专利名称：柔性辅助阳极的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属防腐蚀保护技术领域，具体来说是一种用于外加电流阴极保护的辅助阳极。
背景技术：
1998年，我国工程院历时3年对全国的腐蚀进行调查，调查结果表明我国腐蚀造成的损失达5000多亿元。阴极保护技术是一种有效的防治腐蚀的电化学保护技术，通常分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护，其原理是向被腐蚀金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。外加电流阴极保又称为护强制电流阴极保，是在被保护结构周围同一电解质环境中埋设辅助阳极，通过一直流电源以辅助阳极为阳极，以被保护结构为阴极，构成供电回路，将直流电通向被保护的金属，使被保护金属强制变成阴极以实施阴极保护。辅助阳极是外加电流阴极保护系统中，与被保护金属构成回路的电极材料。一般在工作状态下腐蚀很少或基本上不腐蚀。根据介质来分，土壤中有废钢、硅铁、石墨、混合氧化物阳极、柔性阳极。水介质中有混合氧化物阳极、硅铁阳极、铅阳极等。聚合物阳极是在铜芯上包覆导电聚合物而构成的连续性阳极，也称柔性阳极或缆形阳极。铜芯起导电的作用，而导电聚合物参与电化学反应。由于铜芯具有优良的电导性， 因此可以在数千米长的阳极上设一汇流点。聚合物阳极在土壤中使用时，需在其周围填充焦碳粉末而构成阳极地床，其在地床中最大允许工作电流为82mA/m，尽管和其它阳极相比其工作电流密度很低，但由于可靠近被保护结构物铺设连续地床，因此可提供均勻、有效的保护。和其它的常规远距离阳极地床不一样，由于聚合物阳极与被保护的金属构筑物距离很近，所以通常不会对其它外部构筑物产生干扰。聚合物阳极安装简便，可采用犁沟设备机械化施工，并具有较低的接地电阻，特别适于裸管或涂层严重破坏的管道、受屏蔽的复杂管网区的保护以及高电阻率的土壤中。在阳极地床的全寿命期内，连续的聚合物阳极地床比传统的分散式阳极地床具有更低的安装与运行费用。除了地下管道以外，聚合物阳极还曾用于保护钢筋混凝土构筑物、石油储罐的罐底、海水中的钢桩码头以及水管的内壁保护。所采用的导电聚合物材料直接影响柔性阳极的电化学性能。导电聚合物主要由聚合物基体和导电填料所构成。通常，这些聚合物应耐酸性环境、耐水和氯气的作用。有多种聚合物可用做聚合物柔性阳极，主要包括三类(1)聚乙烯一包括交联聚乙烯、聚氯乙烯、氯磺化聚乙烯等；⑵橡胶一氯丁橡胶、氟化橡胶、氯化改性橡胶等；⑶乙烯一丙烯共聚物。其中，乙烯一丙烯共聚物(EPDM)尽管价格较高，但由于具有最好的耐化学性能，因此在聚合物阳极中得到广泛的应用[64]。加入的填料主要用于保证聚合物阳极的导电性能，常采用的导电填料包括活性碳黑或石墨。具有良好电导性的碳黑属于高度分散性的碳黑，其优点是可提高聚合物阳极的导电性和电化学性能，但这种碳黑填料会增加聚合物的硬度和脆性，损害聚合物阳极的力学性能。具有较大粒径和小的比表面积的碳黑材料如电石碳黑可增加聚合物材料的柔韧性，但电导性较差。除了加入导电的碳质材料聚合物阳极中还包含硫化剂、增塑剂、抗老化剂等辅助材料。聚合物柔性阳极的制造通常与其他的橡胶类材料的生产工艺相似，在混炼机中将各种组分进行混合，最后进行硫化处理。目前有关柔性辅助阳极的研究较少，专利检索仅有5项，分述如下专利号为200720045493. 6的发明专利提供了一种导电EVA弹性体绝缘柔性阳极电缆，属于电缆技术领域。