CN113851254A - 一种导电防腐蚀材料及其在电力接地中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种导电防腐蚀材料及其在电力接地中的应用，涉及电力接地网技术领域。本发明提供的导电防腐蚀材料包括碳纤维布和复合涂料，其中，所述复合涂料包括环氧树脂、固化剂和导电填料，所述导电填料包括碳纤维、石墨粉和炭黑中的至少一种。本发明技术方案通过以碳纤维布作为导电防腐蚀材料的骨架，利用碳纤维布良好的导电性能，在金属接地材料与外界土壤之间形成空间导电骨架，通过单层、多层碳纤维布空间导电骨架，将环氧树脂中碳纤维、不同粒度的石墨粉、导电炭黑粉末连接起来，形成空间导电连续相，从而使形成的导电防腐蚀材料具有优异的导电散流能力和防腐蚀性能。

Description

一种导电防腐蚀材料及其在电力接地中的应用
技术领域
本发明涉及电力接地网技术领域，特别涉及一种导电防腐蚀材料及其在电力接地中的应用。
背景技术
接地网是输变电行业重要的设施，是输变电设备、人员安全以及输电安全运行的保障。接地网材料大多使用金属材料，例如碳钢、镀锌钢、铜及铜包钢等。金属材料埋设在大地中，由于土壤是一种具有腐蚀性的电解质，其对埋设在其中的接地金属材料会产生腐蚀作用，使接地材料变薄，甚至发生断裂，从而导致被腐蚀的接地材料接地性能下降，接地电阻升高，无法满足输电、变电设施接地要求。当发生用电事故或雷击时，故障电流及雷电流无法顺利排除到大地，有可能串入输变电设施中，造成设备损坏、人员伤亡，危害输变电运行安全。因此，接地材料的防腐蚀性能非常重要。
接地材料的防护措施一般分为接地网牺牲阳极阴极保护和涂层保护两种。前者由于消耗过快，在输变电领域应用较少；而涂层防腐技术由于涂料的导电性较差，通常无法满足接地材料的接地性能。因此急需设计一种接地网防腐蚀材料，使其在拥有良好的防护性能的同时，还可在涂装后表现出良好的接地性能。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种电防腐蚀材料，旨在解决目前接地材料防护性能不佳的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种导电防腐蚀材料，包括碳纤维布和复合涂料，其中，所述复合涂料包括环氧树脂、固化剂和导电填料，所述导电填料包括碳纤维、石墨粉和炭黑中的至少一种。
本发明技术方案中，以碳纤维布作为导电防腐蚀材料的骨架，起到支撑、强化、传导电流等作用。并且，由于碳纤维布具有良好的导电性能，能够在金属接地材料与外界土壤之间形成空间导电骨架，通过单层、多层碳纤维布空间导电骨架，将环氧树脂中碳纤维、不同粒度的石墨粉、导电炭黑粉末连接起来，形成空间导电连续相，从而使形成的导电防腐蚀材料具有优异的导电散流能力，从而解决了传统以导电填料为基础的导电防腐涂料在成膜后无法形成导电物质的连续相的问题。除此之外，本发明通过将碳纤维布复合涂料有机结合，形成的均有空间导电连续相的复合材料还具有优异的防腐蚀性能。
作为本发明所述导电防腐蚀材料的优选实施方式，所述导电填料包括碳纤维、石墨粉和炭黑，所述固化剂为酚醛胺固化剂(T31固化剂)。
本发明技术方案中，导电填料须同时包含碳纤维、石墨粉和炭黑三种原料，若采用单一的填料种类，导致其尺寸和形状单一，会对复合涂料的导电性和粘度产生较大影响，无法提供给复合涂料最佳的导电性能。
作为本发明所述导电防腐蚀材料的优选实施方式，所述导电填料的质量占所述环氧树脂的质量的10-35％。
发明人经过大量试验发现，如果导电填料含量低于10％，涂料的导电性能不佳；单纯的增加导电填料的比例，会大大降低复合涂料的粘结性和力学性能，导致涂料的防护能力降低，如果导电填料含量高于35％，使得复合涂料的粘度较高，将无法完成流平、浸润、消泡。
作为本发明所述导电防腐蚀材料的优选实施方式，所述碳纤维的单丝直径为5-20um，长径比为2-8:1；所述石墨粉的目数为1000-1500目；所述炭黑的粒径为10-35nm。
