一种碳纳米管改性的接地模块及其制备方法技术领域
本发明属于接地体领域，具体是指一种碳纳米管改性的接地模
块及其制备方法。
背景技术
传统的接地体多为金属导体，缺点是用料多，耗资大，寿命短、
稳定性差，逐渐被复合材料接地模块代替。复合材料接地模块大多
是由非金属导电材料为主体，不仅接地模块的导电率低，而且性能
稳定，埋入土壤中不降解，不含腐蚀性离子，安全环保。但这种接
地模块的抗压强度低，运输过程中和安装时容易破坏。
公开号为CN201310126870.9的发明专利公开了一种接地模块，
它是按焦碳粉13-17份,水泥1.5-8份,石墨粉0.3-5份，离子释放
剂0.3-5份的比例制备得到的。但是该接地模块的导电性能有限，
须配合以离子释放器，才能达到快速降低接地电阻的目的，实用性
不强。
公开号为CN201410782553.7的发明专利公开了一种石墨防雷
接地模块。首先将石墨破碎、筛分得到石墨粒和石墨粉，按比进行
混合，然后将配料后的石墨与沥青按比进行混捏得到可塑糊料，并
经过轧片机进行轧片，将轧片糊料研磨成粉料，最后将粉料经振动
成型压制成生坯，将生坯置于高温炉中，获得焙烧品，加工得到石
墨防雷接地模块。该方法工艺繁琐，不便于大规模工业化生产。
公开号为CN201410596800.4的发明专利公开了一种用于接地
模块的导电填料。它是按照碳纤维1-4％、石墨粉5-14％、化学分
散剂0.5-2.5％、树脂胶粘剂40-50％、水余量的配方制备得到的，
然后将该导电填料制备成接地模块，提高接地模块本身的电导率，
但接地模块的抗压强度较低。
发明内容
本发明的目的是根据上述不足提供一种碳纳米管改性的接地
模块及其制备方法，该接地模块不仅具有低电阻率，而且抗压强度
高，制备方法也简单方便，成本低。
本发明是通过以下方式实现的：一种碳纳米管改性的接地模
块，其特征在于：它的原料包括质量百分数为1-30％的碳纳米管，
18-75％的有机硅树脂，18-75％的煅后焦以及2-10％的膨润土。
本发明的另一个目的是通过以下方式实现的：一种制备上述碳
纳米管改性的接地模块的方法，其步骤包括：
(1)将质量百分数为1-30％的碳纳米管与质量百分数为18-72％
的有机硅树脂混合，在有机溶剂中分散均匀得到导电粘合剂；
(2)将质量百分数为18-72％的煅后焦与质量百分数2-10％的
膨润土粉碎后混合得到复合填料；
(3)将步骤(1)中的导电粘合剂与步骤(2)中的复合填料
搅拌混合后，用模具压制成型，并烘干固化后得到所述碳纳米管改
性的接地模块。
优选的，所述步骤(1)中的有机溶剂为二甲苯、苯、正丁醇、
氯仿、无水乙醇、1-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、石油醚、C5-C16的
烷烃中的任意一种或两种以上的混合。更优选的，有机溶剂为二甲
苯、苯、正丁醇、氯仿、无水乙醇、丙酮或石油醚中的一种。
优选的，所述步骤(1)中的分散是采用球磨分散。更优选的，
球磨机转速为300-600r/min。
优选的，所述步骤(2)中煅后焦与膨润土粉碎至粒径为
10-60um。
优选的，所述步骤(3)中压制成型的压力为0.1-2Mpa。
优选的，所述步骤(3)中烘干固化的烘干温度为80-600℃。
优选的，所述步骤(3)中固化时间为15-100min。
本发明制备上述碳纳米管改性的接地模块的方法优选的技术
方案为：一种制备上述碳纳米管改性的接地模块的方法，其步骤包
括：
(1)将质量百分数为1-30％的碳纳米管与质量百分数为18-72％
的有机硅树脂混合，在有机溶剂中球磨分散均匀得到导电粘合剂；
(2)将质量百分数为18-72％的煅后焦与质量百分数2-10％的
膨润土粉碎后混合得到复合填料；
(3)将步骤(1)中的导电粘合剂与步骤(2)中的复合填料
搅拌混合后，用模具在0.1-2Mpa下压制成型，并在80-600℃下烘
干固化15-100min后得到所述碳纳米管改性的接地模块。
碳纳米管自1991年被发现以后，由于其轻质高强的力学性能，
以及良好的导电性能、传热性能以及光学性能，被广泛应用于各大
复合材料中作为增强相。大量研究表明，纳米碳管杨氏模量值高达
5TPa，比强度为50GPa/(mg/m3)，约为钢的100倍，同时具有优良
的热稳定性和良好的润滑性能，成为理想的纳米纤维材料。碳纳米
管作为复合材料的增强剂不仅能大幅度提高结构的界面强度，还可
作为功能增强剂填充到聚合物中，提高其导电性、散热能力等。
膨润土是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物，该土具有良好的粘
结性，膨胀性，吸附性，可塑性，分散性，润滑性，阳离子交换性。
膨润土是当今应用范围较广和经济价值较高的粘土矿物之一，国外
人有称之为万能粘土矿物。在接地降阻材料中加入膨润土，能提高
接地性能，减弱金属的腐蚀性，成本低、性能好。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的接地模块利用了碳纳米管具有良好电磁特性和机
械性能的特点，用于接地模块中可以有效提高接地模块的导电性，
降低其电阻率，并可以提高抗压强度；
2)本发明的接地模块还在原料中加入了膨润土，使得制备的接
地模块可以具有良好的防腐性和接地性能，并且可塑性好，易于固
化成型；
3)本发明的制备方法工艺步骤简单，设备成本较低，制备周期
较短，适用于工业化批量生产，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下结合具体实施方式进一步说明本发明：
实施例1
(1)先将改性碳纳米管加入到有机硅树脂中，其中碳纳米管
的添加量为接地模块质量的5％，有机硅树脂的添加量为接地模块质
量的50％，在有机溶剂二甲苯里，通过行星球磨机以500r/min进行
