专利名称：一种碳纤维接地电极的制作方法
技术领域：
本实用新型属于防雷及安全用电领域，特别涉及一种碳纤维接地电极。
背景技术：
接地电极(主要为接地棒或接地板)是指将避雷设备、电气设备、通信测试等设备的导出线相连接，引出到土壤内的端子。接地电极使设备与地面连接，将作用于各种设备的超负荷或雷击引起的浪涌电流排入土壤内，是电力接地网和建筑接地网的关键设施，而接地电极性能的优劣直接影响输电安全性。随着地表土壤污染的日趋加剧，接地电极在使用过程中，要面临复杂的环境影响，如潮湿、高寒、高温、蓄水等，同时接地电极在土壤介质中的腐蚀始终是需要重点解 决的问题，因此要求接地电极所用材料必须具有优异的导电性能、抗拉抗压强度、耐复杂土质影响及耐腐蚀性能。目前现有用于导电连接的接地电极大多数采用表面镀有铜层的铁质材料，但在装卸运输及施工现场的机械划伤，铜层容易受损使接地电极的耐腐蚀性下降，同时铜材料的价格昂贵，而且易引起重金属污染。目前我国电力和通讯等部门电气设备的新型接地电极多种多样，主要有(一)在镀锌扁钢体上压制石墨粉、膨润土、水泥复合材料；(二)用石墨、浙青、焦炭等高温烧制碳素块制品；(三)用石墨布与钢板网复合的板条状制品；(四)用石墨线编织的缆形制品。这些新型接地电极都具有防雷和安全接地功能，但也都不同程度的存在问题，如制品笨重、安装施工困难、蓄水、怕冻、接地电阻不稳定、成本高、脆性大、韧性差、安装接线困难等，因而这些碳质材料接地电极的应用受到了限制。
实用新型内容本实用新型旨在研制一种无毒害、超强耐腐蚀性、耐高温、无环境污染、施工方便、不受气候地质条件限制、使用寿命长的碳纤维接地电极，为目前接地装置的生产应用开拓新的领域。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种碳纤维接地电极，电极的主体为高性能碳纤维芯模，碳纤维芯模外包覆层为高导电性带刺金属网，引出端子为高导电金属引出极和金属引出线，整个电极装配时主体与外包覆金属网以镶嵌刺入方式结合，成型过程通过模压完成；电极引出端子与碳纤维电极主体通过镶嵌勾刺方式结合。所述电极的主体形状选择圆棒形、长条形，碳纤维芯模的体密度范围为0. n. Og/
3
cm o所述碳纤维芯模是碳纤维毡或石墨纤维毡；其中，碳纤维毡选用高性能短切聚丙烯腈原丝或粘胶丝针刺成型，采用连续梯度升温的预氧化、碳化工艺制备，毡体含碳量为93%以上；石墨纤维毡选用高性能碳纤维毡，采用高真空梯度升降温石墨化工艺制备，毡体含碳量为99%以上。所述碳纤维芯模是碳纤维多维编织体或石墨纤维多维编织体；其中，碳纤维多维编织体以高强高模型碳纤维连续长丝为原材料，选用多维编织工艺成型，采用高真空高温除胶工艺制备，编织体最终含碳量为93%以上；石墨纤维多维编织体选用碳纤维多维编织体原材料，采用高真空梯度升降温石墨化工艺制备，编织体含碳量为99%以上。所述高导电带刺金属网是铜丝网、铝丝网、镀锌不锈钢丝网或钥丝网，金属网采用平纹或斜纹编织方式成型，金属网目数范围为1(T50目，金属网孔径范围为0. 3 2mm，成网金属丝直径为0. ro. 6_，金属网一侧具有刺针结构，刺针长度为2 5_。外包覆带刺金属网层的厚度范围为0.所述引出端子是铜、铝、镀锌不锈钢或金属钥；其中，引出电极金属块厚度为2飞mm，金属块单侧具有勾刺结构，勾刺针长度为疒3mm ;引出线与引出电极金属块焊接固定，引出线外径可调。