一种负膨胀法制备柔性石墨接地导体材料的方法

技术领域

本申请涉及电力系统接地领域，尤其涉及一种负膨胀法制备柔性石墨接地导体材料的方法。

背景技术

我国电力系统接地装置大多使用镀锌钢、铜包钢等金属作为接地材料，但金属材料很容易在地下环境中发生腐蚀氧化，使用寿命低，并且运输、施工困难。近些年出现了将可膨胀石墨与碳纤维混合制备的柔性复合石墨接地材料，由于其兼具难以腐蚀和优良的导电性能，正逐渐取代金属材料被广泛应用于电力系统接地中。

柔性复合石墨接地材料主要是将膨胀石墨与骨架纤维(碳纤维或玻璃纤维)通过粘合剂粘合，然后再通过热塑、辊压成型。一旦材料上通过较大的故障电流，粘合剂将在高温下出现降解挥发，影响材料的性能和稳定性。

发明内容

本申请提供一种负膨胀法制备柔性石墨接地导体材料的方法，能够消除粘合剂易受高温而挥发的安全隐患。

本申请采用了下列技术方案：

本申请提供了一种负膨胀法制备柔性石墨接地导体材料的方法，包括以下步骤：将可膨胀石墨和碳纤维制成分散液。将分散液过滤，使分散液中的可膨胀石墨和碳纤维共同沉积到滤纸表面，形成前驱体。将前驱体置于膨胀温度下膨胀，使前驱体中的可膨胀石墨膨胀为柔性石墨，得到膨胀前驱体。将膨胀前驱体在模具中铺层放好，压制成柔性石墨接地导体材料板材。

进一步地，将可膨胀石墨和碳纤维制成分散液前，去除碳纤维表面的上浆剂，并使碳纤维的纤维纱束散开。

进一步地，采用乙醇或丙酮洗涤碳纤维，并热风吹拂洗涤后的碳纤维，以去除碳纤维表面的上浆剂，并使碳纤维的纤维纱束散开。

进一步地，将可膨胀石墨和碳纤维制成分散液，包括：将可膨胀石墨和碳纤维在乙醇水溶液中分散，得到分散液。

进一步地，将可膨胀石墨和碳纤维在乙醇水溶液中超声分散。

进一步地，超声分散时间为25～35min。

进一步地，将分散液过滤，包括：将分散液在减压环境下过滤。

进一步地，膨胀温度为800～1000℃。

进一步地，膨胀时间为3～10min。

进一步地，膨胀前驱体的铺层方式包括叠放、收卷、加捻、捆扎、缠绕中的至少一种。

与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：

本申请的柔性石墨接地导体材料产品中不使用粘合剂，消除了粘合剂易受高温而挥发的安全隐患，提高了材料的性能和稳定性，减少了对环境的污染。

附图说明

图1为本申请实施例中超声分散时间为30min时，不同膨胀温度和膨胀时间对柔性石墨接地导体材料拉伸性能的影响；

图2为本申请实施例中超声分散时间为30min时，不同膨胀温度和膨胀时间对柔性石墨接地导体材料电阻率的影响。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方法进行清晰、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的实施例提供了一种负膨胀法制备柔性石墨接地导体材料的方法，包括以下步骤：

(1)将可膨胀石墨和碳纤维制成分散液。

上述步骤中，碳纤维选自碳纤维纱、碳纤维布、碳纤维套管及其他导电纤维、柔性石墨、碳纤维与玻璃纤维的混纺织物等。可膨胀石墨的粒径可以为50-100目，如50目、80目、100目。碳纤维的规格可以为12-24K，如12K、24K。

将可膨胀石墨和碳纤维制成分散液前，采用乙醇或丙酮洗涤碳纤维，并热风吹拂洗涤后的碳纤维，以去除碳纤维表面的上浆剂，并使碳纤维的纤维纱束散开，进而使得碳纤维分散为单丝状态，更容易与可膨胀石墨进行混合。碳纤维洗涤时间可以为20-30min，如20min、25min、30min。热风吹拂的条件可以为：以3-5m/s风速的80-100℃热风吹拂30-40min，如热风风速为3m/s、

4m/s、5m/s，热风温度为80℃、90℃、100℃，热风吹拂时间为30min、

35min、40min。

将可膨胀石墨和碳纤维在乙醇水溶液中超声分散25～35min，如25min、30min、35min，使得可膨胀石墨和碳纤维充分混合，得到分散液。上述设置使碳纤维可以更好地容纳可膨胀石墨，从而使可膨胀石墨和碳纤维结合得更紧密。乙醇水溶液的浓度可以为80-95％，如80％、90％、95％。可膨胀石墨、碳纤维、乙醇水溶液的配比可以为100-120g：5-10g：200-250ml，如100g：5g：200ml、110g：8g：220ml、120g：10g：250ml。超声波频率可以为20-

30KHz，如20KHz、25KHz、30KHz。

(2)将分散液过滤，使分散液中的可膨胀石墨和碳纤维共同沉积到滤纸表面，形成前驱体，具体为预浸渍的碳碳复合前驱体。

上述步骤中，将分散液在减压环境下过滤。

(3)将前驱体置于马弗炉中在膨胀温度下膨胀，使前驱体中的可膨胀石墨充分膨胀为柔性石墨，得到膨胀前驱体。

上述步骤中，膨胀温度为800～1000℃，如800℃、900℃、1000℃。膨胀时间为3～10min，如3min、5min、10min。图1为本申请实施例中超声分散时间为30min时，不同膨胀温度和膨胀时间对柔性石墨接地导体材料拉伸性能的影响，图2为本申请实施例中超声分散时间为30min时，不同膨胀温度和膨胀时间对柔性石墨接地导体材料电阻率的影响，对于膨胀温度和膨胀时间的选择可参照图1和图2进行。