高速球磨使碳纳米管在有机硅树脂基体中分散，得到导电粘合剂；
(2)将煅后焦、膨润土粉碎得到粒径为10um细小颗粒粉末并
添加到步骤(1)得到的导电粘合剂中，搅拌混合均匀得到复合填
料，其中煅后焦的添加量为接地模块质量的40％，膨润土的添加量
为接地模块质量的5％；
(3)用模具将复合物以0.6Mpa压力压制成型，然后将其置入
炉温为300℃的烘干机中烘干固化，烘干时间为60min，得到所述
碳纳米管改性的接地模块1。
实施例2
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块2，与
实施例1的不同点在于，步骤(1)中，碳纳米管的添加量为填料
质量的2％，有机硅树脂的添加量为填料质量的18％；步骤(2)中，
煅后焦的添加量为填料质量的72％，膨润土的添加量为填料质量的
8％，粉碎至粒径为20um。
实施例3
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块3，与
实施例1的不同点在于，步骤(1)中，碳纳米管的添加量为填料
质量的30％，有机硅树脂的添加量为填料质量的48％；步骤(2)中，
煅后焦的添加量为填料质量的18％，膨润土的添加量为填料质量的
10％，粉碎至粒径为30um。
实施例4
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块4，与
实施例1的不同点在于，步骤(1)中，碳纳米管的添加量为填料
质量的1％，有机硅树脂的添加量为填料质量的22％；步骤(2)中，
煅后焦的添加量为填料质量的75％，膨润土的添加量为填料质量的
2％，粉碎至粒径为50um。
实施例5
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块5，与
实施例1的不同点在于，步骤(1)中，碳纳米管的添加量为填料
质量的5％，有机硅树脂的添加量为填料质量的75％；步骤(2)中，
煅后焦的添加量为填料质量的18％，膨润土的添加量为填料质量的
2％，粉碎至粒径为60um。
实施例6
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块6，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，压制压力为0.1Mpa。
实施例7
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块7，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，压制压力为1Mpa。
实施例8
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块8，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，压制压力为2Mpa。
实施例9
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块9，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化温度为200℃。
实施例10
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块10，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化温度为80℃。
实施例11
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块11，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化温度为600℃。
实施例12
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块12，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化时间为15min。
实施例13
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块13，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化时间为60min。
实施例14
按照实施例1的步骤制备得到碳纳米管改性的接地模块14，与
实施例1的不同点在于，步骤(3)中，固化时间为100min。
由实施例1-14所制得碳纳米管改性的接地模块1-14性能参数
如表1所示。从表中可以看出，本发明的接地模块电阻率可以达到
1.7×10-3Ω·cm，抗压强度可以达到最大值35MPa。
样品
电阻率/Ω·cm
抗压强度/Mpa
接地模块1
1.7×10-3
30
接地模块2
4.9×10-3
16
接地模块3
9.5×10-3
23
接地模块4
2.6×10-2
31
接地模块5
5.6×10-2
34
接地模块6
4.4×10-1
28
接地模块7
1.7×10-2
27
接地模块8
3.9×10-3
28
接地模块9
6.9×10-3
19
接地模块10
9.7×10-1
35
接地模块11
6.2×10-3
22
接地模块12
4.3×10-3
26
接地模块13
2.4×10-3
30
接地模块14
2.8×10-3
32
表1实施例1-14的性能参数
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡
在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，
均应包含在本发明的保护范围之内。