CN110232988A - 一种用于接地工程的降阻材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于接地工程的降阻材料，包括导电组分组、添加剂组分组和胶凝组分组，导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的重量份比例为：1：0.6：0.05；其中，导电组分组组成重量份比例：直径7μm，长度1～2mm，纯度95～99%高导电碳纤维，65.0～77.0 wt%；325～400目鳞片石墨粉，14.0～20.0 wt%；325～400目氯化铝（AlCl3），7～10.0 wt%；聚阴离子纤维素（PAC），2.0～5.0 wt%；添加剂组分组组成重量份比例：聚苯乙烯磺酸钠，40%～50%；聚丙烯酰胺，50%～60%；胶凝组分组组成重量份比例：模数3.3的水玻璃，50%；水，50%。其解决了石墨插层反应温度高，时间长以及导电颗粒堆积效率问题，从而提高了产品导电性能和使用持久性。

Description

一种用于接地工程的降阻材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种导电材料分散于无机材料中的降阻材料，尤其涉及在设计采用垂直接地体或接地深井的环境下，使用注浆工艺进行接地工程降阻施工时的降阻材料。
背景技术
降阻材料是使用于接地体和土壤之间一种良好的导电体，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通面；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻 率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。
现有技术中，降阻材料分成了化学降阻材料和物理降阻材料两大类型，化学降阻材料无论是何种形态，其共同特点都是以电解质为导电主体的，电介质浓度越高，其导电率也越大(也即电阻率越低)，当然降阻的效果也就越明显，然而化学降阻材料的这种导电机理不可避免地带来了两个严重的问题，其一是对金属电极的腐蚀，其二是随着电解质的流逝导致降阻效果不稳定。物理降阻材料可以有效避免上述问题，物理降阻材料是以非电解质的固体粉末为导电材料，其中石墨层间化合物（GICs）以优异的导电性能越来越受到重视，现有技术中利用CuCl2作为插入物，但CuCl2存在熔融温度高，反应时间长的问题。AlCl3熔融温度190℃，作为插入物，制备的石墨层间化合物具有良好的导电性，更重要的是降低了插层反应的能耗，减少了反应时间，同时石墨层间化合物用作降阻材料仍然面临施工技术难点，其一是作为固体物质，需要克服界面效应将其制成稳定泥浆，其二是导电固体颗粒堆积效率问题，从而使其成型后导电性能仍能很好的展现。
本发明提供了用于接地工程注浆用的降阻材料，通过碳纤维相互缠绕以及鳞片石墨颗粒的空隙填充，达到了石墨层间化合物较高的堆积效率，减小了导电颗粒间的间隙，材料成型后导电性能仍能很好的展现，通过添加剂的协同作用，提高了石墨层间化合物泥浆的稳定性，以碱性的水玻璃为胶凝材料，减小了对接地金属的腐蚀。
发明内容
本发明提供一种用于接地工程的降阻材料，所采取的技术方案如下：
一种适用于接地工程的降阻材料，含有导电组分组、胶凝组分组和添加剂组分组三个组份组，导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的重量份比例为：1：0.55～0.65：0.05；其中，导电组分组原料组成为：
A组分：直径7μm，长度1～2mm，纯度95～99%的高导电碳纤维；
B组分：325～400目鳞片石墨粉；
C组分：325～400目氯化铝（AlCl3）；
E组分：聚阴离子纤维素（PAC）；
添加剂组分组原料组成为：
E组分：聚苯乙烯磺酸钠；
F组分：聚丙烯酰胺；
胶凝组分组原料组成为：
G组分：模数3.3的水玻璃；
H组分：水。
进一步地，导电组分组组成重量份比例优选的是：
A组分：65.0～77.0 wt%；
B组分：14.0～20.0 wt%；
C组分：7～10.0 wt%；
E组分：2.0～5.0 wt%。
进一步地，添加剂组分组组成重量份比例优选的是：
E组分：40%～50%；
F组分：50%～60%。
进一步地，胶凝组分组组成重量份比例优选的是：
G组分：50%；
H组分：50%。
进一步，各组分的优选为:
导电组分组各原料占的重量份比例为：
A组分：72.0 wt%；
B组分：16.5 wt%；
C组分：8.5 wt%；
D组分：3.0 wt%，
添加剂组分组各原料占的重量份比例为：
E组分：40%；
F组分：60%，
胶凝组分组各原料占的重量份比例为：
G组分：50%；
H组分：50%，
导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的比例为：1：0.6：0.05。
本发明的另一目的是提供一种适用于接地工程的降阻材料的制备方法， 其中，该制备方法包括如下步骤：
将A组分、B组分和D组分预脱水处理，加入混料设备中混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉；
在178～230℃下进行GICs插层反应，在75℃用水清洗未反应的氯化铝（AlCl3），烘干制备出AlCl3-GICs石墨层间化合物；