(4)将膨胀前驱体按铺层设计在模具中铺层放好，加压压制成柔性石墨接地导体材料板材。

上述步骤中，膨胀前驱体的铺层方式包括叠放、收卷、加捻、捆扎、缠绕中的至少一种。压制压力可以为700-800MPa，如700MPa、750MPa、800MPa。压制时间可以为40-50min，如40min、45min、50min。

通过采用本申请提供的方法，生产过程中不使用粘合剂，消除了石墨材料受到大电流影响导致粘合剂挥发的安全隐患，提高了材料的性能和稳定性。本申请的柔性石墨接地导体材料产品的拉伸强度可达6Mpa，电阻率可达5×10

下面结合具体实施例进行详细说明：

实施例1

(1)采用丙酮洗涤碳纤维纱，并热风吹拂洗涤后的碳纤维纱，以去除碳纤维纱表面的上浆剂，并使碳纤维纱的纤维纱束散开，将可膨胀石墨和碳纤维纱在乙醇水溶液中超声分散25min，使得可膨胀石墨和碳纤维纱充分混合，得到分散液。其中，可膨胀石墨的粒径为50目。碳纤维的规格为12K。碳纤维洗涤时间为20min。热风吹拂的条件为：以3m/s风速的80℃热风吹拂40min。乙醇水溶液的浓度为80％。可膨胀石墨、碳纤维、乙醇水溶液的配比为100g：5g：200ml。超声波频率为20KHz。

(2)将分散液在减压环境下过滤，使分散液中的可膨胀石墨和碳纤维共同沉积到滤纸表面，形成前驱体，具体为预浸渍的碳碳复合前驱体。

(3)将前驱体置于马弗炉中在800℃下膨胀3min，使前驱体中的可膨胀石墨充分膨胀为柔性石墨，得到膨胀前驱体。

(4)将膨胀前驱体按铺层设计在模具中叠放好，加压压制成柔性石墨接地导体材料板材。其中，压制压力为700MPa，压制时间为50min。

柔性石墨接地导体材料板材的拉伸强度达5.8Mpa，电阻率达4.6×10

Ω·m。

实施例2

(1)采用乙醇洗涤碳纤维纱，并热风吹拂洗涤后的碳纤维纱，以去除碳纤维纱表面的上浆剂，并使碳纤维纱的纤维纱束散开，将可膨胀石墨和碳纤维纱在乙醇水溶液中超声分散30min，使得可膨胀石墨和碳纤维纱充分混合，得到分散液。其中，可膨胀石墨的粒径为100目。碳纤维的规格为24K。碳纤维洗涤时间为30min。热风吹拂的条件为：以5m/s风速的100℃热风吹拂30min。乙醇水溶液的浓度为95％。可膨胀石墨、碳纤维、乙醇水溶液的配比为120g：10g：250ml。超声波频率为30KHz。

(2)将分散液在减压环境下过滤，使分散液中的可膨胀石墨和碳纤维共同沉积到滤纸表面，形成前驱体，具体为预浸渍的碳碳复合前驱体。

(3)将前驱体置于马弗炉中在900℃下膨胀5min，使前驱体中的可膨胀石墨充分膨胀为柔性石墨，得到膨胀前驱体。

(4)将膨胀前驱体按铺层设计在模具中收卷放好，加压压制成柔性石墨接地导体材料板材。其中，压制压力为800MPa，压制时间为40min。

柔性石墨接地导体材料板材的拉伸强度达5.7Mpa，电阻率达4.4×10

Ω·m。

实施例3

(1)采用丙酮洗涤碳纤维纱，并热风吹拂洗涤后的碳纤维纱，以去除碳纤维纱表面的上浆剂，并使碳纤维纱的纤维纱束散开，将可膨胀石墨和碳纤维纱在乙醇水溶液中超声分散35min，使得可膨胀石墨和碳纤维纱充分混合，得到分散液。其中，可膨胀石墨的粒径为80目。碳纤维的规格为24K。碳纤维洗涤时间为25min。热风吹拂的条件为：以4m/s风速的90℃热风吹拂35min。乙醇水溶液的浓度为90％。可膨胀石墨、碳纤维、乙醇水溶液的配比为110g：8g：220ml。超声波频率为25KHz。

(2)将分散液在减压环境下过滤，使分散液中的可膨胀石墨和碳纤维共同沉积到滤纸表面，形成前驱体，具体为预浸渍的碳碳复合前驱体。

(3)将前驱体置于马弗炉中在1000℃下膨胀10min，使前驱体中的可膨胀石墨充分膨胀为柔性石墨，得到膨胀前驱体。

(4)将膨胀前驱体按铺层设计在模具中捆扎放好，加压压制成柔性石墨接地导体材料板材。其中，压制压力为750MPa，压制时间为45min。

柔性石墨接地导体材料板材的拉伸强度达6Mpa，电阻率达5×10

以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，本申请要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。