非金属复合碳纤维镀铜接地材料的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料，属一种接地材料，接地材料中包括横截面呈任意形状的条状碳纤维基材，碳纤维基材轴向的表面上涂覆有金属铜层。由于碳纤维属于非金属材料，因此不存在防腐的问题，并且也不存在和其它金属产生电化学腐蚀的问题，较适宜在地下隐蔽工程中使用，且不需要重复进行大修等维护工作，使用成本低；另外采用碳纤维的基材还有效提高了接地材料的导电性能及机械强度，且优异的机械强度可降低且碳纤后期使用中被偷盗的风险；而碳纤维基材特有的天然韧性，卷曲收纳不会变形，安装时自然伸直，降低安装时的工作量，同时本实用新型的一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料结构简单，且适于工业化生产，易于推广。
【专利说明】 非金属复合碳纤维镀铜接地材料
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种接地材料，更具体的说，本实用新型主要涉及一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料。
【背景技术】
[0002]目前，常用的接地材料主要以镀锌圆钢或扁钢、镀铜扁钢以及在普通碳钢表面涂刷纳米碳防腐导电涂料以达到防腐效果。然而在实际使用中，前述的三种接地材料均存在不同的缺陷，例如镀锌圆钢或扁钢一般的制造长度为6至9米，镀锌层厚度约为60至70微米，在土壤中的使用年限只有8至15年，施工中接地头的地方采用电焊，由于电焊的高温破坏了镀锌层，即使采用了防腐防锈措施，接头的地方也是整个接地装置最薄弱的环节。另外镀锌钢的导电性能只有铜材的8.6%，是镀铜钢的1/3，因此在设计时为了增加导电性能和提高热稳定性能，使用的材料截面特别大，每米重量在3.8至5千克左右，例如一个220KV的变电站，一次使用的钢材在30吨以上。由此带来的运输、施工、安装等额外费用，致使工程费用大幅升高。因此，一般采用镀锌钢接地材料的地网，南方地区约在8至10年大修一次，北方地区约在15年左右大修一次。大修所耗费的人力物力比新建接地网高出一至两倍的费用。另外镀锌圆钢或扁钢主要以钢材为基材，在表面覆盖一层250至300微米的电解铜，制造长度从20米至100米，且接头数量少，提高了材料的导电性能和防腐性能，理论使用年限可达30年以上，在目前常用的接地材料中属于较为先进的接地材料，但仍有其不足之处，其主要体现在两方面，一方面由于铜镀(扁)钢也是两种电位不等的金属包覆而成，如果在施工或运输时，外表面的镀层破损，埋在土壤中以后，破损处是两种不同的金属，根据铜钢材料的电位序数，可形成一个具有大约0.7 V的电位差，产生电化学作用而导致腐蚀，这是由于铜与钢组成的接地电极彼此连接时，当铜与钢的距离越接近，其内阻越小，流过的电流越大，导致钢的腐蚀率上升，腐蚀量也增大。当铜镀(扁)钢基材失重达到50%以上，地网如有故障电流入地，可致使地网或引上线熔断，导致停电或变压器烧毁等安全事故。另一方面由于镀铜圆钢直径在14毫米至18毫米，长度100米一卷，施工的时候，需要将其拉直，由此致使工作量和工作难度增加，靠人工校直的圆钢，平直度太差，不符合放热焊接的要求，因此焊接难度大，焊接接头失败率高，造成大量的浪费。同时采用涂刷纳米碳防腐导电涂料的碳钢在现实中，尤其是复杂的高电阻率山区，接地沟既挖不平整，也挖不直，可塑性不强的圆钢或者扁钢等则必定会有部分顶在左方、右方或者下方的石头上，无法涂刷到位，钢材、纳米碳防腐导电涂料、水土就会组成原电池，将钢材接地体作为阳极给腐蚀掉。因此采用纳米碳防腐导电涂料会反过来加速接地体腐蚀，虽然可能保护了一部分接地体免受腐蚀，但却加速了另一部分接地体的腐蚀速度，从整体上来说，实为腐蚀接地体，缩短其寿命。基于前述三种接地材料所存在的不足，有必要针对接地材料的结构和材质做进一步的改进和研究。
实用新型内容[0003]本实用新型的目的之一在于针对上述不足，提供一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料，以期望解决现有技术中接地材料使用中易受到腐蚀，且因导电率问题导致材料安装用量较大，施工工作量大及使用成本高等技术问题。
[0004]为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]本实用新型所提供的一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料，所述接地材料中包括横截面呈任意形状的条状碳纤维基材，所述碳纤维基材轴向的表面上涂覆有金属铜层。
[0006]作为优选，进一步的技术方案是:所述碳纤维基材的横截面呈五边形、六边形、矩形及圆形当中的任意一种。
[0007]更进一步的技术方案是:所述碳纤维基材的横截面呈H型、L形、*字形当中的任
意一种。
[0008]更进一步的技术方案是:所述碳纤维基材表面的金属铜层横截面的外部形状与碳纤维基材的横截面相同。
[0009]与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是:由于碳纤维属于非金属材料，因此不存在防腐的问题，并且也不存在和其它金属产生电化学腐蚀的问题，较适宜在地下隐蔽工程中使用，且不需要重复进行大修等维护工作，使用成本低；另外采用碳纤维的基材还有效提高了接地材料的导电性能及机械强度，在同等导电率的前提下，其横截面积是镀铜钢材的1/2、镀锌钢材的1/3，且优异的机械强度可降低且碳纤后期使用中被偷盗的风险；而碳纤维基材特有的天然韧性，卷曲收纳不会变形，安装时自然伸直，有效降低安装时的工作量，同时本实用新型所提供的一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料结构简单，且适于工业化生产，易于推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为用于说明本实用新型一个实施例的结构示意图；
[0011]图2为用于说明本实用新型另一个实施例的结构示意图；
