CN112563844B - 一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法,方法包括:制备连续碳纤维网面;将多层的连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的连续碳纤维网面;将混合鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的连续碳纤维网面进行高温烘干,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;柔性石墨穿过多层的连续碳纤维网,形成复合导电接地材料的预制体;将复合导电接地材料的预制体进行多层叠合,对多层的复合导电接地材料的预制体进行施压,多层的复合导电接地材料的预制体通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,生成包括柔性石墨和连续碳纤维的复合导电接地材料。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统接地技术领域,更具体地,涉及一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料及其制备方法。
背景技术
架空输电线路杆塔的接地性能是直接影响线路故障率水平的重要影响因素,也是保障二次保护系统有效动作的重要手段。输电线路杆塔的人工接地装置是为了保障杆塔的接地性能而设计敷设的导电装置。工程中接地材料的用量非常巨大,考虑到工程经济型,我国杆塔的人工接地装置目前多采用镀锌钢材料。镀锌钢的价格虽然较便宜,但是其缺陷也十分明显:与铜相比镀锌钢更容易出现腐蚀问题。一旦出现材料腐蚀,可能引起接地引下线与主地网脱离、接触不良,或者接地导体腐蚀变细后不满足短路、冲击电流下的动、热稳定性等问题,将给输电线路的运行埋下巨大的安全隐患。
解决接地材料腐蚀问题的最有效方法是采用高分子复合导电材料替代金属材料。目前,一些高分子复合导电材料已在我国部分电网杆塔的接地设计中得到了初步应用。此类复合接地材料产品大多采用热塑辊压成型工艺将膨胀石墨和合成纤维制备成石墨线,再通过各种线层结构编织成型。因此防腐方面的性能上有了极大的提升。但同时,在应用中也反映了一些问题:1)为了保证接地材料的结构致密性和力学性能,市场上的此类结构的石墨基导电材料在制备中需要导电胶类的粘合剂将纤维材料与膨胀石墨进行粘合。导电胶是一种不连续的碳系导电介质,力学性能和导电性能都弱于连续碳系介质,且导电胶易与碳系介质形成界面,影响材料的热稳定性。所以,一旦材料中通过较大的故障电流,产生的温升会使得粘合剂出现一定程度的降解和失效,严重影响接地材料的稳定性;2)由于此类复合导电材料中纤维材料的布置方向相对单一,导致在复合导电材料与金属导体之间的连接施工或产品预制过程中,时常会出现纤维材料碎裂的现象。
因此,需要一种技术,以制备一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料。
发明内容
本发明技术方案提供一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料及制备方法,以解决如何制备柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的问题。
为了解决上述问题,本发明提供了一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法,所述方法包括:
制备连续碳纤维网面;
将多层的所述连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的所述连续碳纤维网面;
将混合所述鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的所述连续碳纤维网面进行高温烘干,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;
所述柔性石墨穿过多层的所述连续碳纤维网,形成复合导电接地材料的预制体;
将所述复合导电接地材料的预制体进行多层叠合,对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压,多层的所述复合导电接地材料的预制体通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,生成包括柔性石墨和连续碳纤维的复合导电接地材料。
优选地,多层的所述连续碳纤维网面构成所述复合导电接地材料轴向导电网络。
优选地,所述柔性石墨为所述复合导电接地材料的主导电材料,并且构成所述复合导电接地材料的周向导电网络。
优选地,所述对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
基于本发明的另一方面,本发明提供一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料,所述复合导电接地材料包括多层预制体;
所述预体包括连续碳纤维网面和柔性石墨;所述连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的所述连续碳纤维网面;混合后的所述鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的所述连续碳纤维网面经过高温烘干,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;所述柔性石墨穿过多层的所述连续碳纤维网;
所述预制体经过多层叠合并施压后通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,形成复合导电接地材料。
