防腐导电涂料在金属地网中的应用研究.doc

接地网用防腐导电涂料研究 摘要：以固体环氧树脂、导电石墨、碳纳米管、聚乙烯醇缩丁醛等为主要原料制备防腐导电涂料。通过研究固化温度和时间对涂层性能的影响，得到涂料固化条件为:150-300℃，15-30min。通过化学介质浸泡实验，表明涂层具有优异的防腐性能。涂层的主要性能为：结合强度大于5.0MPa，电阻率小于0.5Ω·m，完全可以满足接地网的性能要求，预计寿命20-30年。 关键词：防腐导电涂料 接地网 电阻率 环氧树脂 导电石墨 1 引言 近年来，随着我国电力容量的增大和电压等级的升高，经常发生因接地网腐蚀而引起的电力运行安全事故，交流接地网的腐蚀、烧毁和重建造成的直接经济损失是巨大的，大面积和长时间停电造成的间接损失也是难以估量的[1-5]。为了保证电力系统的正常运行和安全，发电厂和变电站的电气设备都要做到可靠接地，目前，接地网主要有普通钢铁、镀锌钢、铜包钢或电镀铜、纯铜等材料。各种接地网材料的性能比较示于表1[6-9]。 表1各类接地材料性能比较 接地材料 优点 缺点 钢材 价格低廉 效果差、施工量大、使用时限短。 镀锌钢 价格较低 寿命为7-13年。 铜材 使用时限长、30-40年。 价格昂贵、效果较好、施工量大、铜离子污染环境。 铜包钢（镀铜钢） 使用时限较长（铜层厚度大于0.25mm）、价格较贵。 效果较差、施工量大，容易产生电偶腐蚀，有时会加速钢芯腐蚀速度，导致实际寿命缩短。 铝及铝合金 价格适中，使用时间较长。 不耐含氯土壤、海水、海洋大气腐蚀。 接地降阻剂 价格较低、效果较好、使用时限较长。 施工量较大，大多数化学降阻剂有腐蚀性。 接地模块 价格较低、效果好、施工量小。 价格昂贵，应用受限。 离子接地极 效果极好、使用时限较长。 价格极贵、施工量大。 各种接地网材料性价比差异很大，普通钢铁接地网价格低廉，但是裸露钢铁材料的缺点是耐蚀性差，腐蚀产物使表面接触电阻增大至几百欧姆至几千欧姆，使地线泄放危险电流的能力大幅降低。钢铁接地网寿命一般为1~3年，需要经常更换。镀锌钢铁接地网的耐蚀性能与镀锌层厚度有关，耐土壤腐蚀性能远不及耐大气腐蚀，土壤中有氯离子时尤为突出。纯铜接地网本身具有耐酸腐蚀性能，但是很容易产生氧化，氧化亚铜和氧化铜等氧化产物电阻大，很容易导致断路；另外，铜材价格昂贵和铜离子严重污染环境。采用镀铜和铜包钢接地网可以提高耐蚀性，缺点是容易氧化，一旦裸露钢铁基体很容易发生电偶腐蚀，加速接地网失效。以钢铁为基体材料，依次制备铜、锡镀层，得到铜锡复合镀层金属接地网材料[10]。总之，金属导电网的耐蚀性和稳定性直接影响接地网的应用性能，金属接地网的腐蚀是电力接地系统的难题。 国内，北京、上海、江苏、浙江、山东、辽宁、天津等开始选用采用铜材和镀铜钢为接地体材料，国家电网公司“25项重大举措”中明文规定：“在腐蚀性比较严重的枢纽变电站宜采用铜材接地网”，电阻率小于100Ωm时采用铜材接地网。国外，铜材和镀铜钢材为接地网材料，已经有100多年的工程应用历史，而且被IEEE和IEC推荐为主要接地材料。IEEE80-2000在导体的选择方面明确规定：铜材为主要的水平接地导体材料，30%和40%的镀铜钢材也可以作为水平接地导体材料，垂直接地体的材料则主要为厚度大于0.25mm的镀铜接地棒。全球，50%变电站采用镀铜钢接地棒，60%变电站采用放热焊接方法作为连接系统。 导电导热涂料是伴随现代科学技术而迅速发展起来的特种功能涂料，至今约有半个世纪的发展历史。1984年，美国公布了将银和环氧树脂制成导电胶的专利，这是最早公开的导电涂料，我国也在五十年代开始研究和应用导电导热涂料。导电涂料是电导率在10-12s/m以上，具有半导体至导体性能的涂料。根据成膜物质是否具有导电性，导电涂料可分为添加型导电涂料与非添加型导电涂料。成膜物本身是绝缘体，通过填料或助剂使涂层具有导电性，这种涂料称为添加型导电涂料。成膜物本身具有导电性（导电聚合物），不需添加导电性组分，称为非添加型导电涂料。本文为石墨添加型导电涂料。采用导电涂料对钢铁导电网进行防腐处理以提高其耐蚀性，常用石墨粉、镍粉和纳米碳做导电做导电填料[11，12]。采用石墨做填料的导电涂层防腐性能较差，原因是石墨为片状结构，在使用过程中涂层容易沿石墨片开裂，腐蚀介质沿裂纹渗入到基体表面，而加速腐蚀；大于1微米的石墨粉与树脂间存在明显界面，封闭性差和防腐性不理想。镍粉存在与石墨粉相同的问题，通常采用200目镍粉，此镍粉非常容易氧化，另外镍粉价格昂贵。 2 实验 2.1涂料制备 以固体环氧树脂及固化剂为主要成膜物质，采用导电石墨和碳纳米管混合物为导电填料制备导电涂料，防腐导电涂料制备包括如下步骤： 1）硅烷偶联剂水解 硅烷偶联剂采用KH550，以20%～50%乙醇为溶剂