可膨胀石墨原料对柔性石墨带材电阻率的影响
1984年创刊(双月刊)
ISSN 1009-3664      CN 42-1380/TN

可膨胀石墨原料对柔性石墨带材电阻率的影响
作者:张国锋1,李俊2,陈见甫1,沈万慈3 胡松江 日期:2018-08-30 

可膨胀石墨原料对柔性石墨带材电阻率的影响
张国锋1,李俊2,陈见甫1,沈万慈3 胡松江1
(1.河南四达电力设备股份有限公司,河南 长葛 461503;2.国网武汉供电公司,湖北 武汉 430014;3.清华大学材料学院,北京 北  京 100080)
摘要:石墨基柔性接地带是一种新型非金属导电材料,材料自身导电性好,耐高、低温,耐酸碱腐蚀,耐大冲击电流,材料性质稳定。石墨基柔性接地带用于输电线路接地装置是柔性石墨材料应用的新进展,其主要性能要求是导电性。目前,我国新型石墨基柔性接地带由柔性石墨线编织而成,石墨线由可膨胀石墨经高温膨化后压轧得到柔性石墨带材再与玻璃纤维复合经捻制而成。石墨带材的电阻率直接影响新型石墨基柔性接地带的电气性能,如何降低石墨带材的电阻率从而提高新型石墨基柔性接地体的电气性能是我们研究的主要目的。
关键词:接地装置;可膨胀石墨;柔性石墨;电阻率
The influence of expandable graphite materials on the resistivity of flexible graphite strip
ZHANG Guofeng,LI Jun,CHEN Jianfu,SHEN Wanci,HU Song-jiang
(Henan sida electric power equipment co. LTD., Chang'ge, 461503,China;
Wuhan power supply company of national network, hubei wuhan, 430014,China;College of materials, Tsinghua University, Beijing 100080,China)
Abstract: The graphite base flexible zone is a new type of non-metallic conductive material with good conductivity, high resistance to high temperature, low temperature, acid and alkali corrosion, high impact current and stable material properties. It is a new development of the application of flexible graphite materials for the transmission line grounding device. The main performance requirement is the conductivity. At present, the new type of flexible graphite base zone by woven flexible graphite line, after high-temperature puffing the expansible graphite graphite line by pressure rolling again get the flexible graphite strip and the glass fiber composite by the twist. Graphite strip of resistivity of a new kind of graphite matrix flexible joint zone is directly affect the electrical performance, how to reduce the resistivity of graphite strip to improve the electrical performance of new type of flexible graphite base earthing body is the main purpose of our study.
Key words: Grounding device; Expandable graphite; Flexible graphite; Resistivity
0   引言
柔性石墨不仅具有石墨的耐高、低温,耐腐蚀、导电、导热、自润滑、抗辐射等优异特性,而且由于特殊的成型工艺及微观组织,还具有很好的压缩性、回弹性及很低的应力蠕变率等,因而成为优良的密封材料,并在上世纪六七十年代形成一个新材料产业[1-4]。此后,由于它的优异性能,在导热、导电方面也得到广泛应用[5-6]。本文涉及的石墨基柔性接地带用于输电线路接地装置是柔性石墨材料应用的新进展[7-9]。该型产品呈带状,采用柔性石墨为主体材料,由柔性石墨线编织而成,石墨线由可膨胀石墨经高温膨化后压轧得到柔性石墨带材再与玻璃纤维复合经捻制而成[10]。市场供应的可膨胀石墨经高温快速加热,石墨层间插层物(HSO4或H2SO4)迅速气化,使石墨颗粒沿结晶的C轴方向发生几十至几百倍的膨胀,形成蠕虫状的多孔结构的膨胀石墨[11-12]。膨胀石墨在模压或轧制的压力作用下,颗粒间相互啮合,成型为板带等型材,即柔性石墨。
柔性石墨是石墨粉体加工成的成型材料,基本是纯石墨,属于六方晶系结构,在导电性能上有着显著的各向异性,即平面方向上比厚度方向上大得多,前者约是后者的500倍,是良好的导电材料[13]。
迄今,对柔性石墨导电性及其影响因素研究较少,为进一步提高石墨基柔性接地带的导电性能,本文就柔性石墨原料对柔性石墨带材的电阻率的影响,作了一些初步的探讨。
1  实验部分
1.1 材料与仪器
可膨胀石墨原料,分别为碳含量99%、93%,80目和50目。标记例如9980-180,前两位数为纯度,为碳含量的百分数;随后两位数为石墨粒度,50目粒径为300μm,80目为180μm;后三位数为快速加热膨胀后的膨胀容积,单位ml/g。250×150×100箱式电阻炉一台、250石英烧杯1支、坩埚钳一把、长柄勺一把、万能试验机模具一套(自制)、TH2515A低电阻测量仪一台、带表卡尺一把、钢板尺一把、分析天平1台、试验用辊轧机。
扫描电镜观察由清华大学材料学院帮助完成。
1.2 工艺过程[14]
可膨胀石墨→高温膨化→模压预成型→辊压成型→分切→测量与记录
2  试验内容
2.1 高温膨化
将箱式电阻炉通电,温度达到950℃后,将石英烧杯放入电炉内烧制恒重,打开炉门,用长柄勺将可膨胀石墨倒入石英烧杯内,然后关闭炉门至可膨胀石墨不再膨胀止,打开炉门,用坩埚钳将石英烧杯轻轻夹出,将膨化后的蠕虫石墨轻轻倒入不锈钢桶内,至40g可膨石墨全部膨化成蠕虫石墨。
2.2 模压预成型
将蠕虫石墨倒入专用模具中,将模具上压板下降,压入下模具,将膨胀石墨压成厚度为2mm的石墨带材(密度为**g/cm3)。
2.3 辊压成型和分切
调整带百分表的辊压机两辊之间间隙,将柔性石墨用压制成1.0mm厚,用美工刀切割成180*26mm长条状柔性石墨带材,将剩余柔性石墨带材逐一压轧成厚度为0.9、0.8、0.7、0.6、0.5、0.4、0.3mm(密度分别为-----),并切割成180*26mm长条状柔性石墨带材,分别记样品2、3、4....8号。
2.4 测量与记录
测量样品1-8的长宽厚、质量、电阻并记录。
3  结果与讨论
3.1 可膨胀石墨碳含量
相同产地、粒度及膨胀倍率,不同碳含量的可膨胀石墨对制得的不同密度下柔性石墨带材电阻率的影响,见图1。

图1 9980-180和9380-180柔性石墨带材密度电阻率曲线图
Fig. 1 Density resistivity curves of 9980-180 and 9380-180 flexible graphite strip
由图1可以看出:在相同工艺条件下,柔性石墨带材密度0.6g/cm³到1.7g/cm³时,电阻率呈下降趋势。图1表明,柔性石墨片的面向电阻率随密度增大而减小。且密度从0.6g/cm³到1.2g/cm³之间下降趋势更为明显。在相同密度下的柔性石墨,9980-180柔性石墨带材电阻率比9380-180石墨带材的低,说明同一石墨矿生产的可膨石墨原料碳含量越高,加工成的柔性石墨带材电阻率越低,制备的石墨基接地带电气性能越好。
在纯度93%和99%可膨胀石墨原料制备的柔性石墨带材的表面上,肉眼可见存在杂质颗粒形成的斑点,纯度越低其数量越多、颗粒越大,如图2、3所示。

图2 纯度93%柔性石墨表面
Fig. 2 Purity 93% flexible graphite surface

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