本实用新型碳纤维接地电极制备时，碳纤维电极主体与外包覆金属网以镶嵌刺入方式结合，成型过程通过模压完成；电极引出端子与碳纤维电极主体通过镶嵌勾刺方式结合，引出端子与外包覆金属网以机械方式压紧固定。本实用新型碳纤维接地电极的主要特点是金属引出端、包覆网与碳纤维电极芯模的嵌刺结合技术，同时集中金属网和碳纤维电极的特性于一体，重点发挥碳纤维电极自身的材质特性，该接地电极装置具有以下优点碳纤维电极的含碳量达93%以上，其耐高温性能远超过金属，大电流冲击后电阻值不增大，碳纤维电极属软质碳素材料，无变硬、发脆、断裂等现象发生，不受恶劣环境限制；碳纤维毡或多维编织体表层单丝纤维随机排布，可与土壤充分接触而有效扩大接触面积，显著改善接地装置周围土壤的阻抗，降低接地电阻；碳纤维毡或多维编织体属多孔结构，具有保湿、吸潮、吸湿性能，使其接地电极周围附近的土壤保持潮湿特性而保证较低的土壤电阻率，有效提高接地体的导电性能，降低地网接地电阻；碳纤维模芯外镶嵌刺入稳定的低电阻率金 属网层，保证碳纤维模芯外表面免受刮擦起毛，同时保证接地电极整体的电阻稳定性；无毒害、有超强的耐腐蚀性、耐高温、无环境污染；使用寿命长，可使用三十年以上，施工便利，不受气候和地质条件限制。本实用新型较好的解决了防雷接地行业中接地电极导电性能不稳定、耐腐蚀性能差的难题，适用范围广，适用于各种保护接地、工作接地、防雷接地、抗干扰接地和防静电接地工程，极大地提高了接地电极的耐腐蚀性能和导电性能。
图1为本实用新型的整体结构图；图2为图1的侧面视图；图3为图1的侧面剖视图；图4为金属网结构图；图5为引出端子结构图。图中，1.引出线，2.引出电极，3.金属网，4.碳纤维芯模。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。[0023]实施例一图1-图5中，以碳纤维毡为碳纤维芯模4，铜网为包覆金属网3，生产本实用新型碳纤维接地电极的具体实施例如下以聚丙烯腈基短切原丝针刺成型，经1400°C碳化处理制租；选用厚度为10mm、体密度为0.9g/cm3的碳纤维毡作为碳纤维芯模4 ;以30目带刺铜丝网模压镶嵌刺入碳纤维毡电极表面，铜网刺针刺入深度2mm，刺针面密度为4针/cm2 ；以铜板引出电极2勾刺与碳纤维毡端部结合，勾刺深度2mm，勾刺面密度为6针/cm2 ;铜丝引出线I与铜板引出电极2焊接固定，铜网包覆层与铜板引出电极以螺栓固定，最终获得厚度为IOmm的碳纤维接地电极
>J-U装直。实施例二以石墨纤维毡为碳纤维芯模4，铝网为包覆金属网3，生产本实用新型碳纤维接地电极的具体实施例如下以1400°C碳化处理的聚丙烯腈基碳纤维毡为原料，经2350°C高真空石墨化处理制成高纯石墨纤维租；选用厚度为20_、体密度为0. 7g/cm3的石墨纤维租作为碳纤维芯模4 ;以40目带刺铝丝网模压镶嵌刺入石墨纤维毡电极表面，铝网刺针刺入深度3mm，刺针面密度为6针/cm2 ；以铝板引出电极2勾刺与石墨纤维毡端部结合，勾刺深度3mm，勾刺面密度为8针/cm2 ;铝丝引出线I与铝板引出电极2焊接固定，铝网包覆层与铝板引出电极2以螺栓固定，最终获得厚度为20_的碳纤维接地电极装置。实施例三以碳纤维二维半编织体为碳纤维芯模4，钥丝网为包覆金属网3，生产本实用新型碳纤维接地电极的具体实施例如下以3K日本东丽T300碳纤维为原材料,采用二维半编织工艺成型,制备碳纤维多维编织体；选用厚度为15_、体密度为0. 