43×10‑5Ω/m；具有极强的耐腐蚀性能，特别是耐盐类的晶间腐蚀性能；具有负的温度电阻率性能。
Description
技术领域
本发明涉及碳材料技术领域，尤其是石墨烯改性柔性非金属导电接地体。
背景技术
接地装置是电力、电器、计算机系统、通讯系统以及其它一些领域不可缺少的一种保护和防护的重要设施。接地系统中一般情况下接地装置中的接地体材料多数采用钢铁材料，极小一部分采用铜材,接地体材料埋设在土壤中，极容易和土壤中的活性粒子发生反应，致使接地体材料发生腐蚀，一般情况下，钢铁材料的接地体使用寿命在5-8年，在腐蚀环境苛刻条件下使用寿命为3-5年。因此,选择一种耐腐蚀，体积电阻率低,性价比高的材料作为接地体材料是一种首选方案，目前在接地装置中应用的具有耐腐蚀性能较好的材料有金属铜材、石墨材料(石墨模块和石墨绳)以及柔性金属-非金属复合导电材料等。接地装置的接地体材料的腐蚀问题一直以来是困扰接地装置的一个难题。
石墨接地模块虽然耐腐蚀性能优越，但是由于石墨模块是一种脆硬的材料，不能再接地体中单独使用，必须依托金属材料为主接地体，石墨模块为辅助接地体，石墨模块与金属连接结构出还存在接地体腐蚀的问题。而石墨绳由于采用柔性石墨纸成石墨石墨县后编制成石墨绳，石墨绳结构较松散，埋在土壤中会逐渐失去强度因此接地装置的使用寿命较短。
柔性非金属导电材料由于其体积电阻率问题和强度问题因此只能做成金属-非金属复合接地体，将金属材料包裹在柔性非金属导电材料的外面，构成复合接地体材料。
发明内容
本发明提供一种能够单独接地，使用寿命长，具有很好的柔韧性，提高了导电性能的石墨烯改性柔性非金属导电接地体。
本发明的具体制备步骤如下：
步骤(1)混合原料：取质量份为3份的可膨胀石墨和质量份为1份的蠕虫石墨，放置在强力捏合器中混合；
步骤(2)制备石墨线：将步骤(1)中的混合物平铺在碳纤维玻璃纤维的上表面和下表面，步骤(1)中的混合物和碳纤维玻璃纤维的质量比为3:1，带有平铺后的混合物的碳纤维玻璃纤维，经过滚压，滚压成片状物，片状物的厚度为1mm，宽度为2mm，把片状物切割成线状，切割后通过圆笼编织机编织成柔性矩形带状；
步骤(3)制备石墨烯乳液：取石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水，石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水的质量比为0.1-0.4：000.1-0.025：0.05-1.5：0.05-0.15：0.005-0.02：0.45-0.7，经过高速分散器的分散，高速分散器的速度是3000分钟/转-10000分钟/转，分散后制成石墨烯乳液，石墨烯乳液放置在石墨烯乳液容器中；
步骤(4)浸渍：将步骤(2)中编制好的柔性石墨矩形编织带，缠绕在辊筒上，在辊筒的带动下，柔性石墨矩形编织带以50毫米/分钟-1500毫米/分钟的速度，通过石墨烯乳液容器，进行浸渍；
步骤(5)干燥烘干：将经过浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编制带在30℃-80℃的温度下，进行烘干处理，烘干时间为20min-40min；
步骤(6)滚压预成型：将经过干燥处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在压力辊中，进行滚压预成型，滚压速度为0.1m/min-1m/min；
步骤(7)高温处理：将预成型的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在120度的温度下，进行高温整理处理；
步骤(8)辊压成型加工：将经过预成型和高温处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带，在压力辊中进行滚压成型加工，成型滚压使得速度为0.1m/min-1m/min；
步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10-5。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、采用石墨烯改性的柔性非金属导电材料，由于引入了石墨烯为改性剂，有效地提高了非金属材料的导电性能，其体积电阻率由石墨模块的0.56Ω/m，柔性非金属导电材料的0.022Ω/m，降低到4.43×10-5Ω/m；
2、石墨烯改性的柔性非金属导电材料具有极强的耐腐蚀性能，特别是耐盐类的晶间腐蚀性能；
3、由于采用了石墨烯为改性剂，因此材料具有石墨烯的一些功能和特性，特别的是石墨烯改性的柔性非金属导电材料具有负的温度电阻率性能(温度升高，体积电阻率下降)。
具体实施方式
实施例1：
本发明的具体制备步骤如下：
步骤(1)混合原料：取质量份为3份的可膨胀石墨和质量份为1份的蠕虫石墨，放置在强力捏合器中混合；
