特种纳米接地导线及其制备方法
【专利摘要】一种特种纳米接地导线及其制备方法，其芯材是直径为7~26mm的炭玻璃绳（1），所述炭玻璃绳（1）由至少5根炭玻璃纤维线（11）组成，所述炭玻璃纤维线（11）每根含有至少140条炭玻璃纤维（12）；所述炭玻璃纤维（12）中含有高纯纳米石墨（2）和超导电纳米炭黑（3）；由包含有高纯纳米石墨（2）、超导电纳米炭黑（3）、环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂和固化剂的粘合材料（4）粘结成线。本发明利用碳纤维填纳米材料使其导电性显著提高30~50%，耐磨损，耐腐蚀，耐高温高压；不污染空气、水源、土壤和环境，环保性强；无论在高山，沙漠，岩石，水域施工方便都不用电焊连接，在正常情况下，无须二次或三次施工安装。
【专利说明】特种纳米接地导线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本法明涉及避雷接地线【技术领域】，特别是涉及一种特种纳米接地导线及其制备方 法。
【背景技术】
[0002]随着现代工业在规模上的发展和在自动化水平上的提高，特别是计算机普遍应用于生产、生活中的保护、监控和信息处理系统中以后，接地导线的作用和意义发生了很大的变化。为防止自动化设备的误动和死机现象的发生，对接地导线的导电性、稳定性以及抗干扰能力提出了更高的要求。
[0003]目前接地导线施工存在的主要问题有:导电性能差，易腐蚀，寿命短，接地电阻值不能满足系统运行要求；部分金属导线含有对人体有害的铅、锌、铜、镍、珞、汞、砷等氧化金属和放射性有害物质，污染空气、水源、土壤和环境，环保性差；施工地质、地形条件复杂且工作环境恶劣，采用常规焊接手段施工麻烦，容易导致二次或三次施工安装；容易遭到雷电天气的损害，造成严重损失。
[0004]目前对于防雷专用导线的研究相对较少，传统的金属导线如铜导线等不仅成本高，且对高温、高压、磨损、腐蚀等承受力差，环保性不好；近期出现的石墨导线由若干条玻璃丝纤维和至少一根耐腐蚀增强丝组成，做工复杂，操作要求高，不适用于做特种纳米接地导线；此外，不久前公开的一种适用于长距离输电的防雷碳纤维光电复合导线，其包含至少一根绝缘线芯和至少一根光纤单元，同样存在做工复杂、操作要求极高、不适用于做特种纳米接地导线的问题。根据以往解决接地问题的实际经验，针对目前接地网存在的问题，在多年实践的基础上，以防腐为切入点，以降低电阻为手段，综合性的提高接地网的健康。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种特种纳米接地导线及其制备方法，有效解决目前接地导线施工存在的导电性能差，易腐蚀，寿命短，接地电阻值不能满足系统运行要求、环保性差、对施工环境要求高、容易导致二次或三次施工安装等问题。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种特种纳米接地导线，其特征在于:所述特种纳米接地导线的芯材是直径为7~26_的炭玻璃绳，所述炭玻璃绳由至少5根炭玻璃纤维线组成，所述炭玻璃纤维线每根含有至少140条炭玻璃纤维；所述炭玻璃纤维中含有重量百分比均为20%~30%的高纯纳米石墨和超导电纳米炭黑；所述炭玻璃纤维由粘合材料粘结成炭玻璃纤维线；所述粘合材料中包含有30~45%的高纯纳米石墨、30~45%的超导电纳米炭黑、5~15%的环氧树脂、5~15%的酚醛树脂、5~15%的增韧剂和I~5%的固化剂。
[0007]所述炭玻璃绳内含有7根炭玻璃纤维线。
[0008]所述特种纳米接地导线的制备方法为:
O组分含量确定:制定方案，确定炭玻璃纤维中高纯纳米石墨和超导电纳米炭黑的用量；确定浸胶槽和固化槽中高纯纳米石墨、超导电纳米炭黑、环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂和固化剂的比例及用量；
2)清洗:购进废旧玻璃，称重后洗净；
3)破碎:洗净后的玻璃进入破碎机进行破碎；