该电缆包括导体及导体外表面的绝缘层和外护层，其特征是设有导电碳黑高性能碳粉和包带层，所述的导体为符合GB/T3953规定的铜单线绞合体，绝缘层为导电EVA弹性体绝缘材料，外护层为耐磨、耐酸、耐碱、耐微生物腐蚀的合成纤维编织带包裹层，导电EVA弹性体绝缘材料包裹在铜单线绞合体上，在绝缘层外表面依次设置导电碳黑高性能碳粉、包带层和外护层，导电碳黑高性能碳粉填充在绝缘层与包带层之间。该电缆具有产品结构柔软、使用方便、施工简便；输出电流均勻、电流量大；投资少、使用寿命长。适用于原油储运的钢质储罐和钢质管道的防腐蚀保护。专利号为200610043720. 1的专利提供了一种分布式金属氧化物柔性阳极，涉及一种分布式金属氧化物柔性阳极，由主阳极电缆、管状阳极体和碳质填料包所构成。沿着主阳极电缆每隔一定距离串接一只管状阳极体，管状阳极体之间的间距可根据实际需要进行调节，管状阳极体的材料为钛基混合金属氧化物，在阳极体的周围采用碳质填料包以降低阳极地床的接地电阻。该分布式金属氧化物柔性阳极具有较大的排流量和工作电流密度， 良好的电化学性能和长的使用寿命，易于安装，并能长期可靠地工作，适用于防止地下管道，尤其是涂层破损的老旧管线以及储罐罐底等金属结构物的电化学腐蚀。专利号为200820066976. 9的实用新型提供了一种加电流阴极保护的柔性阳极。 涉及一种加电流阴极保护的柔性阳极，由铜绞线和包裹在铜绞线上的导电橡胶保护层构成，其特点是在导电橡胶保护层外还设置有一个焦炭护套，在焦炭护套与导电橡胶保护层之间填充有焦炭。由于本实用新型采用了焦炭护套使得本实用新型具有以下有益效果由于采用导电硅橡胶作为铜绞线芯线的保护层，耐低温性能比导电塑料好，可以使用在高寒地区；由于采用焦炭护套来固定焦炭，比用地床回填焦炭的方式，可大大节约焦炭的用量， 且焦炭的厚度均勻；比具有固定厚度焦炭包敷层的产品，本实用新型通过选用不同尺寸的焦炭护套，可方便地适用于不同地质条件和不同使用年限的要求。专利号为200820045680. 9的实用新型公开了耐用型柔性聚合物阳极，其包括有柔性导体，在柔性导体外部包覆有柔性导电聚合物层，在柔性导电聚合物层外部包覆有焦碳层，在焦碳层外部包覆有固定焦碳层的柔性紧束层。在所述柔性紧束层的外部还包覆有一层对焦碳层进一步固定的耐磨紧束层。本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、寿命长、施工方便、长距离上能保证电流均勻分布、自身不会大量消耗的聚合物阳极。专利号为200820067194. 7的实用新型是一种柔性阳极电缆，由金属导体和包覆在该金属导体外部的导电高分子材料防腐层组成，其中导电高分子材料防腐层的横截面形状呈圆形；或者导电高分子材料防腐层具有3 36个光滑的、圆弧状的棱，其横截面形状呈“梅花形”。本实用新型由于导电高分子材料防腐层有良好的耐酸碱性能，不易腐蚀，因此利用该导电高分子材料防腐层将金属导体包覆，可将金属导体与周围的环境隔绝，使金属导体基本不腐蚀，从而延长阳极的使用寿命；具有很好的柔韧性能和使用寿命上述专利为柔性辅助阳极技术发展提供了有益的思路，但存在一些不足一是均采用导电高分子材料作为其主要组成部分，在腐蚀介质中长期应用时可能存在降解破坏的可能；二是由于聚合物的导电性远低于金属辅助阳极，因此最大允许工作电流较低，电极效率低下；三是为了达到强度要求，必须采用较大量的铜或其他金属。因此相对而言强度较低。