步骤(2)制备石墨线：将步骤(1)中的混合物平铺在碳纤维玻璃纤维的上表面和下表面，步骤(1)中的混合物和碳纤维玻璃纤维的质量比为3:1，带有平铺后的混合物的碳纤维玻璃纤维，经过滚压，滚压成片状物，片状物的厚度为1mm，宽度为2mm，把片状物切割成线状，切割后通过圆笼编织机编织成柔性矩形带状；
步骤(3)制备石墨烯乳液：取石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水，石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水的质量比为0.1：000.1：0.05：0.05：0.005：0.45，经过高速分散器的分散，高速分散器的速度是3000分钟/转，分散后制成石墨烯乳液，石墨烯乳液放置在石墨烯乳液容器中；
步骤(4)浸渍：将步骤(2)中编制好的柔性石墨矩形编织带，缠绕在辊筒上，在辊筒的带动下，柔性石墨矩形编织带以50毫米/分钟的速度，通过石墨烯乳液容器，进行浸渍；
步骤(5)干燥烘干：将经过浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编制带在30℃的温度下，进行烘干处理，烘干时间为20min；
步骤(6)滚压预成型：将经过干燥处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在压力辊中，进行滚压预成型，滚压速度为0.1m/min；
步骤(7)高温处理：将预成型的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在120度的温度下，进行高温整理处理；
步骤(8)辊压成型加工：将经过预成型和高温处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带，在压力辊中进行滚压成型加工，成型滚压使得速度为0.1m/min；
步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10-5。
实施例2：
本发明的具体制备步骤如下：
步骤(1)混合原料：取质量份为3份的可膨胀石墨和质量份为1份的蠕虫石墨，放置在强力捏合器中混合；
步骤(2)制备石墨线：将步骤(1)中的混合物平铺在碳纤维玻璃纤维的上表面和下表面，步骤(1)中的混合物和碳纤维玻璃纤维的质量比为3:1，带有平铺后的混合物的碳纤维玻璃纤维，经过滚压，滚压成片状物，片状物的厚度为1mm，宽度为2mm，把片状物切割成线状，切割后通过圆笼编织机编织成柔性矩形带状；
步骤(3)制备石墨烯乳液：取石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水，石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水的质量比为0.4：0.025：1.5：0.15：0.02：0.7，经过高速分散器的分散，高速分散器的速度是10000分钟/转，分散后制成石墨烯乳液，石墨烯乳液放置在石墨烯乳液容器中；
步骤(4)浸渍：将步骤(2)中编制好的柔性石墨矩形编织带，缠绕在辊筒上，在辊筒的带动下，柔性石墨矩形编织带以1500毫米/分钟的速度，通过石墨烯乳液容器，进行浸渍；
步骤(5)干燥烘干：将经过浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编制带在80℃的温度下，进行烘干处理，烘干时间为40min；
步骤(6)滚压预成型：将经过干燥处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在压力辊中，进行滚压预成型，滚压速度为1m/min；
步骤(7)高温处理：将预成型的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在120度的温度下，进行高温整理处理；
步骤(8)辊压成型加工：将经过预成型和高温处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带，在压力辊中进行滚压成型加工，成型滚压使得速度为1m/min；
步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10-5。
实施例3：
本发明的具体制备步骤如下：
步骤(1)混合原料：取质量份为3份的可膨胀石墨和质量份为1份的蠕虫石墨，放置在强力捏合器中混合；
步骤(2)制备石墨线：将步骤(1)中的混合物平铺在碳纤维玻璃纤维的上表面和下表面，步骤(1)中的混合物和碳纤维玻璃纤维的质量比为3:1，带有平铺后的混合物的碳纤维玻璃纤维，经过滚压，滚压成片状物，片状物的厚度为1mm，宽度为2mm，把片状物切割成线状，切割后通过圆笼编织机编织成柔性矩形带状；