4)筛分:进筛分机过筛，得到粒度为0.3^0.5cm的玻璃颗粒；
5)甩干:进入甩干机甩干；
6)混匀:将甩干后的玻璃颗粒加入搅拌桶，按照已定方案加入高纯纳米石墨(2)和超导电纳米炭黑，搅拌使材料混合均匀；
7)坩埚加热:将混合后的材料加入多孔坩埚中，进行40(T600°C连续电热融化，直至拉出的炭玻璃纤维为黑色为止；
8)拉出纤维:用多孔坩埚拉出成束的炭玻璃纤维，每束炭玻璃纤维由至少140条单丝组成，单丝直径为7um，炭玻璃纤维的粘碳量为20%~30% ；
9)降温处理:以束为单位对炭玻璃纤维进行冷喷射降温处理；
10)浸胶:通过送丝架将成束的炭玻璃纤维送入浸胶槽进行浸胶，需事先打开浸胶槽的加热装置的开关，设置加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述浸胶槽内材料包含10~20%的环氧树脂、10~20%的酚醛树脂、30~45%的高纯纳米石墨和30~45%超导电纳米炭黑；
11)固化:将浸胶后的成束的炭玻璃纤维送入固化槽进行增韧和固化，需事先打开固化槽的加热装置的开关，设置 加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述固化槽内包括10~20%的增韧剂、5~10%的固化剂、30~45%的高纯纳米石墨和30~45%的超导电纳米炭黑；
12)成型:将浸胶处理后的成束的炭玻璃纤维送入电热红外线烘干箱进行烘干，所述烘干箱烘干温度设置为180-220° C，此时炭玻璃纤维粘结在一起，炭玻璃纤维线成型；
13)表面处理:上述制备的炭玻璃纤维线送入表面处理箱进行表面处理；
14)绞绳:经表面处理后的至少5根炭玻璃纤维线多根一起进入捻线机进行绞合，形成成品的炭玻璃绳。
[0009]所述炭玻璃绳反复多次顺序进入浸胶槽、固化槽、电热红外线烘干箱和捻线机，重复步骤10-14，制成更大规格的特种纳米接地导线，满足不同的导电率要求。
[0010]本发明利用碳纤维填纳米材料使其导电性能显著提高30-50%，耐磨损，耐腐蚀，耐高温高压；不含有对人体有害的铅、锌、铜、镍、珞、汞、砷等氧化金属和放射性有害物质，不污染空气、水源、土壤和环境，环保性强；无论在高山，沙漠，岩石，水域施工方便都不用电焊连接，在正常情况下，无须二次或三次施工安装。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1本发明中间产品炭玻璃纤维12的横断面结构示意图；
图2是本发明中间产品炭玻璃纤维线11的横断面结构示意图；
图3是本发明实施例1炭玻璃绳I的横断面结构示意图；
图4是本发明实施例2炭玻璃绳I的横断面结构示意图；
图5是本发明特种纳米接地导线制作中步骤10-12的工艺流程示意图。[0012]1-炭玻璃绳、2-高纯纳米石墨、3-超导电纳米炭黑、4-粘合材料、5-浸胶槽、6_固化槽、7-电热红外线烘干箱、8-表面处理箱、9-送丝架、10-捻线机、11-炭玻璃纤维线、12-炭玻璃纤维。
【具体实施方式】
[0013]结合图f 4，一种特种纳米接地导线及其制备方法，其特征在于:所述特种纳米接地导线的芯材是直径为7~26_的炭玻璃绳1，所述炭玻璃绳I由至少5根炭玻璃纤维线11组成，所述炭玻璃纤维线11每根含有至少140条炭玻璃纤维12 ;所述炭玻璃纤维12中含有重量百分比均为20%~30%的高纯纳米石墨2和超导电纳米炭黑3 ;所述炭玻璃纤维12由粘合材料4粘结成炭玻璃纤维线11 ;所述粘合材料4中包含有30-45%的高纯纳米石墨2、30^45%的超导电纳米炭黑3、5~15%的环氧树脂、5~15%的酚醛树脂、5~15%的增韧剂和I~5%的固化剂。所述炭玻璃纤维12的直径为7um。
[0014]
此种特种纳米接地导线耐高温高压，耐磨损，耐腐蚀；不含有对人体有害的铅、锌、铜、镍、珞、汞、砷等氧化金属和放射性有害物质，不污染空气、水源、土壤和环境，环保性强；无论在高山，沙漠，岩石，水域施工方便都不用电焊连接，在正常情况下，无须二次或三次施工安装。