将此石墨层间化合物粉碎为160～200目制成基料I；
添加100 wt%的基料I+D组分材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.6～1.4mm的球状颗粒，即得到导电组分组的中间产品；
将E组分和F组分加入混料设备中混合10分钟，即得到添加剂组分组的中间产品；
将水和水玻璃按料：水=1：1的比例混合成凝胶组分组的中间产品；
按导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组=1：0.6：0.05的比例混合成导电泥浆，即成为接地工程降阻材料产品。
进一步，GICs插层反应具体升温过程优选为：
先快速升温至178℃，保温1小时，然后升温至200℃，保温5小时，后升温至230℃，保温1小时后降温至75℃。
进一步，上述三个组分组混合顺序为：
先将水和水玻璃按水玻璃：水=1：1的重量比例混合成凝胶组分组的中间产品，再将添加剂组分组中间产品浸泡搅拌至完全溶解，最后加入导电组分组中间差品，搅拌混合成均匀的导电泥浆。
本发明的另一目的是一种适用于接地工程的降阻材料的施工方法，包括：使用时先将水和水玻璃按水玻璃：水=1：1的重量比例混合成凝胶组分组的中间产品，再按导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组=1：0.6：0.05的比例混合成导电泥浆，然后使用泥浆泵将泥浆注入接地孔内，经90分钟自然沉降、凝结后，将接地孔进行封孔回填。
本发明采取了上述方案以后，其解决了石墨插层反应温度高，时间长以及导电颗粒堆积效率问题，从而提高了产品导电性能和使用持久性。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书中所特别指出的方法、步骤来实现和获得。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明的目的是为了解决已有接地工程降阻材料存在的不足，提供了一种适用于接地工程降阻材料具有施工稳定，石墨插层反应温度低，时间短以及导电颗粒堆积效率高的特点，从而提高了产品导电性能和使用持久性。
本发明利用碳纤维的高电导特性，通过在熔盐法工艺过程中添加鳞片石墨粉、氯化铝的方法，使其构成GICs (石墨层间化合物)，以显著增强其电导率。通过将此石墨层间化合物粉碎为160～200目的粉末，并以碳纤维相互缠绕和石墨的空隙填充，使其具有更高堆积密度，以便使导电材料颗粒之间紧密接触，减小空隙，进一步增强其导电性。通过添加聚阴离子纤维素、聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯酰胺，以增强浆料的均匀性和稳定性，三种添加剂协同作用改善高堆积密度导电泥浆的流变特性，其中聚苯乙烯磺酸钠发挥润湿分散作用，是良好的碳素类材料分散剂，聚丙烯酰胺为稳定剂，聚丙烯酰胺是一种线性的水溶性聚合物，含有一定的极性基团，这些极性基团能吸附水中悬浮的固体颗粒，使颗粒间架桥而形成大的凝聚体，从而起到稳定剂作用。水玻璃模数越大，粘度越大，易于分解硬化，粘结力越大。通过添加碱性水玻璃以调节浆料的PH值，减小其对接地金属的腐蚀性，并增强浆料固化后的强度，使导电颗粒和土壤颗粒表面紧密相连，从而减小过渡电阻和接触电阻。
本发明所使用的高导电性碳纤维材料，具有本体电阻率低，耐腐蚀、耐磨、耐高温、强度高、质轻等特点。本发明所制造的适用于接地工程的降阻材料配方体系的技术参数对比如下表：
下面结合两个实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围不受实施例所限，只要不超出本发明的基本构思，均在本发明的保护范围之内。
实施例1：
由下述材料，按照下述工艺制备而成：
导电组分组各原料占的重量份比例为：
A组分：65.0 wt%；
B组分：20.0 wt%；
C组分：10.0 wt%；
D组分：5.0 wt%，
添加剂组分组各原料占的重量份比例为：
E组分：40%；
F组分：60%，
胶凝组分组各原料占的重量份比例为：
G组分：50%；
H组分：50%，
导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的比例为：1：0.6：0.05。
制备方法为：
步骤一：将A组分、B组分和D组分预脱水处理；加入混料设备中混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉；
步骤二：在178～230℃下进行GICs插层反应，具体升温过程为先快速升温至178℃，保温1小时，然后升温至200℃，保温5小时，后升温至230℃，保温1小时后降温至75℃，用水清洗未反应的氯化铝（AlCl3），烘干制备出AlCl3-GICs石墨层间化合物；
步骤三：将此石墨层间化合物分别粉碎为160～200目制成基料I；
步骤四：添加100 wt%的基料I+D组分材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.6～1.4mm的球状颗粒，即得到导电组分组的中间产品；
步骤五：将E组分和F组分加入混料设备中混合10分钟，即得到添加剂组分组的中间产品；