优选地,多层的所述连续碳纤维网面构成所述复合导电接地材料轴向导电网络。
优选地,所述柔性石墨为所述复合导电接地材料的主导电材料,并且构成所述复合导电接地材料的周向导电网络。
优选地,所述对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
本发明技术方案提出了一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构设计方案和制备方法。本发明技术方案采用多层网状的连续碳纤维与柔性石墨作为接地材料的导电介质,通过柔性石墨的膨胀,在各层连续碳纤维网面间形成一种自铆方式的稳定微观结构。保证了接地材料的电气和机械性能,同时制备中也无需添加聚合物导电胶等粘合材料。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为根据本发明优选实施方式的一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法流程图;以及
图2为根据本发明优选实施方式的柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构形成过程示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法流程图。本发明实施方式提出一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构设计和制备方法。采用多层网状的连续碳纤维与柔性石墨作为接地材料的导电介质,通过柔性石墨的膨胀,在多层纤维网面间形成一种自铆方式的稳定微观结构。实现了多层碳纤维的微米级无胶机械连接成型,同时保证接地材料具有长期、稳定的电气和机械性能,并大幅提高接地材料的防腐性能。本发明通过多层碳纤维网面的设计方案在保证材料具有长期、稳定的机械性能和防腐性能的同时,减少了骨架纤维与导电基材之间的导电性能差异,使材料上的电位分布更加均匀。
如图1所示,一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法,方法包括:
优选地,在步骤101:制备连续碳纤维网面;
优选地,在步骤102:将多层的连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的连续碳纤维网面;
优选地,在步骤103:将混合鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的连续碳纤维网面进行高温烘干,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨,充高温烘干的温度范围为250℃~650℃;
优选地,在步骤104:柔性石墨穿过多层的连续碳纤维网,形成复合导电接地材料的预制体;
优选地,在步骤105:将复合导电接地材料的预制体进行多层叠合,对多层的复合导电接地材料的预制体进行施压,多层的复合导电接地材料的预制体通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,生成包括柔性石墨和连续碳纤维的复合导电接地材料。优选地,对多层的复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
优选地,多层的连续碳纤维网面构成复合导电接地材料轴向导电网络。
优选地,柔性石墨为复合导电接地材料的主导电材料,并且构成复合导电接地材料的周向导电网络。
本发明提出一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构设计和制备方法。本发明采用多层网状的连续碳纤维与柔性石墨作为接地材料的导电介质,通过柔性石墨的膨胀,在多层纤维网面间形成一种自铆方式的稳定微观结构。实现了多层碳纤维的微米级无胶机械连接成型,同时保证接地材料具有长期、稳定的电气和机械性能,并大幅提高接地材料的防腐性能。本发明提出复合导电接地材料的有效降低了因接地材料腐蚀导致的各类接地故障,显著降低了输电线路杆塔接地装置的全寿命周期成本。
图2中,(1)是多层单向连续碳纤维纱面,为复合导电接地材料的骨架材料,且构成复合接地材料的轴向导电主网络;(2)是石墨分散剂水溶液中的石墨分子,为复合导电接地材料的主要导电材料,且构成复合接地材料的周向导电网络;(3)是石墨分散剂水溶液与连续碳纤维纱面混合后,石墨分散于碳纤维纱面上的情况;(4)是高温处理后,在鳞片石墨膨胀成柔性石墨的过程中,柔性石墨穿过多层碳纤维纱面形成的预制体结构;(5)是将预制体多层叠合并辊压成型后,外层的柔性石墨体形成铆钉端将多层预制体结合成具有稳定微观结构的整体。
本发明提供一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料,复合导电接地材料包括多层预制体;预体包括连续碳纤维网面和柔性石墨;连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的连续碳纤维网面;混合后的鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的连续碳纤维网面经过高温烘干,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;柔性石墨穿过多层的连续碳纤维网;预制体经过多层叠合并施压后通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,形成复合导电接地材料。
本发明提供了一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构设计和制备方法。
柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的微观结构设计及特点如下:
