低电阻率石墨线及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种低电阻率石墨线及其制备方法，由复合石墨带捻制获得，所述的复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和敷设于两层石墨层间的无机纤维和金属纤维构成，无机纤维和金属纤维外层包覆有导电胶层；所述的导电胶层包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的1~5%、0.2~2%。本发明石墨线电阻率可显著降低，可用于制备耐腐蚀性石墨复合接地材料，适用于发、变电站、输电线路杆塔等电力系统领域的防雷接地工程。
【专利说明】低电阻率石墨线及其制备方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种电力系统防雷接地材料，尤其涉及一种低电阻率石墨线及其制备方法。
【背景技术】
[0003]我国电力系统电力设备的防雷接地装置是保障电力系统安全稳定、确保电力施工人员人身安全的重要设施，低接地电阻值、长期稳定不腐蚀、低运行维护成本是电力系统接地装置的目标。我国现行接地材料主要以金属接地材料为主，例如低碳钢、镀锌钢、不锈钢、铜、铜包钢等。但是金属接地材料除了价格较高的铜接地材料之外，往往耐腐蚀性能较差，使用寿命低，维护成本高；并且在使用过程中还面临着运输及施工困难、由于不便弯曲导致的难以根据地形选择施工方式等问题。另外，由于铜、钢等金属材料的二次利用价值高，因此金属接地材料遭遇认为盗窃、破坏的事故层出不穷，给电力系统带来严重隐患。
[0004]近年来，石墨复合接地材料作为一种新型接地材料获得广泛关注，并已有接地装置开始示范运行。石墨虽然是一种优良导体，但其电阻率高于钢、铜等金属接地材料广2个数量级。因此，尽可能提高石墨复合接地材料的导电性是降低接地网接地电阻的重要手段之一 O
【发明内容】
[0005]针对现有石墨复合接地材料所用石墨线电阻率较高的问题，本发明提供一种电阻率可显著降低的低电阻石墨线及其制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:
一种低电阻率石墨线，由复合石墨带捻制获得，所述的复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和敷设于两层石墨层间的无机纤维和金属纤维构成，无机纤维和金属纤维外层包覆有导电胶层；所述的导电胶层包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的1飞％、0.H
[0007]上述无机纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、凯芙拉纤维或陶瓷纤维。
[0008]上述金属纤维为铜纤维、不锈钢纤维或镍纤维。
[0009]上述低电阻率石墨线的制备方法，包括步骤:
步骤I，对螺虫石墨进打棍压制成螺虫石墨纸；
步骤2，将无机纤维和金属纤维表面浸润导电胶，并敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；所述的导电胶层包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的Γ5%、0.2^2% ；
步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻制获得低电阻率石墨线。
[0010]上述螺虫石墨纸厚度为0.1^1.2mm。
[0011]作为优选，无机纤维和金属纤维的数量比为1/Γ1/2。
[0012]作为优选，无机纤维和金属纤维直径为0.08、.2_。
[0013]作为优选，无机纤维等间隔敷设于两层蠕虫石墨纸间。
[0014]作为优选，导电微粒为碳纳米管或超细金属粉。
[0015]和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果:
1、本发明石墨线电阻率可显著降低，有利于制备导电性良好的石墨复合接地材料；和专利号ZL201320654859.5的《新型石墨复合接地材料》中记载的石墨线相比，其电阻率可降低I个数量级。
[0016]2、可用于制备耐腐蚀性石墨复合接地材料，适用于发、变电站、输电线路杆塔等电力系统领域的防雷接地工程。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是复合石墨带结构示意图；
图2是纤维与导电胶的复合示意图。
[0018]其中，1-上层蠕虫石墨纸；2_下层蠕虫石墨纸；3_金属纤维；4_无机纤维；5-金属纤维或无机纤维；6-导电胶层。
具体实施例
[0019]具体实施中，本发明主要制备原料包括碳含量高于85%的高纯蠕虫石墨、导电胶、玻璃纤维和金属纤维，金属纤维为抗腐蚀性良好的金属纤维，可以为铜纤维、不锈钢纤维、镍纤维等低电阻率金属纤维。
[0020]为降低石墨线电阻率，采用导电胶起粘合作用。导电胶包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的广5%、0.2?2%。上述导电微粒可以为碳纳米管或超细金属粉，超细金属粉可以为超细镍粉、超细铜粉等；上述分散剂可以为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠；上述水溶性粘合剂可为酚醛树脂或丙烯酸酯。
[0021]导电胶的制备方法为:采用超声振荡法混合导电微粒和分散剂并低速离心获得导电微粒分散液，采用搅拌法将导电微粒分散液与水溶性粘合剂混合得到导电胶。
[0022]对螺虫石墨进打棍压制成表面光滑平整、厚度均勾的螺虫石墨纸，螺虫石墨纸厚度以0.Γ1.2mm为宜。
