一种石墨纤维复合体的制备方法及石墨纤维复合体与流程

本申请涉及电网输电领域，尤其涉及一种石墨纤维复合体的制备方法及石墨纤维复合体。

背景技术：

我国现行电力系统输电线路接地接地材料主要以镀锌钢、铜包钢、不锈钢、铜等金属接地材料为主，但是金属接地材料存在耐腐蚀性能较差，使用寿命低，运输、施工困难，运行维护成本高等缺点，针对金属接地材料的这些缺点，出现了采用柔性石墨代替金属作为接地体的新型接地材料。但柔性石墨多使用纤维束作为“骨架”，纤维束的纱线间有间隙、叠丝等不良现象，直接影响产品的质量和力学性能。目前常用的柔性石墨接地材料，都使用丙烯酸乙酯等材料作为胶黏剂。丙烯酸乙酯具有低毒性，可通过吸入、食入、皮肤吸收等方式侵入人体，其对呼吸道有刺激性，眼睛直接接触可致灼伤，对皮肤有明显的刺激和致敏作用，并且丙烯酸乙酯易燃，遇明火、高热及强氧化剂易引起燃烧。丙烯酸乙酯在制作石墨柔性接地材料时用作石墨与纤维的胶黏剂，在接地体受到较大的工频入地电流作用下，容易发生挥发现象造成二次污染，并且影响石墨接地体的导电性能和机械性能。可见，丙烯酸乙酯作为低毒性的危化品，不符合目前的绿色环保理念，还会对电网的接地系统带来一定的安全隐患。

申请内容

本申请提供一种石墨纤维复合体的制备方法及石墨纤维复合体，能够避免胶黏剂对复合体性能和寿命造成影响，减少环境污染。

第一方面，本申请的实施例提供了一种石墨纤维复合体的制备方法，包括如下步骤：石墨膨化步骤、将片状石墨膨胀成蠕虫状石墨。石墨纸压制步骤、将蠕虫状石墨压制成第一石墨纸和第二石墨纸。展丝步骤、将纤维束展丝得到多条纤维丝。纤维丝排布步骤、将各纤维丝排布在第一石墨纸和第二石墨纸之间，得到石墨纤维夹层。复合步骤、将石墨纤维夹层压制成石墨纤维复合纸。复合体制备步骤、将石墨纤维复合纸制备成绳状的石墨纤维复合体。

在其中一些实施例中，纤维丝排布步骤中，各纤维丝的直径均为5～10μm。

在其中一些实施例中，纤维丝排布步骤中，各纤维丝在自身的宽度方向上并列排布。

在其中一些实施例中，纤维丝排布步骤中，相邻的两条纤维丝之间具有间隔，且间距为定值。

在其中一些实施例中，间距为2mm。

在其中一些实施例中，纤维丝排布步骤中，第一石墨纸和第二石墨纸的厚度均为0.05～1.5mm。

在其中一些实施例中，复合步骤中，压制压力为5mpa。

在其中一些实施例中，复合体制备步骤包括如下子步骤：切割子步骤、将石墨纤维复合纸切割成带状物。捻制子步骤、将带状物捻制成绳状体。编织子步骤、将绳状体编织成石墨纤维复合体。

第二方面，本申请的实施例提供了一种石墨纤维复合体，石墨纤维复合体为由石墨纤维复合纸制备而成的绳状，石墨纤维复合纸为由石墨纤维夹层压制而成的片状，石墨纤维夹层为由第一石墨纸、第二石墨纸和排布在第一石墨纸和第二石墨纸之间的多条纤维丝组合成的层状，各纤维丝为由纤维束展丝制成的丝状，第一石墨纸和第二石墨纸均为由蠕虫状石墨压制而成的片状，蠕虫状石墨由片状石墨膨胀而成。

在其中一些实施例中，石墨纤维夹层中，各纤维丝在自身的宽度方向上并列排布，相邻的两条纤维丝之间具有间隔，且间距为定值。

根据本申请的实施例提供的一种石墨纤维复合体的制备方法，包括如下步骤：石墨膨化步骤、将片状石墨膨胀成蠕虫状石墨。石墨纸压制步骤、将蠕虫状石墨压制成第一石墨纸和第二石墨纸。展丝步骤、将纤维束展丝得到多条纤维丝。纤维丝排布步骤、将各纤维丝排布在第一石墨纸和第二石墨纸之间，得到石墨纤维夹层。复合步骤、将石墨纤维夹层压制成石墨纤维复合纸。复合体制备步骤、将石墨纤维复合纸制备成绳状的石墨纤维复合体。本申请的石墨纤维复合体具有稳定的物理化学性能，并且不含胶黏剂，避免了胶黏剂受高温挥发以及胶黏剂寿命对石墨体的影响。采用本申请的石墨纤维复合体制成的柔性石墨接地材料具有优良的拉伸强度，轻便的施工性能，与土壤接触性好，导电性能良好，适合在高土壤腐蚀率地区的输电线路杆塔、风电机组等防雷接地工程中用作接地装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中石墨纤维夹层的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

