一種金屬纖維芯低阻石墨線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬纖維芯低阻石墨線及其制備方法，包括金屬纖維芯和包裹于金屬纖維芯外側(cè)的復(fù)合石墨外層，其中，復(fù)合石墨外層采用復(fù)合石墨帶繞金屬纖維芯進行捻制或編織獲得，復(fù)合石墨帶包括兩層蠕蟲石墨層和敷設(shè)于兩層石墨帶間的無機纖維構(gòu)成，無機纖維外側(cè)包覆有粘合劑層。本發(fā)明石墨線電阻率可顯著降低，導(dǎo)電性明顯提高，有利于制備導(dǎo)電性良好的石墨復(fù)合接地材料。
【專利說明】 一種金屬纖維芯低阻石墨線及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)接地材料，尤其涉及一種金屬纖維芯低阻石墨線及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路是電力系統(tǒng)的基本組成部分，頻繁的雷擊跳閘事故一直是輸電線路面臨的最主要自然災(zāi)害故障。實際運行經(jīng)驗表明，桿塔接地電阻偏大是引起線路反擊跳閘的主要原因，“防雷在于接地”，低阻值、長期穩(wěn)定的輸電線路桿塔接地網(wǎng)是減少輸電線路雷擊事故、維護電力設(shè)備安全穩(wěn)定運行的重要電力裝置。
[0003]我國電力系統(tǒng)輸電線路接地網(wǎng)通常采用扁鋼、不銹鋼、銅等金屬類接地材料，以及含電鍍金屬層的鍍鋅鋼、不銹鋼包鋼、銅包鋼金屬接地材料。除了運輸及施工難度大、易發(fā)生偷盜現(xiàn)象外，金屬接地材料最大的瓶頸問題是接地材料的腐蝕。實際運行經(jīng)驗表明，鍍鋅鋼、扁鋼等接地材料腐蝕較快，一般運行3-7年即發(fā)生嚴重腐蝕。銅的耐腐蝕能力是鋼的3?4倍，過高的材料成本是限制其在輸電線路桿塔接地網(wǎng)應(yīng)用的主要原因。
[0004]針對金屬材料輸電線路桿塔接地網(wǎng)的腐蝕問題，一些非金屬接地材料應(yīng)運而生。如專利號ZL201320654859.5的《新型石墨復(fù)合接地材料》，提出了一種石墨復(fù)合接地材料，可有效避免金屬接地材料的腐蝕等問題。石墨作為一種良導(dǎo)體，其導(dǎo)電特性滿足一般接地特性的要求，但是，對于距離較長的接地網(wǎng)，接地材料自身電阻率直接影響接地網(wǎng)的有效接地長度。因此，盡可能降低石墨復(fù)合接地材料的電阻率是降低接地網(wǎng)接地電阻、延長其有效接地長度的有效措施。
[0005]另外，經(jīng)實際試驗，上述石墨復(fù)合接地材料的制備中，當采用輥壓方式將金屬纖維置于石墨紙中，由于石墨紙厚度較小，金屬纖維容易裸露出石墨紙表面，破壞石墨帶完整性。此外，與玻璃纖維或其他纖維不同的是，金屬纖維極易卷曲，使得采用輥壓方式將直徑較大的金屬纖維復(fù)合在石墨紙中存在一定困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有石墨復(fù)合接地材料中石墨線電阻率較聞的缺點，本發(fā)明提供了一種金屬纖維芯低阻石墨線及其制備方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種金屬纖維芯低阻石墨線，包括金屬纖維芯和包裹于金屬纖維芯外側(cè)的復(fù)合石墨外層，其中，復(fù)合石墨外層采用復(fù)合石墨帶繞金屬纖維芯進行捻制或編織獲得，復(fù)合石墨帶包括兩層蠕蟲石墨層和敷設(shè)于兩層石墨帶間的無機纖維構(gòu)成，無機纖維外側(cè)包覆有粘合劑層。
[0008]上述金屬纖維芯為不多于3根的金屬纖維。
[0009]上述粘合劑可為熱固性高分子膠或?qū)щ娔z，其中，熱固性高分子膠可以為丙烯酸樹脂膠、聚氨酯/PU膠、氨基樹脂膠、酚醛樹脂膠、環(huán)氧樹脂膠、呋喃樹脂膠、間笨二酚-甲醛樹脂膠、二甲笨-甲醛樹脂膠、不飽和聚酯膠、復(fù)合型樹脂膠、聚酰亞胺膠或脲醛樹脂膠等。
[0010]上述無機纖維可為玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、凱芙拉纖維或陶瓷纖維。
[0011]上述金屬纖維可為銅纖維、不銹鋼纖維或鎳纖維。
[0012]上述金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，包括步驟:
步驟I，對螺蟲石墨進打棍壓制成螺蟲石墨紙；
