一種防雷降阻接地模塊材料的製備方法與流程
2023-09-21 08:37:25 1
本發明屬於炭材料技術領域，具體涉及一種防雷降阻接地模塊材料的製備方法。
背景技術：
在電力工程建設維護等作業中，為了避免遭受雷電襲擊，保證作業人員與設備安全，通常設接地裝置，保護正常工作。以往的接地設施大多以化學試劑、金屬材料等為主，其既不環保又不安全，且安裝成本高，使用壽命短，人為破壞嚴重等缺點。
隨著電力業的不斷發展，許多新材料、新工藝應用在電力發展中，接地模塊也在逐步向著安全、環保、使用壽命長等方向發展。
炭材料作為非金屬冶金導電材料的一種，其具有高體密、電阻率低、導電性能好、抗氧化、耐腐蝕、環保等特點，尤其是利用其導電性好、電阻長期穩定和耐腐蝕等特性直接服務於電力發展事業接地模塊材料中。
我國多項專利採用了石墨作為接地極，但由於原料及工藝的原因，導致其導電性受季節影響；在製備過程中，需要對原料進行混捏，混捏的糊料成團狀，流動性差，導致成型的生坯體積密度不夠；在縮聚反應的過程中焙燒品收縮時容易產生裂紋，影響產品的質量和導電性能。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明提供了一種防雷降阻接地模塊材料的製備方法，該模塊不受季節影響，生坯及焙燒品的組織結構緻密性高。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
一種防雷降阻接地模塊材料的製備方法，所述防雷降阻接地模塊的原料包括煅後石油焦、特種石墨粉、離子緩釋劑和中溫瀝青，其製備方法包括混捏、成型、焙燒和機加工；
所述混捏分為幹混和溼混，所述幹混是指將特種石墨粉、煅後石油焦和離子緩釋劑分別加入混捏鍋中進行混捏，幹混的時間為60-70分鐘，幹混的溫度135-145℃，幹混後的材料為乾料；
所述溼混是將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的煅後石油焦中進行混捏，溼混的溫度為145-155℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的75-85%，第一次溼混的時間為20-25分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的15-25%，第二次溼混的時間為25-30分鐘；混捏後得到糊料。
所述乾料和中溫瀝青的重量比為68:32-75:25，優選為72-70:28-30。
所述煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；所述特種石墨粉優選為粒度為30-50μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%。
所述離子緩釋劑的密度0.96-1.00g/cm3，電阻率0.75-0.85ω·m，ph值8.0-9.0，衝擊電流耐受3.5-5.0%。
所述中溫煤瀝青的軟化點為84-88℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%。
所述煅後石油焦的粒徑範圍與含量為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm15～20wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm20～25wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15～20wt%；
0<粒徑<0.10mm45～50wt%。
所述煅後石油焦的粒徑範圍與含量優選為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm15wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm25wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15wt%；
0<粒徑<0.10mm45wt%。
所述成型為振動成型，成型後的生坯的體積密度達到1.67-1.72g/cm3。
所述焙燒的升溫曲線為：在150-350℃時，升溫速率為1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃時，升溫速率為1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃時，升溫速率為1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃時，升溫速率為2.2-2.9℃/ｈ。
製備得到的防雷降阻接地模塊材料的電阻率≤35μω·m，體積密度1.65-1.68g/cm3。
本發明與現有技術相比，具有的有益效果是：
採用非金屬導電材料特種石墨粉與離子緩釋劑作為模塊的導電介質，其導電性不受季節影響。耐大工頻和衝擊電流衝擊，電阻穩定。耐腐蝕、無毒環保、使用壽命長、安裝簡便、成本低。採用的製備方法提高了石墨化工序工藝，進行深度石墨化，其次是製備較為簡單，利於大批量生產，原材料為市場廣泛材料，成本低。利用特種石墨粉製備的接地模塊材料結構穩定，理化性能強、安全性能好，使用壽命長。
以特種石墨粉為防雷降阻接地模塊材料的主要材料，其具有非常好的理化性能指標，本發明通過對原料、配料、以及製備工藝進行了改進，本發明所製得的防雷降阻接地模塊材料的電阻率≤35μω·m，體積密度1.65-1.68g/cm3。其電阻率來說可以在一些領域完全替代其它防雷降阻接地模塊材料。
具體實施方式