[0012]图3为用于说明本实用新型再一个实施例的结构示意图；
[0013]图中，I为碳纤维基材、2为金属铜层、3为碳纤维基材的横截面。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
[0015]参考图1所示，本实用新型的一个实施例是一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料，所述接地材料中包括横截面呈任意形状的条状碳纤维基材I，所述碳纤维基材I轴向的表面上涂覆有金属铜层2。
[0016]参考图1、图2、图3所示，在本实用新型的另一实施例中，为使接地材料可作为不同位置的接地体使用，当其作为水平的接地体时，上述碳纤维基材I的横截面3可设置在五边形、六边形、矩形及圆形中进行选择，例如图1所示的圆形，图2所示的矩形，图3所示的六面形。当接地材料作为垂直的接地体时，可将上述碳纤维基材I的横截面设置为H型、L形、*字形当中的任意一种。
[0017]进一步的，上述的金属铜层2可直接镀在碳纤维基材I的表面上，保证其使用时的整体性及稳定的导电性能，在此结构之下，显然，碳纤维基材I表面的横截面的外部形状与碳纤维基材I的横截面3相同。
[0018]然而上述所提到的碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7?9倍。碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，碳纤维可加工成织物、毡、席、带、棒、线及其它规格。高强度碳纤维的导电性能为1.6Χ10~-3Ω.(:πι而铜的电阻率是1.75 X 10~-6Ω 经过对比，碳纤维电阻率比铜低3个数量级，因此，通过在碳纤维外表面通过化学镀铜的方法，加以表面处理，使其即能达到铜的导电性能，以及优于钢材的机械强度，同时，相比较镀铜扁(圆)钢，其使用寿命可大幅提高。
[0019]同时，上述多种结构的非金属复合碳纤维镀铜接地材料的其中一种制作方法为:
[0020]一、圆形接地线制作，成品形状如图1所示。
[0021]坯料所作:
[0022]采用Panex?35碳纤维、将树脂、固化剂、促进剂、填料等按一定比例混合通过挤拉成型的方式制成的单根芯棒，碳纤维通过耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。
[0023]一般来说，碳纤维占65 %，碳纤维布占5 %，增韧环氧树脂占30 %。将碳纤维整经，单向(0° )集束，在线浸溃韧性环氧树脂溶液，然后包覆纤维布，通过钢制模口，控制其直径在IOmm至16_，然后在260°C固化成型，整个工艺为连续制造。固化成型的碳纤维线材长度应该在100至500米之间。
[0024]将上述碳纤维棒采用化学滚镀的工艺，使铜分子与碳纤维棒表面分子结合，镀铜层的厚度，可根据电镀时间长短，从0.3mm至Imm不等。
[0025]二、矩形接地线制作，成品形状如图2所示。
[0026]坯料所作:
[0027]采用Panex?35碳纤维、将树脂、固化剂、促进剂、填料等按一定比例混合通过挤拉成型的方式制成的单根芯棒，碳纤维通过耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。
[0028]一般来说，碳纤维占60%，碳纤维布占10%，增韧环氧树脂占30%。将碳纤维整经，单向(0° )集束，在线浸溃韧性环氧树脂溶液，然后包覆纤维布，通过钢制模口，控制其尺寸在宽度40mm至80mm、厚度在4mm至8mm，然后在260°C固化成型，整个工艺为连续制造。固化成型的碳纤维线材长度应该在100至500米之间。
[0029]将上述碳纤维棒采用化学滚镀的工艺，使铜分子与碳纤维棒表面分子结合，镀铜层的厚度，可根据电镀时间长短，从0.3mm至Imm不等。
[0030]三、六边形接地棒制作
[0031]坯料所作:
[0032]采用Panex?35碳纤维、将树脂、固化剂、促进剂、填料等按一定比例混合通过挤拉成型的方式制成的单根芯棒，碳纤维通过耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。
[0033]一般来说，碳纤维占65 %，碳纤维布占5 %，增韧环氧树脂占30 %。将碳纤维整经，单向(0° )集束，在线浸溃韧性环氧树脂溶液，然后包覆纤维布，通过钢制模口，控制其尺寸在14mm至30_、然后在260°C固化成型,整个工艺为连续制造。固化成型的碳纤维棒材长度应该在3-6米之间。
[0034]将上述碳纤维棒采用化学滚镀的工艺，使铜分子与碳纤维棒表面分子结合，镀铜层的厚度，可根据电镀时间长短，从0.3mm至Imm不等。
[0035]在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
[0036]尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种非金属复合碳纤维镀铜接地材料，其特征在于:所述接地材料中包括横截面呈任意形状的条状碳纤维基材(I)，所述碳纤维基材(I)轴向的表面上涂覆有金属铜层(2 )。
2.根据权利要求1所述的非金属复合碳纤维镀铜接地材料，其特征在于:所述碳纤维基材(I)的横截面(3 )呈五边形、六边形、矩形及圆形当中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的非金属复合碳纤维镀铜接地材料，其特征在于:所述碳纤维基材(I)的横截面(3)呈H型、L形、*字形当中的任意一种。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的非金属复合碳纤维镀铜接地材料，其特征在于:所述碳纤维基材(I)表面的金属铜层(2)横截面的外部形状与碳纤维基材(I)的横截面(3)相同。
【文档编号】H01B1/04GK203535973SQ201320623062
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】蒙广军 申请人:南京唐模电气科技有限公司