步骤六：将水和水玻璃按料：水=1：1的比例混合成凝胶组分组的中间产品；
步骤七：按导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组=1：0.6：0.05的比例混合成导电泥浆，即成为接地工程降阻材料产品。
实施例2：
导电组分组各原料占的重量份比例为：
A组分：77.0 wt%；
B组分：14.0 wt%；
C组分：7.0wt%；
D组分：2.0 wt%，
添加剂组分组各原料占的重量份比例为：
E组分：50%；
F组分：50%，
胶凝组分组各原料占的重量份比例为：
G组分：50%；
H组分：50%，
导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的比例为：1：0.6：0.05。
其制备方法同实施例1。
实施例３：
导电组分组各原料占的重量份比例为：
A组分：72.0 wt%；
B组分：16.5 wt%；
C组分：8.5 wt%；
D组分：3.0 wt%，
添加剂组分组各原料占的重量份比例为：
E组分：40%；
F组分：60%，
胶凝组分组各原料占的重量份比例为：
G组分：50%；
H组分：50%，
导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的比例为：1：0.6：0.05。
其制备方法同实施例1。

Claims (9)

1.一种适用于接地工程的降阻材料，其特征在于，含有导电组分组、添加剂组分组和胶凝组分组三个组份组，导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的重量份比例为：1：0.55～0.65：0.05；
其中，导电组分组原料组成为：
A组分：直径7μm，长度1～2mm，纯度95～99%的高导电碳纤维；
B组分：325～400目鳞片石墨粉；
C组分：325～400目氯化铝（AlCl3）；
E组分：聚阴离子纤维素（PAC）；
添加剂组分组原料组成为：
E组分：聚苯乙烯磺酸钠；
F组分：聚丙烯酰胺；
胶凝组分组原料组成为：
G组分：模数3.3的水玻璃；
H组分：水。
2.根据权利要求1所述的适用于接地工程的降阻材料，其特征在于，所述导电组分组中各组份按重量份计为：
A组分：65.0～77.0 wt%；
B组分：14.0～20.0 wt%；
C组分：7～10.0 wt%；
E组分：2.0～5.0 wt%。
3.根据权利要求1所述的适用于接地工程降阻材料，其特征在于，所述添加剂组分组中各组份按重量份计为：
E组分：40%～50%；
F组分：50%～60%。
4.根据权利要求1所述的适用于接地工程降阻材料，其特征在于，所述胶凝组分组中各组份按重量份计为：
G组分：50%；
H组分：50%。
5.根据权利要求1所述的适用于接地工程降阻材料，其特征在于所述各组份按重量份计为：
A组分：72.0 wt%
B组分：16.5 wt%
C组分：8.5 wt%
D组分：3.0 wt%
添加剂组分组中各组份按重量份计为：
E组分：40%
F组分：60%
胶凝组分组中各组份按重量份计为：
G组分：50%
H组分：50%
所述导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组的重量份比例为：1：0.6：0.05。
6.一种如权利要求1所述降阻材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
将A组分、B组分和D组分预脱水处理，加入混料设备中混合10分钟，而后将混合物加入熔盐反应炉；
在178～230℃下进行GICs插层反应，在75℃用水清洗未反应的氯化铝（AlCl3），烘干制备出AlCl3-GICs石墨层间化合物；
将此石墨层间化合物粉碎为160～200目制成基料I；
添加100 wt%的基料I+D组分材料搅拌、混合均匀，进行机械造粒，制成直径为0.6～1.4mm的球状颗粒，即得到导电组分组的中间产品；
将E组分和F组分加入混料设备中混合10分钟，即得到添加剂组分组的中间产品；
将水和水玻璃按料：水=1：1的比例混合成凝胶组分组的中间产品；
按导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组=1：0.6：0.05的比例混合成导电泥浆，即成为接地工程降阻材料产品。
7.根据权利要求6所述的降阻材料的制备方法，其特征在于：GICs插层反应具体升温过程为先快速升温至178℃，保温1小时，然后升温至200℃，保温5小时，后升温至230℃，保温1小时后降温至75℃。
8.根据权利要求6所述的降阻材料的制备方法，其特征在于：所述导电组分组、胶凝组分组、添加剂组分组的混合顺序为，先将水和水玻璃按水玻璃：水=1：1的重量比例混合成凝胶组分组的中间产品，再将添加剂组分组中间产品浸泡搅拌至完全溶解，最后加入导电组分组中间产品，搅拌混合成均匀的导电泥浆。
9.一种适用于接地工程的降阻材料的施工方法，其特征在于：使用时先将水和水玻璃按1：1的重量比例混合成凝胶组分组的中间产品，再按导电组分组：胶凝组分组：添加剂组分组=1：0.6：0.05的比例混合成导电泥浆，然后使用泥浆泵将泥浆注入接地孔内，经90分钟自然沉降、凝结后，将接地孔进行封孔回填。
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