在原料選擇方面，以煅後石油焦為骨料、特種石墨粉為粉料、離子緩釋劑為添加劑、中溫煤瀝青為粘結劑，骨料煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特種石墨粉優選為粒度為30-50μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%；添加劑離子緩釋劑的密度0.96-1.00g/cm3，電阻率0.75-0.85ω·m，ph值8.0-9.0，衝擊電流耐受3.5-5.0%；粘結劑中溫煤瀝青的軟化點為84-88℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%；有利於得到體積密度較高的焙燒品，有利於提高產品合格率,其最終產品的理化指才能充分得到滿足。
煅後石油焦按0.80mm<粒徑≤0.55mm的重量佔總量的15wt%；0.55mm<粒徑≤0.35mm的重量佔總量的25wt%；0.35mm<粒徑≤0.10mm的重量佔總量的15wt%；0<粒徑<0.10mm的重量佔總量的45wt%進行配料，這時，不同粒徑的骨料顆粒堆積較為緊密，石墨品的體積密度、氣孔率、機械強度和熱膨脹係數可達到一個非常好的平衡，所製備石墨製品的體積密度大、氣孔率小、熱膨脹係數小。
本發明採用的是振動成型方式，振動成型所需要的糊料要求基本上不呈團狀，也就是粘結劑用量要求，故溼混將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的骨料中進行混捏，溼混的溫度為145-155℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的75-85%，第一次溼混的時間為20-25分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的15-25%，第二次溼混的時間為25-30分鐘。倒入成型模具中糊料呈散料狀，流動性好，一邊加料一邊振動，糊料就不斷地密實，加上氣缸外力作用，以2500-3000次/min的振動頻率對模具激振後製品得以成型。成型後的生坯的體積密度達到1.65-1.70g/cm3。
焙燒的目的是將粘結劑瀝青炭化，排除揮發分，使製品中的粘結劑焦化，提高製品的導電性能，固定制品形狀。最高溫度達到850-1150℃，在升溫區150-350℃時每小時升溫1.3-1.7℃，此階段為生坯吸收熱量來熔化製品中的瀝青。同時，焦炭孔隙中的煤瀝青因毛細管作用而重新分布，部分瀝青轉移。在350-550℃時焙燒品中縮聚反應增強，大量排除揮發發，焦炭開始形成，每小時升溫1.2-1.4℃，有利於提高粘結劑的結焦率，半焦化轉變為焦化；在550-850℃時，縮聚反應繼續發生，製品進一步焦化，每小時升溫1.4-1.6℃；以此升溫速率進行升溫，有利於提高焙燒品的體積密度和強度，並避免縮聚反應的過程中焙燒品在收縮時產生裂紋；在850-1150℃時，每小時升溫2.2-2.9℃，以較快升溫速率進行升溫，焙燒品的組織結構進一步緻密化。
機械加工是將焙燒後的材料通過機械銷銑磨等作業，加工成所需的形狀。
實施例1
煅後石油焦為骨料、特種石墨粉為粉料、離子緩釋劑為添加劑、中溫煤瀝青為粘結劑。
骨料煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特種石墨粉優選為粒度為30μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%；添加劑離子緩釋劑的密度0.96g/cm3，電阻率0.75ω·m，ph值8.0，衝擊電流耐受3.5%；粘結劑中溫煤瀝青的軟化點為84℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%；
煅後石油焦的粒徑範圍與含量為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm15wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm20wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15wt%；
0<粒徑<0.10mm50wt%；
製備方法如下：
骨料的破碎、篩分、配料、混捏、振動成型、焙燒、機械加工得到的產品。
混捏分為幹混和溼混，幹混即乾料是將特種石墨粉、骨料和添加劑分別加入混捏鍋中進行混捏，幹混的時間為60分鐘，幹混的溫度145℃；幹混後的材料為乾料。
乾料和中溫瀝青的重量比為68:32。
溼混是將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的骨料中進行混捏，溼混的溫度為145℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的75%，第一次溼混的時間為25分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的25%，第二次溼混的時間為30分鐘。混捏結束後的材料稱之為糊料；並經過軋片機進行軋片。
焙燒為：在150-350℃時，升溫速率為1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃時，升溫速率為1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃時，升溫速率為1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃時，升溫速率為2.2-2.9℃/ｈ。
實施例2
煅後石油焦為骨料、特種石墨粉為粉料、離子緩釋劑為添加劑、中溫煤瀝青為粘結劑。
骨料煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特種石墨粉優選為粒度為40μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%；添加劑離子緩釋劑的密度0.98g/cm3，電阻率0.8ω·m，ph值8.5，衝擊電流耐受4.0%；粘結劑中溫煤瀝青的軟化點為86℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%；