发明内容本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种用于外加电流阴极保护的柔性辅助阳极，通过采用碳纤维与金属材料复合制成，达到使用寿命长，电流效率高的目的。本实用新型的技术方案是这样实现的采用金属丝，碳纤维或石墨纤维，以及增强树脂构成，金属丝的外围被多根碳纤维或石墨纤维绞合成股，绞合成股的金属丝和碳纤维或石墨纤维浸渍有增强树脂。所采用的金属丝为耐蚀金属丝，采用铜丝、镍丝、不锈钢丝或者钛丝，金属丝为单根或者多根。增强树脂采用热塑性树脂。所述的柔性辅助阳极是采用碳纤维或石墨纤维和耐蚀金属丝或者金属氧化物涂层金属丝缠绕编织而成，编制好的柔性辅助阳极根据其应用环境的不同采用不同导电性能的增强树脂对其导电性进行调整和增强。耐蚀金属丝可以采用铜丝、镍丝、不锈钢丝或者钛丝，金属氧化物涂层金属丝可以为铱担氧化物等贵金属氧化物。金属丝可以为单根或者多根。增强树脂是采用热塑性树脂为主，抗氧化剂、表面活性剂、润滑剂、碳粉为助剂的有机物。热塑性树脂主要有聚乙烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚砜、聚醚酮、和热塑型聚酰亚胺等。与已有技术相比，本实用新型的优点是1.寿命长；2.电极效率高；3.制备工艺简单。4.由于采用碳纤维或者石墨纤维作为其主要的制备材料，因此所制成的辅助阳极具有密度小、质量轻、拉伸强度高、耐腐蚀等优异特性。
图1为本实用新型的单根金属丝柔性辅助阳极结构示意图。图2为本实用新型的多根金属丝柔性辅助阳极结构示意图。图中标号1金属丝，2碳纤维或石墨纤维，3增强树脂。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型的内容做进一步说明。图1所示，本实用新型的采用单根耐蚀金属作为金属导电材料，多根碳纤维或石墨纤维作为非金属导电材料，按照要求将其绞合成股，然后浸渍增强树脂制造成型。图2所示，本实用新型所示，首先将金属细丝和多根碳纤维或石墨纤维绞合成股， 而后浸渍增强树脂制成预浸绳，根据不同的使用要求，将多根预浸绳再次绞合成股，然后再次浸渍增强树脂制造成型。使用时将多根金属丝剥离出拧成一股与电源正极相连。[0027] 以土壤中变电站接地网防腐蚀阴极保护为例，使用时，将柔性辅助阳极沿接地网敷设，并与外加电流阴极保护装置的正极相连接，接地网与外加电流阴极保护装置的负极相连接，外加电流通过土壤介质形成回路，起到防止变电站接地网腐蚀的作用。
权利要求1.一种柔性辅助阳极，采用金属丝(1)，碳纤维或石墨纤维O)，以及增强树脂(3)构成，其特征在于，金属丝(1)的外围被多根碳纤维或石墨纤维( 绞合成股，绞合成股的金属丝(1)和碳纤维或石墨纤维( 浸渍有增强树脂(3)。
2.根据权利要求1所述的柔性辅助阳极，其特征在于，所采用的金属丝(1)为耐蚀金属丝，采用铜丝、镍丝、不锈钢丝或者钛丝，金属丝(1)为单根或者多根。
3.根据权利要求1所述的柔性辅助阳极，其特征在于，增强树脂(3)采用热塑性树脂。
专利摘要本实用新型涉及一种柔性辅助阳极，采用碳纤维或石墨纤维和耐蚀金属丝或者金属氧化物涂层金属丝缠绕编织而成，编制好的柔性辅助阳极根据其应用环境的不同采用不同导电性能的增强树脂对其导电性进行调整和增强。其优点是寿命长，电极效率高，制备工艺简单，并且由于采用碳纤维或者石墨纤维作为其主要的制备材料，因此所制成的辅助阳极具有密度小、质量轻、拉伸强度高、耐腐蚀等优异特性。
文档编号C23F13/16GK202030826SQ201120044320
公开日2011年11月9日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者郭安祥, 闫爱军, 马肃 申请人:陕西电力科学研究院