一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料及制备方法
阅读说明：本技术 一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料及制备方法 (Lightning protection coating for reducing grounding resistance of weathering resistant steel pole tower and preparation method thereof ) 是由 赵玉顺 闫程 卫明浩 王书涛 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料及制备方法,属于防雷涂料技术领域。所述防雷涂料包括包括如下重量百分比的组分：脂环族环氧树脂40％～60％,炭黑30％～40％,光引发剂1.5％～8％,导电填料1％～5％,流变剂0.1％～1％,流平剂0.2％～0.6％,附着力促进剂0.2％～0.6％,分散剂3％～5％。所述防雷涂料制备方法简单。利用本发明防雷涂料制得的涂层附着性能好、成型快,具有优异的防锈和导电性能,适合各种大小形状的耐候钢杆塔,降低接地电阻,减少雷击闪络事故发生。(The invention discloses a lightning protection coating for reducing the grounding resistance of a weathering steel pole tower and a preparation method thereof, belonging to the technical field of lightning protection coatings. The lightning protection coating comprises the following components in percentage by weight: 40-60% of alicyclic epoxy resin, 30-40% of carbon black, 1.5-8% of photoinitiator, 1-5% of conductive filler, 0.1-1% of rheological agent, 0.2-0.6% of flatting agent, 0.2-0.6% of adhesion promoter and 3-5% of dispersant. The preparation method of the lightning protection paint is simple. The coating prepared by the lightning protection coating has good adhesion performance, quick forming and excellent rust prevention and electric conductivity, is suitable for weather-resistant steel poles and towers in various sizes and shapes, reduces the grounding resistance and reduces the occurrence of lightning flashover accidents.)
技术领域
本发明属于防雷涂料技术领域，具体涉及一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料及制备方法。
背景技术
随着电力工业发展、人类环保意识的加强，在杆塔中使用耐候钢材料已成为一种趋势。但相应的，耐候钢材料作为输电杆塔主材也出现了其他的问题：由于材料表面生成的氧化保护层电阻较大，同时杆塔节点间是保护层聚集位置，在杆塔角钢材料连接处形成较高的搭接电阻。当杆塔落雷后，杆塔塔身电位升高，可能产生更高的杆塔绝缘击穿闪络风险。此外，耐候钢杆塔处在严格的环境中，久而久之耐候钢杆塔会出现锈蚀现象，进一步增大连接处塔接电阻，增加杆塔绝缘闪络风险。
紫外光固化涂料以其固化快无需高温、不产生气泡、膜面光泽好等优点受到广泛重视，以脂环族环氧树脂为基体制得的紫外光固化涂料耐候强、硬度高、耐磨、抗冲击、耐腐蚀、粘结性好等。石墨烯内部碳原子的排列方式是以sp杂化轨道成键的蜂窝式层状结构，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大Π键，具有优良的导电性能和光学性能。石墨烯比表面积大和强度高等特点，可以优化涂料产品的防腐和机械性能等。此外，碳纳米管与石墨烯片层结构相同，同样具有优良的导电性能，有研究表明石墨烯和碳纳米管复合的导电填料的导电率优于各自单独作为填料的性能，因此石墨烯与其他纳米粒子复合的导电填料在降低耐候钢杆塔接地电阻具有很好的应用意义。
目前，导电涂料及制备方法已经成为电气与电子等领域的热点研究问题，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如发明专利申请说明书《一种纳米防腐导电涂料的制备方法》(CN113122112A)和《一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法》(CN 110564233A)。其中，
中国发明专利申请公开说明书CN110564233A于2019年12月13日公开的《一种水性石墨烯导电涂料及其制备方法》，仅通过高压均质一个工艺环节完成膨胀石墨剥离、分散及水性导电涂料的制备。其存在的不足主要包括：该涂料是采用水溶性树脂乳液获得的水性导电涂料，水性涂料存在附着力低，容易脱落等问题，并且水溶性树脂的耐候性差，并不适用于户外环境使用。
中国发明专利申请公开说明书CN113122112A于2021年7月16日公开的《一种纳米防腐导电涂料的制备方法》，提前对纳米碳管和纳米碳纤维进行超声、切割以及高压均质，保障涂料密度，并且进一步与金属颗粒混合和电晕处理，提高涂料的导电性能。但是该方法存在以下的不足：
1)该涂料的方法需要对纳米碳管和纳米碳纤维进行切割处理，可想而知，对纳米材料进行切割，体现了该方法的操作工艺较为复杂。
2)该涂料的方法涉及等离子体电晕处理以提高涂料的导电性能，但是有研究表明通过电晕提高导电性能存在时效性，该时效性决定了该方法的环境适应性不强。
此外，现有技术存在的导电涂料主要应用于稳态的小电流环境，而耐候钢杆塔防雷涂料面向于瞬态的雷电流，可见现有技术的导电涂料并不适用于耐候钢杆塔防雷。
发明内容