步驟2，將無機纖維表面浸潤粘合劑，并敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，經(jīng)熱固、輥壓得到復(fù)合石墨紙；
步驟3，裁切復(fù)合石墨紙得到復(fù)合石墨帶；
步驟4，以金屬纖維為芯，采用復(fù)合石墨帶繞金屬纖維芯進行捻制或編織，得到金屬纖維芯低阻石墨線。
[0013]作為優(yōu)選，螺蟲石墨紙厚度為0.1?1mm。
[0014]作為優(yōu)選，無機纖維直徑為0.08^0.2mm。
[0015]作為優(yōu)選，無機纖維等間隔敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，無機纖維間隔0.5^1.2mm。
[0016]作為優(yōu)選,復(fù)合石墨帶寬度為10mnT25mm。
[0017]作為優(yōu)選，金屬纖維芯包括不多于3根的金屬纖維。
[0018]上述金屬纖維直徑lmnTlOmm。
[0019]步驟4中，在金屬纖維芯外層采用單條復(fù)合石墨帶通過單向繞線進行捻制獲得復(fù)合石墨外層，或者，在金屬纖維芯外層采用兩條復(fù)合石墨帶進行反向絞線編織獲得復(fù)合石墨外層。
[0020]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
1、本發(fā)明石墨線電阻率顯著降低，和現(xiàn)有石墨復(fù)合接地材料中石墨線相比，本發(fā)明石墨線電阻率可降低一個數(shù)量級以上，導(dǎo)電性明顯提高，有利于制備導(dǎo)電性良好的石墨復(fù)合接地材料。
[0021]2、制備簡單，當使用較大直徑金屬纖維時，也不存在金屬纖維裸露出石墨帶表面的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是粘合劑涂覆無機纖維不意圖；
圖2是雙向絞線式金屬纖維芯石墨線示意圖；
圖3是單向捻線式金屬纖維芯石墨線示意圖；
其中，1-無機纖維；2_粘合劑層；3_金屬纖維芯；4_復(fù)合石墨帶內(nèi)設(shè)的無機纖維；5、6-復(fù)合石墨帶；7_雙向絞線式金屬纖維芯石墨線；8_單向捻線式金屬纖維芯石墨線。

【具體實施方式】
[0023]具體實施中，主要制備原料包括碳含量高于85%的高純?nèi)湎x石墨、丙烯酸乙酯水溶性粘合劑、玻璃纖維和金屬纖維，金屬纖維可以為銅纖維、不銹鋼纖維、鎳纖維等低電阻率金屬纖維。
[0024]對蠕蟲石墨進行滾壓制成表面光滑平整無明顯凹陷的蠕蟲石墨紙，蠕蟲石墨紙厚度以0.f Imm為宜。采用抗腐蝕、成本低的無機纖維如玻璃纖維作為復(fù)合石墨帶的“骨架纖維”。
[0025]復(fù)合石墨帶制備方法如下:選用直徑0.08、.2mm的玻璃纖維，采用丙烯酸乙酯水溶性粘合劑將玻璃纖維表層均勻浸潤，并等間距敷設(shè)于上下兩層蠕蟲石墨紙間，玻璃纖維間隔0.5mnTl.2mm ;于8(Tl2(TC溫度保持6(Tl00s進行熱固處理，同時經(jīng)兩次以上輥壓得到復(fù)合石墨紙。裁切復(fù)合石墨紙得到寬度10mnT25mm的復(fù)合石墨帶，所得復(fù)合石墨帶表面光滑平整，無纖維裸露出石墨帶表層。
[0026]選用抗腐蝕良好的金屬纖維，如銅纖維、不銹鋼纖維等，金屬纖維直徑可以選擇ImnTlOmm,數(shù)量以3根以下為宜。以單根或多根金屬纖維為芯，外層采用單條復(fù)合石墨帶通過單向繞線進行捻制獲得復(fù)合石墨外層。另外，也可以選擇2條復(fù)合石墨帶，在金屬纖維芯外層經(jīng)反向絞線編織，得到直徑更大的金屬纖維芯石墨線。制備的金屬纖維芯石墨線直徑一般為1.8?4_。
[0027]本發(fā)明提供的低電阻率石墨線的幾種具體實施例如下:
實施例1
原材料包括含碳量約95%的蠕蟲石墨、直徑0.15mm的玻璃纖維、丙烯酸乙酯水溶性粘合劑和直徑1.5mm的銅纖維。采用輥壓方式制備蠕蟲石墨紙；見圖1，采用丙烯酸乙酯水溶性粘合劑將玻璃纖維表層均勻浸潤，將玻璃纖維等間距敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，經(jīng)熱固、棍壓、裁切，得到寬度22_、厚度0.28mm的復(fù)合石墨帶,復(fù)合石墨帶表面光滑平整無纖維裸露。