[0023]复合石墨带制备方法如下:选用直径0.08、.2mm的金属纤维和玻璃纤维，金属纤维和玻璃纤维数量比优选为1/Γ1/2 ;采用导电胶将金属纤维和玻璃纤维表层浸润，并等间距敷设于上下两层蠕虫石墨纸间；于8(T12(TC温度保持6(Tl00s进行热固处理，同时经两次以上辊压得到复合石墨纸。进一步地，裁切复合石墨纸得到宽度10mnT25mm的复合石墨带，所得复合石墨带表面光滑平整；由于使用了导电胶使得无纤维裸露出石墨带的表层。
[0024]采用捻线机对复合石墨带进行单向捻制得到低电阻率石墨线，根据复合石墨带厚度和宽度不同，制备的低电阻率石墨线直径一般为1.8?3.2_之间。
[0025]本发明提供的低电阻率石墨线的几种具体实施例如下: 实施例1
原材料包括含碳量约94.5%的蠕虫石墨、直径0.12mm的铜纤维、直径600D的玻璃纤维和导电胶，铜纤维数量为5根，玻璃纤维数量为10根。导电胶包括碳纳米管、十二烷基硫酸钠与丙烯酸脂，将碳纳米管、十二烷基硫酸钠与丙烯酸脂超声混合，混合液中碳纳米管的质量百分数约1%，十二烷基硫酸钠的质量百分数约0.2%，丙烯酸脂质量百分数约98.8%。
[0026]采用辊压方式制备厚度0.18mm的蠕虫石墨纸；见图广2，采用导电胶将铜纤维和玻璃纤维表层均匀浸润，然后将铜纤维和玻璃纤维等间距排列于两层蠕虫石墨纸间，于95°C温度热固60s，经两次辊压，并裁切，得到宽度22mm、厚度0.28mm的复合石墨带，复合石墨带表面光滑平整无纤维裸露。
[0027]利用捻线机将复合石墨带进行单向捻制，得到直径约2.2mm的低电阻率石墨线。采用四极法测量电阻，长度为Im的本实施例石墨线电阻约0.84Ω，专利号ZL201320654859.5的《新型石墨复合接地材料》中记载的石墨线，其Im电阻约4.5 Ω。
[0028]实施例2
原材料包括含碳量约94.5%的蠕虫石墨、直径0.12mm的铜纤维、直径600D的玻璃纤维和导电胶，铜纤维数量为8根，玻璃纤维数量为16根。导电胶包括多壁碳纳米管、十二烷基硫酸钠与丙烯酸脂，将多壁碳纳米管、十二烷基硫酸钠、消泡剂与丙烯酸脂超声混合，混合液中碳纳米管的质量百分数约5%，十二烷基硫酸钠的质量百分数约2%，丙烯酸脂质量百分数约93%。
[0029]采用辊压方式制备厚度0.24_的蠕虫石墨纸；见图广2，采用导电胶将铜纤维和玻璃纤维表层均匀浸润，然后将铜纤维和玻璃纤维等间距排列于两层蠕虫石墨纸间，于95°C温度热固60s，经两次辊压，并裁切，得到宽度32mm、厚度0.32mm的复合石墨带，复合石墨带表面光滑平整无纤维裸露。
[0030]利用捻线机将复合石墨带进行单向捻制，得到直径约2.8mm的低电阻率石墨线。采用四极法测量电阻，长度为Im的本实施例石墨线电阻约0.51 Ω，专利号ZL201320654859.5的《新型石墨复合接地材料》中记载的石墨线，其Im电阻约4.5 Ω。
[0031]上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此【技术领域】的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。
【权利要求】
1.一种低电阻率石墨线，其特征是: 由复合石墨带捻制获得，所述的复合石墨带包括两层蠕虫石墨层和敷设于两层石墨层间的无机纤维和金属纤维构成，无机纤维和金属纤维外层包覆有导电胶层；所述的导电胶层包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的I?5%、0.2?2%。
2.如权利要求1所述的低电阻率石墨线，其特征是: 所述的无机纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、凯芙拉纤维或陶瓷纤维。
3.如权利要求1所述的低电阻率石墨线，其特征在于: 所述的金属纤维为铜纤维、不锈钢纤维或镍纤维。
4.如权利要求1所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是，包括步骤: 步骤I，对螺虫石墨进打棍压制成螺虫石墨纸； 步骤2，将无机纤维和金属纤维表面浸润导电胶，并敷设于两层蠕虫石墨纸间，经热固、辊压得到复合石墨纸；所述的导电胶层包括导电微粒、分散剂和水溶性粘合剂，其中，导电微粒、分散剂的用量分别为水溶性粘合剂质量的Γ5%、0.2^2% ； 步骤3，裁切复合石墨纸得到复合石墨带，对复合石墨带进行捻制获得低电阻率石墨线。
5.如权利要求4所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是: 所述的螺虫石墨纸厚度为0.1"!.2mm。
6.如权利要求4所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是: 所述的无机纤维和金属纤维的数量比为1/Γ1/2。
7.如权利要求4所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是: 所述的无机纤维和金属纤维直径为0.08、.2mm。
8.如权利要求4所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是: 所述的无机纤维等间隔敷设于两层蠕虫石墨纸间。
9.如权利要求4所述的低电阻率石墨线的制备方法，其特征是: 所述的导电微粒为碳纳米管或超细金属粉。
【文档编号】H01B5/00GK104269206SQ201410580716
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】阮江军, 龚若涵, 胡元潮, 文武, 周军, 吴泳聪 申请人:武汉大学