6g/cm3的碳纤维二维半编织体作为碳纤维芯模4 ；以40目带刺钥丝网模压镶嵌刺入碳纤维二维半编织体电极表面，钥网刺针刺入深度2mm，刺针面密度为6针/cm2 ；以钥板弓丨出电极2勾刺与碳纤维二维半编织体端部结合，勾刺深度3mm,勾刺面密度为8针/cm2 ;钥丝引出线I与钥板弓I出电极2焊接固定，钥网包覆层与钥板引出电极2以螺栓固定，最终获得厚度为15_的碳纤维接地电极装置。实施例四以石墨纤维三维编织体为碳纤维芯模4，铝丝网为包覆金属网3，生产本实用新型碳纤维接地电极的具体实施例如下以12K日本东丽1700碳纤维为原材料，采用三维编织工艺成型，通过2400°C高真空石墨化处理制备石墨纤维三维编织体；选用厚度为20mm、体密度为0. 8g/cm3的石墨纤维三维编织体作为碳纤维芯模4 ;以50目带刺铝丝网模压镶嵌刺入石墨纤维三维编织体电极表面，铝网刺针刺入深度3mm，刺针面密度为7针/cm2 ；以铝板引出电极2勾刺与石墨纤维三维编织体端部结合，勾刺深度3mm，勾刺面密度为10针/cm2 ;铝丝引出线I与铝板引出电极2焊接固定，铝网包覆层与铝板引出电极2以螺栓固定，最终获得厚度为20mm的碳纤维接地电极装置。
权利要求1.一种碳纤维接地电极，其特征是，电极的主体为高性能碳纤维芯模，碳纤维芯模外包覆层为高导电性带刺金属网，引出端子为高导电金属引出极和金属引出线，整个电极装配时主体与外包覆金属网以镶嵌刺入方式结合，成型过程通过模压完成；电极引出端子与碳纤维电极主体通过镶嵌勾刺方式结合。
2.如权利要求1所述的碳纤维接地电极，其特征是，所述电极的主体形状选择圆棒形、长条形，碳纤维芯模的体密度范围为O.1"!. Og/cm3。
3.如权利要求1所述的碳纤维接地电极，其特征是，所述高导电带刺金属网是铜丝网、铝丝网、镀锌不锈钢丝网或钥丝网，金属网采用平纹或斜纹编织方式成型，金属网目数范围为1(Γ50目，金属网孔径范围为O. 3 2mm，成网金属丝直径为O. Γθ. 6mm,金属网一侧具有刺针结构，刺针长度为2 5mm ;外包覆带刺金属网层的厚度范围为O. f 1mm。
4.如权利要求1所述的碳纤维接地电极，其特征是，所述引出端子是铜、铝、镀锌不锈钢或金属钥；其中，引出电极金属块厚度为2飞mm，金属块单侧具有勾刺结构，勾刺针长度为2 3_;引出线与引出电极金属块焊接固定，引出线外径可调。
专利摘要本实用新型涉及一种碳纤维接地电极。电极的主体为高性能碳纤维芯模，碳纤维芯模外包覆层为高导电性带刺金属网，引出端子为高导电金属引出极和金属引出线，整个电极装配时主体与外包覆金属网以镶嵌刺入方式结合，成型过程通过模压完成；电极引出端子与碳纤维电极主体通过镶嵌勾刺方式结合。本实用新型以高性能碳纤维毡或编织体作为电极主体，在碳纤维电极表面嵌刺及勾刺结合金属网层和引出端子，改善接地装置周围土壤阻抗降低接地电阻、保持电极装置周边土壤湿度从而保证较低土壤电阻率、无毒无害、耐腐蚀性能强、耐高温、无环境污染；使用寿命长，施工便利，不受气候和地质条件限制，适于各种保护接地、工作接地、防雷接地、抗干扰接地和防静电接地工程。
文档编号H01R4/24GK202871992SQ20122033292
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者朱波, 蔡珣, 曹伟伟 申请人:山东大学