煅後石油焦的粒徑範圍與含量為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm15wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm25wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15wt%；
0<粒徑<0.10mm45wt%；
製備方法如下：
骨料的破碎、篩分、配料、混捏、振動成型、焙燒、機械加工得到的產品。
混捏分為幹混和溼混，幹混即乾料是將特種石墨粉、骨料和添加劑分別加入混捏鍋中進行混捏，幹混的時間為65分鐘，幹混的溫度140℃；幹混後的材料為乾料。
乾料和中溫瀝青的重量比為72:28。
溼混是將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的骨料中進行混捏，溼混的溫度為150℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的80%，第一次溼混的時間為24分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的20%，第二次溼混的時間為26分鐘。混捏結束後的材料稱之為糊料；並經過軋片機進行軋片。
焙燒為：在150-350℃時，升溫速率為1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃時，升溫速率為1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃時，升溫速率為1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃時，升溫速率為2.2-2.9℃/ｈ。
實施例3
煅後石油焦為骨料、特種石墨粉為粉料、離子緩釋劑為添加劑、中溫煤瀝青為粘結劑。
骨料煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特種石墨粉優選為粒度為40μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%；添加劑離子緩釋劑的密度0.98g/cm3，電阻率0.8ω·m，ph值8.5，衝擊電流耐受4.0%；粘結劑中溫煤瀝青的軟化點為86℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%；
煅後石油焦的粒徑範圍與含量為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm15wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm25wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15wt%；
0<粒徑<0.10mm45wt%；
製備方法如下：
骨料的破碎、篩分、配料、混捏、振動成型、焙燒、機械加工得到的產品。
混捏分為幹混和溼混，幹混即乾料是將特種石墨粉、骨料和添加劑分別加入混捏鍋中進行混捏，幹混的時間為65分鐘，幹混的溫度140℃；幹混後的材料為乾料。
乾料和中溫瀝青的重量比為70:30。
溼混是將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的骨料中進行混捏，溼混的溫度為150℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的85%，第一次溼混的時間為23分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的15%，第二次溼混的時間為27分鐘。混捏結束後的材料稱之為糊料；並經過軋片機進行軋片。
焙燒為：在150-350℃時，升溫速率為1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃時，升溫速率為1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃時，升溫速率為1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃時，升溫速率為2.2-2.9℃/ｈ。
實施例4
煅後石油焦為骨料、特種石墨粉為粉料、離子緩釋劑為添加劑、中溫煤瀝青為粘結劑。
骨料煅後石油焦的真密度≥2.08/cm3，灰分≤0.25%；粉料特種石墨粉優選為粒度為50μm，電阻率≤8.0μωm，抗折強度≥22mpa，抗壓強度≥32mpa，灰分≤0.25%；添加劑離子緩釋劑的密度1.00g/cm3，電阻率0.85ω·m，ph值9.0，衝擊電流耐受5.0%；粘結劑中溫煤瀝青的軟化點為88℃，結焦值為≥50%,灰分≤0.35%；
煅後石油焦的粒徑範圍與含量為：
0.80mm<粒徑≤0.55mm20wt%；
0.55mm<粒徑≤0.35mm20wt%；
0.35mm<粒徑≤0.10mm15wt%；
0<粒徑<0.10mm45wt%；
製備方法如下：
骨料的破碎、篩分、配料、混捏、振動成型、焙燒、機械加工得到的產品。
混捏分為幹混和溼混，幹混即乾料是將特種石墨粉、骨料和添加劑分別加入混捏鍋中進行混捏，幹混的時間為70分鐘，幹混的溫度135℃；幹混後的材料為乾料。
乾料和中溫瀝青的重量比為75:25。
溼混是將中溫煤瀝青分兩次加入到幹混後的骨料中進行混捏，溼混的溫度為155℃，第一次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫煤瀝青的75%，第一次溼混的時間為20分鐘，第二次加入的中溫煤瀝青的重量為總的中溫瀝青的25%，第二次溼混的時間為30分鐘。混捏結束後的材料稱之為糊料；並經過軋片機進行軋片。
焙燒為：在150-350℃時，升溫速率為1.3-1.7℃/ｈ；在350-550℃時，升溫速率為1.2-1.4℃/ｈ；在550-850℃時，升溫速率為1.4-1.6℃/ｈ；在850-1150℃時，升溫速率為2.2-2.9℃/ｈ。