專利名稱：一種碳纖維接地電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于防雷及安全用電領(lǐng)域，特別涉及一種碳纖維接地電極。
背景技術(shù)：
接地電極(主要為接地棒或接地板)是指將避雷設(shè)備、電氣設(shè)備、通信測試等設(shè)備的導(dǎo)出線相連接，引出到土壤內(nèi)的端子。接地電極使設(shè)備與地面連接，將作用于各種設(shè)備的超負(fù)荷或雷擊引起的浪涌電流排入土壤內(nèi)，是電力接地網(wǎng)和建筑接地網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)施，而接地電極性能的優(yōu)劣直接影響輸電安全性。隨著地表土壤污染的日趨加劇，接地電極在使用過程中，要面臨復(fù)雜的環(huán)境影響，如潮濕、高寒、高溫、蓄水等，同時接地電極在土壤介質(zhì)中的腐蝕始終是需要重點解 決的問題，因此要求接地電極所用材料必須具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能、抗拉抗壓強度、耐復(fù)雜土質(zhì)影響及耐腐蝕性能。目前現(xiàn)有用于導(dǎo)電連接的接地電極大多數(shù)采用表面鍍有銅層的鐵質(zhì)材料，但在裝卸運輸及施工現(xiàn)場的機械劃傷，銅層容易受損使接地電極的耐腐蝕性下降，同時銅材料的價格昂貴，而且易引起重金屬污染。目前我國電力和通訊等部門電氣設(shè)備的新型接地電極多種多樣，主要有(一)在鍍鋅扁鋼體上壓制石墨粉、膨潤土、水泥復(fù)合材料；(二)用石墨、浙青、焦炭等高溫?zé)铺妓貕K制品；(三)用石墨布與鋼板網(wǎng)復(fù)合的板條狀制品；(四)用石墨線編織的纜形制品。這些新型接地電極都具有防雷和安全接地功能，但也都不同程度的存在問題，如制品笨重、安裝施工困難、蓄水、怕凍、接地電阻不穩(wěn)定、成本高、脆性大、韌性差、安裝接線困難等，因而這些碳質(zhì)材料接地電極的應(yīng)用受到了限制。

實用新型內(nèi)容本實用新型旨在研制一種無毒害、超強耐腐蝕性、耐高溫、無環(huán)境污染、施工方便、不受氣候地質(zhì)條件限制、使用壽命長的碳纖維接地電極，為目前接地裝置的生產(chǎn)應(yīng)用開拓新的領(lǐng)域。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種碳纖維接地電極，電極的主體為高性能碳纖維芯模，碳纖維芯模外包覆層為高導(dǎo)電性帶刺金屬網(wǎng)，引出端子為高導(dǎo)電金屬引出極和金屬引出線，整個電極裝配時主體與外包覆金屬網(wǎng)以鑲嵌刺入方式結(jié)合，成型過程通過模壓完成；電極引出端子與碳纖維電極主體通過鑲嵌勾刺方式結(jié)合。所述電極的主體形狀選擇圓棒形、長條形，碳纖維芯模的體密度范圍為0. n. Og/
3
cm o所述碳纖維芯模是碳纖維氈或石墨纖維氈；其中，碳纖維氈選用高性能短切聚丙烯腈原絲或粘膠絲針刺成型，采用連續(xù)梯度升溫的預(yù)氧化、碳化工藝制備，氈體含碳量為93%以上；石墨纖維氈選用高性能碳纖維氈，采用高真空梯度升降溫石墨化工藝制備，氈體含碳量為99%以上。所述碳纖維芯模是碳纖維多維編織體或石墨纖維多維編織體；其中，碳纖維多維編織體以高強高模型碳纖維連續(xù)長絲為原材料，選用多維編織工藝成型，采用高真空高溫除膠工藝制備，編織體最終含碳量為93%以上；石墨纖維多維編織體選用碳纖維多維編織體原材料，采用高真空梯度升降溫石墨化工藝制備，編織體含碳量為99%以上。所述高導(dǎo)電帶刺金屬網(wǎng)是銅絲網(wǎng)、鋁絲網(wǎng)、鍍鋅不銹鋼絲網(wǎng)或鑰絲網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用平紋或斜紋編織方式成型，金屬網(wǎng)目數(shù)范圍為1(T50目，金屬網(wǎng)孔徑范圍為0. 3 2mm，成網(wǎng)金屬絲直徑為0. ro. 6_，金屬網(wǎng)一側(cè)具有刺針結(jié)構(gòu)，刺針長度為2 5_。外包覆帶刺金屬網(wǎng)層的厚度范圍為0.