[0028]見圖2，選擇2條復(fù)合石墨帶(5，6)，I條銅纖維(3)，利用絞線裝置制備雙向絞線式金屬纖維芯石墨線(7)，其直徑約3.8_。采用四極法微電阻測量本實施例雙向絞線式金屬纖維芯石墨線電阻，長度為Im的雙向絞線式金屬纖維芯石墨線電阻約0.14Ω，而長度為Im的不含金屬纖維的復(fù)合石墨線電阻約4.5 Ω。
[0029]實施例2
原材料包括含碳量約95%的蠕蟲石墨、直徑0.15mm的玻璃纖維、丙烯酸乙酯水溶性粘合劑和直徑1_的銅纖維。采用輥壓方式制備蠕蟲石墨紙；見圖1，采用丙烯酸乙酯水溶性粘合劑將玻璃纖維表層均勻浸潤，將玻璃纖維等間距敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，經(jīng)過熱固、棍壓、裁切，得到寬度22_、厚度0.28mm的復(fù)合石墨帶,復(fù)合石墨帶表面光滑平整無纖維裸露。
[0030]見圖3，選擇I條復(fù)合石墨帶(9)，I條銅纖維(3)，利用捻線裝置制備單向捻線式金屬纖維芯石墨線(8)，其直徑約2.2_。采用四極法微電阻測量本實施例單向捻線式金屬纖維芯石墨線電阻，長度為Im的單向捻線式金屬纖維芯低阻石墨線電阻約0.23Ω，而長度為Im的不含金屬纖維的復(fù)合石墨線電阻約4.5Ω。
[0031]上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術(shù)語進行說明，但不能以此限定本專利的保護范圍，熟悉此【技術(shù)領(lǐng)域】的人士可在了解本專利的精神與原則后對其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬纖維芯低阻石墨線，其特征在于: 包括金屬纖維芯和包裹于金屬纖維芯外側(cè)的復(fù)合石墨外層，其中，復(fù)合石墨外層采用復(fù)合石墨帶繞金屬纖維芯進行捻制或編織獲得，復(fù)合石墨帶包括兩層蠕蟲石墨層和敷設(shè)于兩層石墨帶間的無機纖維構(gòu)成，無機纖維外側(cè)包覆有粘合劑層。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬纖維芯低阻石墨線，其特征在于: 所述的金屬纖維芯為不多于3根的金屬纖維。
3.權(quán)利要求1所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于，包括步驟: 步驟I，對螺蟲石墨進打棍壓制成螺蟲石墨紙； 步驟2，將無機纖維表面浸潤粘合劑，并敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，經(jīng)熱固、輥壓得到復(fù)合石墨紙； 步驟3，裁切復(fù)合石墨紙得到復(fù)合石墨帶； 步驟4，以金屬纖維為芯，采用復(fù)合石墨帶繞金屬纖維芯進行捻制或編織，得到金屬纖維芯低阻石墨線。
4.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于:所述的蠕蟲石墨紙厚度為0.1?1mm。
5.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 所述的無機纖維直徑為0.08、.2mm。
6.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 所述的無機纖維等間隔敷設(shè)于兩層蠕蟲石墨紙間，無機纖維間隔0.5^1.2_。
7.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 所述的復(fù)合石墨帶寬度為10mnT25mm。
8.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 所述的金屬纖維直徑lmnTlOmm。
9.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 所述的金屬纖維芯包括不多于3根的金屬纖維。
10.如權(quán)利要求3所述的金屬纖維芯低阻石墨線的制備方法，其特征在于: 步驟4中，在金屬纖維芯外層采用單條復(fù)合石墨帶通過單向繞線進行捻制獲得復(fù)合石墨外層，或者，在金屬纖維芯外層采用兩條復(fù)合石墨帶進行反向絞線編織獲得復(fù)合石墨外層。
【文檔編號】H01B13/02GK104269203SQ201410580571
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】阮江軍, 龔若涵, 胡元潮, 文武, 周軍, 劉振武 申請人:武漢大學(xué)