1)本柔性接地材料区别于现有石墨导电材料,使用具有轴向高导通性能的连续碳纤维纱/筛网作为骨架材料,如图2中的(1)。
2)通过柔性石墨压实变形时形成的缠结和铆钉结构,实现多层碳纤维的微米级无胶机械连接成型,如图2中的(5)。无金属成分使得材料后期使用无需考虑防腐问题,无聚合物粘胶使得材料的同重状态下具有更好的导电性能。
3)该种型构的轴向导电网络由柔性石墨和碳纤维构成,周向导电网络由柔性石墨构成,因此导电性在轴向和周向具有各向异性。
4)该种型构复合材料的制备中,一方面可以通过柔性石墨和碳纤维的比例实现轴线和周向导电性能的可控变化,另一方面通过内外层柔性石墨含量的变化可实现材料内层与外层导电性能的梯度可控变化。
柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法如下:
1)纺织连续纤维的纱/筛网面,如图2中的(1);
2)混合:将纤维筛面浸置于鳞片石墨的分散剂水溶液中,使其充分混合。如图2中的(3);
3)高温处理:将混合上浆后的纤维筛面进行高温烘干,使鳞片石墨高温膨化成柔性石墨,柔性石墨穿过多层碳纤维纱面,形成的复合材料的预制体。如图2中的(4);
4)辊压成型:将预制体多层叠合,通过辊压成型制成具有一定厚度的复合导电接地片材。复合导电接地材料中,多层间通过柔性石墨的自铆方式形成稳定微观结构。如图2中的(5);
本发明提供一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料,复合导电接地材料包括:连续碳纤维网面和柔性石墨,其制备方法包括:
制备连续碳纤维网面;
将多层的连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的连续碳纤维网面;
将混合鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的连续碳纤维网面进行高温烘干,使得鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨,充高温烘干的温度范围为250℃~650℃;
柔性石墨穿过多层的连续碳纤维网,形成复合导电接地材料的预制体;
将复合导电接地材料的预制体进行多层叠合,对多层的复合导电接地材料的预制体进行施压,多层的复合导电接地材料的预制体通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,生成包括柔性石墨和连续碳纤维的复合导电接地材料。
优选地,多层的连续碳纤维网面构成复合导电接地材料轴向导电网络。
优选地,柔性石墨为复合导电接地材料的主导电材料,并且构成复合导电接地材料的周向导电网络。
优选地,对多层的复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而,本领域技术人员所公知的,正如附带的专利权利要求所限定的,除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。
Claims (6)
1.一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料的制备方法,所述方法包括:
制备连续碳纤维网面;
将多层的所述连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的所述连续碳纤维网面;
将混合所述鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的所述连续碳纤维网面进行高温烘干,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;
所述柔性石墨穿过多层的所述连续碳纤维网,形成复合导电接地材料的预制体;
将所述复合导电接地材料的预制体进行多层叠合,对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压,多层的所述复合导电接地材料的预制体通过柔性石墨的自铆形式进行稳定,生成包括柔性石墨和连续碳纤维的复合导电接地材料;所述柔性石墨为所述复合导电接地材料的主导电材料,并且构成所述复合导电接地材料的周向导电网络。
2.根据权利要求1所述的方法,多层的所述连续碳纤维网面构成所述复合导电接地材料轴向导电网络。
3.根据权利要求1所述的方法,所述对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
4.一种柔性石墨/连续碳纤维复合导电接地材料,所述复合导电接地材料包括多层预制体;
所述预制 体包括连续碳纤维网面和柔性石墨;所述连续碳纤维网面浸置于鳞片石墨分散剂的水溶液中,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液充分分散于多层的所述连续碳纤维网面;混合后的所述鳞片石墨的分散剂的水溶液的多层的所述连续碳纤维网面经过高温烘干,使得所述鳞片石墨的分散剂的水溶液中的鳞片石墨经过高温膨化成柔性石墨;所述柔性石墨穿过多层的所述连续碳纤维网;
所述预制体经过多层叠合并施压后通过所述柔性石墨的自铆形式进行稳定,形成复合导电接地材料;
所述柔性石墨为所述复合导电接地材料的主导电材料,并且构成所述复合导电接地材料的周向导电网络。
5.根据权利要求4所述的复合导电接地材料,多层的所述连续碳纤维网面构成所述复合导电接地材料轴向导电网络。
6.根据权利要求4所述的复合导电接地材料,所述对多层的所述复合导电接地材料的预制体进行施压的施压方式为:辊压。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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