[0015]结合图3和图5，实施例1特种纳米接地导线的制备方法为:
1)组分含量确定:制定方案，确定炭玻璃纤维12中高纯纳米石墨2和超导电纳米炭黑3的用量；确定浸胶槽中高纯纳米石墨2、超导电纳米炭黑3、环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂和固化剂的比例及用量；
2)洗净:购进废旧玻璃，称重后洗净；
3)破碎:洗净后的玻璃进入破碎 机进行破碎；
4)筛分:进筛分机过筛，得到粒度为0.3^0.5cm的玻璃颗粒；
5)甩干:进入甩干机甩干；
6)混匀:将甩干后的玻璃颗粒加入搅拌桶，按照已定方案加入高纯纳米石墨2和超导电纳米炭黑3,搅拌使材料混合均匀；
7)坩埚加热:将混合后的材料加入146孔坩埚中，进行40(T600°C连续电热融化，直至拉出的炭玻璃纤维12为黑色为止；
8)拉出纤维:用146孔坩埚拉出成束的炭玻璃纤维12，每束炭玻璃纤维12由至少140^146条单丝组成，单丝直径为7um，炭玻璃纤维的粘碳量为20%~30% ；
9)降温处理:以束为单位对炭玻璃纤维12进行冷喷射降温处理；
10)浸胶:通过送丝架9将成束的炭玻璃纤维12送入浸胶槽5进行浸胶，需事先打开浸胶槽5加热装置的开关，设置加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述浸胶槽5内材料包含10~20%的环氧树脂、10~20%的酚醛树脂、30~45%的高纯纳米石墨2和30~45%超导电纳米炭黑3 ；
11)固化:将浸胶后的成束的炭玻璃纤维12送入固化槽6进行增韧和固化，需事先打开固化槽6加热装置的开关，设置加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述固化槽内包括10~20%的增韧剂、5~10%的固化剂、30~45%的高纯纳米石墨2和30~45%的超导电纳米炭黑3 ；
12)成型:将浸胶处理后的成束的炭玻璃纤维12送入电热红外线烘干箱7进行烘干，所述烘干箱烘干温度设置为180-220° C，此时炭玻璃纤维12粘结在一起，炭玻璃纤维线11成型；
13)表面处理:上述制备的炭玻璃纤维线11送入表面处理箱8进行表面处理；
14)绞绳:将经表面处理后的7根炭玻璃纤维线11一起进入捻线机10进行绞合，形成成品的炭玻璃绳I ;
结合图4和图5，实施例2特种纳米接地导线的制备方法为:
在实施例1制备流程之后，将所述炭玻璃绳I再次顺序进入浸胶槽5、固化槽6、电热红外线烘干箱7和捻线机10，重复步骤10-14，随导线重量加重，电热红外线烘干箱7的烘干温度相应调高，制成炭玻璃纤维12含量为实施例1的7倍的特种纳米接地导线。
[0016]对于不同的实际情况，可通过多次重复步骤10-14来满足不同的导电率要求。
[0017]炭玻璃绳I的优点是:抗拉强度高，直径愈细，强度愈高；比重轻，约为2.5^2.7，比钢铁约轻3倍；耐热性高，在300° C以上时强度才开始下降；延伸率小，约为2% ;化学稳定性好，除氢氧酸热浓磷酸及强碱外，对大部分介质都有良好稳定性；有弹性，无屈服点，弹性模量约为0.3^0.7*106kg/cm2。碳玻璃纤维12的性质主要包括，力学性质，包括强度、模量和申力；热学性质，包括热容、热导电率和热膨胀；化学性质，包括氧化性、腐蚀性和电学磁学性质等。用玻璃纤维填充纳米材料形成碳玻璃纤维12，使导电性能得到显著提高。高纯纳米石墨2，高纯纳米石墨2的石墨碳玻璃纤维含碳97%、98%时，电阻率对应为11、9 Ω.πι，碳纳米石墨含碳95%，电阻率 为12 Ω.m ;超导电纳米炭黑3的粒子越小导电性越好，当超导电纳米炭黑的添加重量百分比为5%时，涂层面电阻为105~106Ω，添加量为10%，电阻103~104Ω，添加量为20%，体积电阻率为10°~10 Ω.m ;明显优于一般半导体材料和金属材料。环氧树脂粘接力大，粘接强度高，收缩率小，尺寸稳定，耐介质性好，电性能优良，毒性低，危害小，易于改性，用途广泛；酚醛树脂极性大，粘接力强，刚性大，耐热性高，耐老化性好，包括高温老化和自然老化、耐水、耐油、耐化学介质。增韧剂，改善树脂脆性，降低粘度，增加流动性，便于操作，可适当提高机械性能，尤其可以提高冲击韧性与树脂互溶性好，挥发性小，粘度小，应是沸点高或熔点低的物质，无臭无毒、耐热性好、柔软性好。固化剂是环氧树脂粘剂中不可缺少的重要成分，耐热性比较高，电性能较好，计量添加量。