步骤(3)制备石墨烯乳液：取石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水，石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水的质量比为0.3：0.02：1.2：0.12：0.01：0.6，经过高速分散器的分散，高速分散器的速度是7000分钟/转，分散后制成石墨烯乳液，石墨烯乳液放置在石墨烯乳液容器中；
步骤(4)浸渍：将步骤(2)中编制好的柔性石墨矩形编织带，缠绕在辊筒上，在辊筒的带动下，柔性石墨矩形编织带以1000毫米/分钟的速度，通过石墨烯乳液容器，进行浸渍；
步骤(5)干燥烘干：将经过浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编制带在50℃的温度下，进行烘干处理，烘干时间为30min；
步骤(6)滚压预成型：将经过干燥处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在压力辊中，进行滚压预成型，滚压速度为0.8m/min；
步骤(7)高温处理：将预成型的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在120度的温度下，进行高温整理处理；
步骤(8)辊压成型加工：将经过预成型和高温处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带，在压力辊中进行滚压成型加工，成型滚压使得速度为0.7m/min；
步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10-5。
检验测试：将同等长度的石墨烯改性柔性非金属导电材料、扁铜、镀锌扁钢以及铜包钢埋在同等土壤中，经过检测，石墨烯改性柔性非金属导电材料的接地电阻，比扁铜低21％，比镀锌扁钢低42％，比铜包钢低28％。
Claims (1)
1.石墨烯改性柔性非金属导电接地体的制备方法，其特征在于：本发明的具体制备步骤如下：
步骤(1)混合原料：取质量份为3份的可膨胀石墨和质量份为1份的蠕虫石墨，放置在强力捏合器中混合；
步骤(2)制备石墨线：将步骤(1)中的混合物平铺在碳纤维玻璃纤维的上表面和下表面，步骤(1)中的混合物和碳纤维玻璃纤维的质量比为3:1，带有平铺后的混合物的碳纤维玻璃纤维，经过滚压，滚压成片状物，片状物的厚度为1mm，宽度为2mm，把片状物切割成线状，切割后通过圆笼编织机编织成柔性矩形带状；
步骤(3)制备石墨烯乳液：取石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水，石墨烯粉末、分散剂、乳液稳定剂、粘接剂、偶连剂、去离子水的质量比为0.1-0.4：000.1-0.025：0.05-1.5：0.05-0.15：0.005-0.02：0.45-0.7，经过高速分散器的分散，高速分散器的速度是3000分钟/转-10000分钟/转，分散后制成石墨烯乳液，石墨烯乳液放置在石墨烯乳液容器中；
步骤(4)浸渍：将步骤(2)中编制好的柔性石墨矩形编织带，缠绕在辊筒上，在辊筒的带动下，柔性石墨矩形编织带以50毫米/分钟-1500毫米/分钟的速度，通过石墨烯乳液容器，进行浸渍；
步骤(5)干燥烘干：将经过浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编制带在30℃-80℃的温度下，进行烘干处理，烘干时间为20min-40min；
步骤(6)滚压预成型：将经过干燥处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在压力辊中，进行滚压预成型，滚压速度为0.1m/min-1m/min；
步骤(7)高温处理：将预成型的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带在120度的温度下，进行高温整理处理；
步骤(8)辊压成型加工：将经过预成型和高温处理后的浸渍过石墨烯乳液的柔性石墨矩形编织带，在压力辊中进行滚压成型加工，成型滚压使得速度为0.1m/min-1m/min；
步骤(9)检验和检测：检测步骤(8)中辊压成型的矩形编织带，体积电阻率低于4.43*10-5。
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- 2018-06-25 CN CN201810658634.4A patent/CN109066262B/zh active Active
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