所述引出端子是銅、鋁、鍍鋅不銹鋼或金屬鑰；其中，引出電極金屬塊厚度為2飛mm，金屬塊單側(cè)具有勾刺結(jié)構(gòu)，勾刺針長度為疒3mm ;引出線與引出電極金屬塊焊接固定，引出線外徑可調(diào)。本實用新型碳纖維接地電極制備時，碳纖維電極主體與外包覆金屬網(wǎng)以鑲嵌刺入方式結(jié)合，成型過程通過模壓完成；電極引出端子與碳纖維電極主體通過鑲嵌勾刺方式結(jié)合，引出端子與外包覆金屬網(wǎng)以機械方式壓緊固定。本實用新型碳纖維接地電極的主要特點是金屬引出端、包覆網(wǎng)與碳纖維電極芯模的嵌刺結(jié)合技術(shù)，同時集中金屬網(wǎng)和碳纖維電極的特性于一體，重點發(fā)揮碳纖維電極自身的材質(zhì)特性，該接地電極裝置具有以下優(yōu)點碳纖維電極的含碳量達(dá)93%以上，其耐高溫性能遠(yuǎn)超過金屬，大電流沖擊后電阻值不增大，碳纖維電極屬軟質(zhì)碳素材料，無變硬、發(fā)脆、斷裂等現(xiàn)象發(fā)生，不受惡劣環(huán)境限制；碳纖維氈或多維編織體表層單絲纖維隨機排布，可與土壤充分接觸而有效擴大接觸面積，顯著改善接地裝置周圍土壤的阻抗，降低接地電阻；碳纖維氈或多維編織體屬多孔結(jié)構(gòu)，具有保濕、吸潮、吸濕性能，使其接地電極周圍附近的土壤保持潮濕特性而保證較低的土壤電阻率，有效提高接地體的導(dǎo)電性能，降低地網(wǎng)接地電阻；碳纖維模芯外鑲嵌刺入穩(wěn)定的低電阻率金 屬網(wǎng)層，保證碳纖維模芯外表面免受刮擦起毛，同時保證接地電極整體的電阻穩(wěn)定性；無毒害、有超強的耐腐蝕性、耐高溫、無環(huán)境污染；使用壽命長，可使用三十年以上，施工便利，不受氣候和地質(zhì)條件限制。本實用新型較好的解決了防雷接地行業(yè)中接地電極導(dǎo)電性能不穩(wěn)定、耐腐蝕性能差的難題，適用范圍廣，適用于各種保護(hù)接地、工作接地、防雷接地、抗干擾接地和防靜電接地工程，極大地提高了接地電極的耐腐蝕性能和導(dǎo)電性能。

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為圖1的側(cè)面視圖；圖3為圖1的側(cè)面剖視圖；圖4為金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖；圖5為引出端子結(jié)構(gòu)圖。圖中，1.引出線，2.引出電極，3.金屬網(wǎng)，4.碳纖維芯模。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明。[0023]實施例一圖1-圖5中，以碳纖維氈為碳纖維芯模4，銅網(wǎng)為包覆金屬網(wǎng)3，生產(chǎn)本實用新型碳纖維接地電極的具體實施例如下以聚丙烯腈基短切原絲針刺成型，經(jīng)1400°C碳化處理制租；選用厚度為10mm、體密度為0.9g/cm3的碳纖維氈作為碳纖維芯模4 ;以30目帶刺銅絲網(wǎng)模壓鑲嵌刺入碳纖維氈電極表面，銅網(wǎng)刺針刺入深度2mm，刺針面密度為4針/cm2 ；以銅板引出電極2勾刺與碳纖維氈端部結(jié)合，勾刺深度2mm，勾刺面密度為6針/cm2 ;銅絲引出線I與銅板引出電極2焊接固定，銅網(wǎng)包覆層與銅板引出電極以螺栓固定，最終獲得厚度為IOmm的碳纖維接地電極
>J-U裝直。實施例二以石墨纖維氈為碳纖維芯模4，鋁網(wǎng)為包覆金屬網(wǎng)3，生產(chǎn)本實用新型碳纖維接地電極的具體實施例如下以1400°C碳化處理的聚丙烯腈基碳纖維氈為原料，經(jīng)2350°C高真空石墨化處理制成高純石墨纖維租；選用厚度為20_、體密度為0. 7g/cm3的石墨纖維租作為碳纖維芯模4 ;以40目帶刺鋁絲網(wǎng)模壓鑲嵌刺入石墨纖維氈電極表面，鋁網(wǎng)刺針刺入深度3mm，刺針面密度為6針/cm2 ；以鋁板引出電極2勾刺與石墨纖維氈端部結(jié)合，勾刺深度3mm，勾刺面密度為8針/cm2 ;鋁絲引出線I與鋁板引出電極2焊接固定，鋁網(wǎng)包覆層與鋁板引出電極2以螺栓固定，最終獲得厚度為20_的碳纖維接地電極裝置。