【权利要求】
1.一种特种纳米接地导线，其特征在于:所述特种纳米接地导线的芯材是直径为7~26mm的炭玻璃绳(I),所述炭玻璃绳(I)由至少5根炭玻璃纤维线(11)组成，所述炭玻璃纤维线(11)每根含有至少140条炭玻璃纤维(12);所述炭玻璃纤维(12)中含有重量百分比均为20%~30%的高纯纳米石墨(2)和超导电纳米炭黑(3);所述炭玻璃纤维(12)由粘合材料(4)粘结成炭玻璃纤维线(11);所述粘合材料(4)中包含有30-45%的高纯纳米石墨(2)、30~45%的超导电纳米炭黑(3)、5~15%的环氧树脂、5~15%的酚醛树脂、5~15%的增韧剂和I~5%的固化剂。
2.根据权利要求1所述的特种纳米接地导线，其特征在于:所述炭玻璃绳(I)内含有7根炭玻璃纤维线(11)。
3.根据权利要求1所述的特种纳米接地导线，其制备方法为: 组分含量确定:制定方案，确定炭玻璃纤维(12)中高纯纳米石墨(2)和超导电纳米炭黑(3)的用量；确定浸胶槽(5)和固化槽(6)中高纯纳米石墨(2)、超导电纳米炭黑(3)、环氧树脂、酚醛树脂、增韧剂和固化剂的比例及用量； 清洗:购进废旧玻璃，称重后洗净； 破碎:洗净后的玻璃进入破碎机进行破碎； 筛分:进筛分机过筛，得到粒度为0.3^0.5cm的玻璃颗粒； 甩干:进入甩干机甩干 ； 混匀:将甩干后的玻璃颗粒加入搅拌桶，按照已定方案加入高纯纳米石墨(2)和超导电纳米炭黑(3)，搅拌使材料混合均匀； 坩埚加热:将混合后的材料加入多孔坩埚中，进行40(T600° C连续电热融化，直至拉出的炭玻璃纤维(12)为黑色为止； 拉出纤维:用多孔坩埚拉出成束的炭玻璃纤维(12)，每束炭玻璃纤维(12)由至少140条单丝组成，单丝直径为7um，炭玻璃纤维的粘碳量为20%~30% ； 降温处理:以束为单位对炭玻璃纤维(12)进行冷喷射降温处理； 浸胶:通过送丝架(9)将成束的炭玻璃纤维(12)送入浸胶槽(5)进行浸胶，需事先打开浸胶槽(5)的加热装置的开关，设置加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述浸胶槽(5)内材料包含10~20%的环氧树脂、10~20%的酚醛树脂、30~45%的高纯纳米石墨(2)和30~45%超导电纳米炭黑(3)； 固化:将浸胶后的成束的炭玻璃纤维(12)送入固化槽(6)进行增韧和固化，需事先打开固化槽(6)的加热装置的开关，设置加热温度为4(T50°C，使槽中的物料基本处于融化状态；所述固化槽内包括10~20%的增韧剂、5~10%的固化剂、30~45%的高纯纳米石墨(2)和30~45%的超导电纳米炭黑(3)； 成型:将浸胶处理后的成束的炭玻璃纤维(12)送入电热红外线烘干箱(7)进行烘干，所述烘干箱烘干温度设置为180-220° C，此时炭玻璃纤维(12)粘结在一起，炭玻璃纤维线(11)成型； 表面处理:上述制备的炭玻璃纤维线(11)送入表面处理箱(8)进行表面处理； 绞绳:经表面处理后的至少5根炭玻璃纤维线(11)多根一起进入捻线机(10)进行绞合，形成成品的炭玻璃绳(I)。
4.根据权利要求3所述的导线的制备方法，其特征在于:所述炭玻璃绳(I)反复多次顺序进入浸胶槽(5)、固化槽(6)、电热红外线烘干箱(7)和捻线机(10)， 重复步骤10-14，制成更大规格的特种纳米接地导线，满足不同的导电率要求。
【文档编号】H01B1/24GK103474130SQ201310457537
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】胡钧峰, 胡海 申请人:胡钧峰