参阅图1，本申请的实施例提供了一种石墨纤维复合体的制备方法，包括如下步骤：石墨膨化步骤、将片状石墨膨胀成蠕虫状石墨。石墨纸压制步骤、将蠕虫状石墨压制成第一石墨纸1和第二石墨纸3。展丝步骤、将纤维束展丝得到多条纤维丝2。纤维丝排布步骤、将各纤维丝2排布在第一石墨纸1和第二石墨纸3之间，得到石墨纤维夹层。复合步骤、将石墨纤维夹层压制成石墨纤维复合纸。复合体制备步骤、将石墨纤维复合纸制备成绳状的石墨纤维复合体。

石墨膨胀步骤中，片状石墨的碳含量可以高于95％，如97％、98％、99％。

石墨膨胀步骤中，膨胀方式可以为在300℃以上的温度下膨胀，如350℃、400℃、450℃。

石墨纸压制步骤中，压制方式可以为辊压。

展丝步骤中，纤维束可以为无机纤维(如玻璃纤维、碳纤维)，也可以为合成纤维(如凯夫拉纤维)。

纤维丝排布步骤中，各纤维丝2的直径可以均为5～10μm，如5μm、8μm、10μm。

纤维丝排布步骤中，各纤维丝2可以在自身的宽度方向上并列排布。

纤维丝排布步骤中，相邻的两条纤维丝2之间可以具有间隔，且间距可以为定值。间距可以为2mm。

纤维丝排布步骤中，第一石墨纸1和第二石墨纸3的厚度可以均为0.05～1.5mm，如0.05mm、0.5mm、1.5mm。第一石墨纸1和第二石墨纸3的厚度可以相等。

纤维丝排布步骤中，纤维丝2的长度方向可以与第一石墨纸1的长度方向与第二石墨纸3的长度方向相同。第一石墨纸1的长度方向也就是蠕虫状石墨的辊压方向。第二石墨纸3的长度方向同理，此不赘述。

复合步骤中，压制压力可以为5mpa。

复合步骤中，压制方式可以为辊压。

复合步骤中，石墨纤维复合纸的长度方向可以与纤维丝2的长度方向相同。石墨纤维复合纸的长度方向也就是石墨纤维夹层的辊压方向。

复合体制备步骤可以包括如下子步骤：切割子步骤、将石墨纤维复合纸切割成带状物。捻制子步骤、将带状物捻制成绳状体。编织子步骤、将绳状体编织成石墨纤维复合体。

切割子步骤中，带状物的宽度可以为22mm。

捻制子步骤中，绳状物的直径可以为2.2mm。

编织子步骤、石墨纤维复合体的直径可以为28mm。

石墨纤维复合体的体积电阻率低于4.5×10-5ω·m，绳体的抗拉强度大于20mpa。

本申请的实施例提供了一种采用上述任一实施例的制备方法制得的石墨纤维复合体，石墨纤维复合体为由石墨纤维复合纸制备而成的绳状，石墨纤维复合纸为由石墨纤维夹层压制而成的片状，石墨纤维夹层为由第一石墨纸1、第二石墨纸3和排布在第一石墨纸1和第二石墨纸3之间的多条纤维丝2组合成的层状，各纤维丝2由纤维束展丝制成的丝状，第一石墨纸1和第二石墨纸3均为由蠕虫状石墨压制而成的片状，蠕虫状石墨由片状石墨膨胀而成。

石墨纤维复合体由绳状物编织而成，绳状物由带状物捻制而成，带状物由石墨纤维复合纸切割而成。

石墨纤维夹层的压制压力可以为5mpa。

石墨纤维夹层中，第一石墨纸1和第二石墨纸3的厚度可以均为0.05-1.5mm，如0.05mm、0.5mm、1.5mm。

石墨纤维夹层中，各纤维丝2的直径可以均为5～10μm，如5μm、8μm、10μm。

石墨纤维夹层中，各纤维丝2可以在自身的宽度方向上并列排布。

石墨纤维夹层中，相邻的两条纤维丝2之间可以具有间隔，且间距可以为定值。间距可以为2mm。

片状石墨的碳含量大于95％。

片状石墨的膨胀温度大于300℃。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。