作为本发明所述导电防腐蚀材料的优选实施方式，所述碳纤维布包括石墨化碳纤维机织纤维布或石墨化碳纤维无纺布中的任意一种。
作为本发明所述导电防腐蚀材料的优选实施方式，所述碳纤维布的厚度为0.01-0.1mm。
发明人经过大量试验发现，碳纤维布的厚度为0.01-0.1mm时，具有最佳的施工效果。当碳纤维布的厚度大于0.1mm时，会引起涂料浸润不充分，导电防腐蚀材料体积过于庞大，材料空隙率增加等问题。
第二方面，本发明还提出一种导电防腐蚀材料在电力接地中的应用。
作为本发明所述导电防腐蚀材料在电力接地中的应用的优选实施方式，将所述导电防腐蚀材料采用一布两油、两布三油或三布四油的方式进行施工。
本发明技术方案中，导电防腐蚀材料在电力接地中的应用，若采用一布两油的方式，其对应的施工方式包括如下步骤：
(1)将环氧树脂、导电填料混合，高速搅拌后过筛，与固化剂混合均匀得到复合涂料；
(2)将碳纤维布裁剪成与接地材料相匹配的尺寸，在接地材料表面涂覆一道复合涂料，在复合涂料未干状态下，在接地材料表面缠绕一层碳纤维布，再碳纤维布表面涂覆一道导电涂料，重复固化后得到接地材料导电防腐蚀复合材料。
两布三油、三布四油与一布两油的区别仅在于复合涂料和碳纤维布的之间涂覆的次数不同。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明技术方案通过以碳纤维布作为导电防腐蚀材料的骨架，利用碳纤维布良好的导电性能，在金属接地材料与外界土壤之间形成空间导电骨架，通过单层、多层碳纤维布空间导电骨架，将环氧树脂中碳纤维、不同粒度的石墨粉、导电炭黑粉末连接起来，形成空间导电连续相，从而使形成的导电防腐蚀材料具有优异的导电散流能力和防腐蚀性能。
(2)本发明提供的导电防腐蚀材料适用于电力领域输电、变电、发电***接地网在高腐蚀地区的防护，采用本发明提供的导电防腐蚀材料防护的接地金属材料使用寿命可增加2-3倍。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的导电防腐蚀材料包括碳纤维布和复合涂料两部分，其中，碳纤维布的厚度为0.09mm，复合涂料按质量份数计，包括以下组分：环氧树脂100份、T31固化剂40份、导电填料(由碳纤维粉3份、石墨粉3份和炭黑4份)；碳纤维粉的单丝直径为5μm，长径比为2:1；石墨粉的目数为1500目；炭黑的粒径为12nm。
本实施例的复合涂料的制备方法包括以下步骤：将碳纤维粉、石墨粉、炭黑与环氧树脂混合后高速搅拌30min，过120目筛后与T31固化剂混合，即得到所述复合涂料。
实验例1
以实施例1制备的导电防腐蚀材料为应用原料，采用一布两油的涂布方式进行应用，具体应用方法包括以下步骤：在电力接地网用碳钢接地扁钢表面处理后，将复合涂料喷涂于接地扁钢表面，再缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，固化后得到接地材料导电防腐蚀复合材料。
实施例2
本实施例的导电防腐蚀材料包括碳纤维布和复合涂料两部分，其中，碳纤维布的厚度为0.09mm，复合涂料按质量份数计，包括以下组分：环氧树脂100份、T31固化剂40份、导电填料(由碳纤维粉10份、石墨粉10份和炭黑15份)；碳纤维粉的单丝直径为10μm，长径比为8:1；石墨粉的目数为1000目；炭黑的粒径为12nm。
本实施例的复合涂料的制备方法同实施例1。
实验例2
以实施例2制备的导电防腐蚀材料为应用原料，采用一布两油的涂布方式进行应用，具体应用方法包括以下步骤：在电力接地网用碳钢接地扁钢表面处理后，将复合涂料喷涂于接地扁钢表面，再缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，固化后得到接地材料导电防腐蚀复合材料。
实施例3
本实施例的导电防腐蚀材料包括碳纤维布和复合涂料两部分，其中，碳纤维布的厚度为0.1mm，复合涂料按质量份数计，包括以下组分：环氧树脂100份、T31固化剂40份、导电填料(由碳纤维粉10份、石墨粉10份和炭黑5份)；碳纤维粉的单丝直径为7μm，长径比为4:1；石墨粉的目数为1200目；炭黑的粒径为35nm。