實施例三以碳纖維二維半編織體為碳纖維芯模4，鑰絲網(wǎng)為包覆金屬網(wǎng)3，生產(chǎn)本實用新型碳纖維接地電極的具體實施例如下以3K日本東麗T300碳纖維為原材料,采用二維半編織工藝成型,制備碳纖維多維編織體；選用厚度為15_、體密度為0. 6g/cm3的碳纖維二維半編織體作為碳纖維芯模4 ；以40目帶刺鑰絲網(wǎng)模壓鑲嵌刺入碳纖維二維半編織體電極表面，鑰網(wǎng)刺針刺入深度2mm，刺針面密度為6針/cm2 ；以鑰板弓丨出電極2勾刺與碳纖維二維半編織體端部結(jié)合，勾刺深度3mm,勾刺面密度為8針/cm2 ;鑰絲引出線I與鑰板弓I出電極2焊接固定，鑰網(wǎng)包覆層與鑰板引出電極2以螺栓固定，最終獲得厚度為15_的碳纖維接地電極裝置。實施例四以石墨纖維三維編織體為碳纖維芯模4，鋁絲網(wǎng)為包覆金屬網(wǎng)3，生產(chǎn)本實用新型碳纖維接地電極的具體實施例如下以12K日本東麗1700碳纖維為原材料，采用三維編織工藝成型，通過2400°C高真空石墨化處理制備石墨纖維三維編織體；選用厚度為20mm、體密度為0. 8g/cm3的石墨纖維三維編織體作為碳纖維芯模4 ;以50目帶刺鋁絲網(wǎng)模壓鑲嵌刺入石墨纖維三維編織體電極表面，鋁網(wǎng)刺針刺入深度3mm，刺針面密度為7針/cm2 ；以鋁板引出電極2勾刺與石墨纖維三維編織體端部結(jié)合，勾刺深度3mm，勾刺面密度為10針/cm2 ;鋁絲引出線I與鋁板引出電極2焊接固定，鋁網(wǎng)包覆層與鋁板引出電極2以螺栓固定，最終獲得厚度為20mm的碳纖維接地電極裝置。
權(quán)利要求1.一種碳纖維接地電極，其特征是，電極的主體為高性能碳纖維芯模，碳纖維芯模外包覆層為高導(dǎo)電性帶刺金屬網(wǎng)，引出端子為高導(dǎo)電金屬引出極和金屬引出線，整個電極裝配時主體與外包覆金屬網(wǎng)以鑲嵌刺入方式結(jié)合，成型過程通過模壓完成；電極引出端子與碳纖維電極主體通過鑲嵌勾刺方式結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述的碳纖維接地電極，其特征是，所述電極的主體形狀選擇圓棒形、長條形，碳纖維芯模的體密度范圍為O.1"!. Og/cm3。
3.如權(quán)利要求1所述的碳纖維接地電極，其特征是，所述高導(dǎo)電帶刺金屬網(wǎng)是銅絲網(wǎng)、鋁絲網(wǎng)、鍍鋅不銹鋼絲網(wǎng)或鑰絲網(wǎng)，金屬網(wǎng)采用平紋或斜紋編織方式成型，金屬網(wǎng)目數(shù)范圍為1(Γ50目，金屬網(wǎng)孔徑范圍為O. 3 2mm，成網(wǎng)金屬絲直徑為O. Γθ. 6mm,金屬網(wǎng)一側(cè)具有刺針結(jié)構(gòu)，刺針長度為2 5mm ;外包覆帶刺金屬網(wǎng)層的厚度范圍為O. f 1mm。
4.如權(quán)利要求1所述的碳纖維接地電極，其特征是，所述引出端子是銅、鋁、鍍鋅不銹鋼或金屬鑰；其中，引出電極金屬塊厚度為2飛mm，金屬塊單側(cè)具有勾刺結(jié)構(gòu)，勾刺針長度為2 3_;引出線與引出電極金屬塊焊接固定，引出線外徑可調(diào)。
專利摘要本實用新型涉及一種碳纖維接地電極。電極的主體為高性能碳纖維芯模，碳纖維芯模外包覆層為高導(dǎo)電性帶刺金屬網(wǎng)，引出端子為高導(dǎo)電金屬引出極和金屬引出線，整個電極裝配時主體與外包覆金屬網(wǎng)以鑲嵌刺入方式結(jié)合，成型過程通過模壓完成；電極引出端子與碳纖維電極主體通過鑲嵌勾刺方式結(jié)合。本實用新型以高性能碳纖維氈或編織體作為電極主體，在碳纖維電極表面嵌刺及勾刺結(jié)合金屬網(wǎng)層和引出端子，改善接地裝置周圍土壤阻抗降低接地電阻、保持電極裝置周邊土壤濕度從而保證較低土壤電阻率、無毒無害、耐腐蝕性能強、耐高溫、無環(huán)境污染；使用壽命長，施工便利，不受氣候和地質(zhì)條件限制，適于各種保護(hù)接地、工作接地、防雷接地、抗干擾接地和防靜電接地工程。
文檔編號H01R4/24GK202871992SQ20122033292
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者朱波, 蔡珣, 曹偉偉 申請人:山東大學(xué)