本实施例的复合涂料的制备方法同实施例1。
实验例3
以实施例3制备的导电防腐蚀材料为应用原料，采用两布三油的涂布方式进行应用，具体应用方法包括以下步骤：在电力接地网用碳钢接地扁钢表面处理后，将复合涂料喷涂于接地扁钢表面，缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，固化后得到接地材料导电防腐蚀复合材料。
实施例4
本实施例的导电防腐蚀材料包括碳纤维布和复合涂料两部分，其中，碳纤维布的厚度为0.1mm，复合涂料按质量份数计，包括以下组分：环氧树脂100份、T31固化剂40份、导电填料(由碳纤维粉10份、石墨粉10份和炭黑5份)；碳纤维粉的单丝直径为20μm，长径比为2:1；石墨粉的目数为1200目；炭黑的粒径为20nm。
本实施例的复合涂料的制备方法同实施例1。
实验例4
以实施例4制备的导电防腐蚀材料为应用原料，采用三布四油的涂布方式进行应用，具体应用方法包括以下步骤：在电力接地网用碳钢接地扁钢表面处理后，将复合涂料喷涂于接地扁钢表面，缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，缠绕一层碳纤维布，再喷涂一道导电涂料，固化后得到接地材料导电防腐蚀复合材料。
根据GB/T 10125-1997人造气氛腐蚀试验标准、GB/T3048.3-2007电线电缆电性能试验方法第3部分：半导电橡塑材料体积电阻率试验标准对实验例1-4制备得到的接地材料导电防腐蚀复合材料进行性能测试，测试结果如下表1所示。
表1.实验例1-4制备得到的接地材料导电防腐蚀复合材料性能测试结果
体积电阻率(Ω·cm) 中性盐雾试验时间(h)
实验例1 <10 500
实验例2 <1 800
实验例3 <3 1500
实验例4 <4 3500
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种导电防腐蚀材料，其特征在于，包括碳纤维布和复合涂料，其中，所述复合涂料包括环氧树脂、固化剂和导电填料，所述导电填料包括碳纤维、石墨粉和炭黑中的至少一种。
2.如权利要求1所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述导电填料包括碳纤维、石墨粉和炭黑，所述固化剂为酚醛胺固化剂。
3.如权利要求1所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述导电填料的质量占所述环氧树脂的质量的10-35％。
4.如权利要求2所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述碳纤维的单丝直径为5-20um，长径比为2-8:1。
5.如权利要求2所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述石墨粉的目数为1000-1500目。
6.如权利要求2所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述炭黑的粒径为10-35nm。
7.如权利要求1所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述碳纤维布包括石墨化碳纤维机织纤维布或石墨化碳纤维无纺布中的任意一种。
8.如权利要求1所述的导电防腐蚀材料，其特征在于，所述碳纤维布的厚度为0.01-0.1mm。
9.如权利要求1-8任一项所述的导电防腐蚀材料在电力接地中的应用。
10.如权利要求9所述的导电防腐蚀材料在电力接地中的应用，其特征在于，将所述导电防腐蚀材料采用一布两油、两布三油或三布四油的方式进行施工。
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