本发明要解决的技术问题为针对现有技术存在的环境适应性差、体积电阻率较高以及制备工艺复杂等问题，提供一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料及制备方法，该涂料具有较强环境适应性和较低的体积电阻率，且该涂料的制备方法操作简单。具体的，本发明采用粘结力大和耐候性强的环氧树脂为基体、导电性能好的石墨烯和碳纳米管为导电填料以及各种助剂，且采用光固化的方法，得到降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料，包括如下重量百分比的组分：
脂环族环氧树脂，40％～60％；
炭黑，30％～40％；
光引发剂，1.5％～8％；
导电填料，1％～5％；
其他助剂，3.5％～7.2％。
优选地，所述其他助剂包括如下重量百分比的组分：
流变剂，0.1％～1％；
流平剂，0.2％～0.6％；
附着力促进剂，0.2％～0.6％；
分散剂，3％～5％。
优选地，所述脂环族环氧树脂为3，4-环氧环己基甲基-3，4-环氧环已基甲酸酯和4，5-环氧己烷-1，2-二缩水甘油酯中的至少一种。
优选地，所述光引发剂为三芳基硫鎓盐、二芳基碘鎓盐中的至少一种。
优选地，所述导电填料为石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
优选地，所述流变剂为改性脲溶液。
优选地，所述流平剂为丙烯酸酯类、聚醚改性有机硅类中的至少一种。
优选地，所述附着力促进剂为磷酸酯丙烯酸酯。
优选地，所述分散剂为环氧乙烷缩合物类、嵌段改性聚醚类中的至少一种。
本发明还提供了一种降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料的制备方法，包括以下步骤：
在常温下，将所述脂环族环氧树脂、炭黑和分散剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为200rpm～400rpm，搅拌时间为1h～2h；然后将所述导电填料加入到反应容器中继续进行搅拌混合，搅拌速度为200rpm～400rpm，搅拌时间为30min～1h；最后将所述流变剂、流平剂、附着力促进剂和光引发剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为200rpm～400rpm，搅拌时间为10min～30min，搅拌混合完成后即得到降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明采用耐候性好、粘度低和高温绝缘型好的脂环族环氧树脂作为涂料基体，使防雷涂料具有良好的耐候性、抗紫外等优异性能，显著提高了防雷涂料的环境适应性。
2、本发明将脂环族树脂与特定比例的炭黑混合，再加入特定比例的导电填料，结合各种助剂，使防雷涂料具有极小的体积电阻率，降低耐候钢杆塔接地电阻效果十分明显。
3、本发明中防雷涂料的制备方法操作简单，便于规模化生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步说明。
以下实施例和对比例所使用的脂环族环氧树脂为4，5-环氧己烷-1，2-二缩水甘油酯，购自天太高新科技有限公司的TDE-85。光引发剂为三芳基硫鎓盐，购自南京嘉中化工有限公司的JZG-2102。流变剂为改性脲溶液，购自南京嘉中化工有限公司的JZ-456。流平剂为丙烯酸酯类，购自南京嘉中化工有限公司的JZ-533。附着力促进剂为磷酸酯丙烯酸酯，购自南京嘉中化工有限公司的JZ-402。分散剂为嵌段改性聚醚类，购自佛山市科宁新材料有限公司的KMT-3003。炭黑、石墨烯和碳纳米管为市面普通产品。
实施例1
本实施例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料包括如下重量百分比的组分：
其中，导电填料包括石墨烯和碳纳米管，石墨烯和碳纳米管的质量比1∶1。
本实施例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料的制备方法为：在常温下，将脂环族环氧树脂、炭黑和分散剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1h；然后将导电填料加入到反应容器中继续进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为30min；最后将流变剂、流平剂、附着力促进剂、分散剂和光引发剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为10min，搅拌混合完成后即得到降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料。
将本实施例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料涂覆至耐候钢表面，20瓦LED灯照射30s，得到20微米厚度的防雷涂层。
实施例2
本实施例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料包括如下重量百分比的组分：
其中，导电填料包括石墨烯和碳纳米管，石墨烯和碳纳米管的质量比为1∶2。
本实施例中防雷涂料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料包括如下重量百分比的组分：
其中，导电填料包括石墨烯和碳纳米管，石墨烯和碳纳米管的质量比为1∶3。
本实施例中的制备方法同实施例1。
对比例1
一种降低耐候钢杆塔接地电阻的防雷涂料，与实施例1不同之处在于：未添加导电填料。具体的，包括如下重量百分比的组分：
本对比例中防雷涂料的制备方法如下：
在常温下，将脂环族环氧树脂、炭黑和分散剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为1h；然后将流变剂、流平剂、附着力促进剂、分散剂和光引发剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为10min，搅拌混合完成后即得到降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料。
将本对比例中的降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料涂覆至耐候钢表面，20瓦LED灯照射30s，得到20微米厚度的防雷涂层。
对比例2
一种降低耐候钢杆塔接地电阻的防雷涂料，与实施例1不同之处在于：未添加炭黑和导电填料。具体的，包括如下重量百分比的组分：
本对比例中防雷涂料的制备方法如下：
在常温下，将脂环族环氧树脂、流变剂、流平剂、附着力促进剂、分散剂和光引发剂加入到反应容器中进行搅拌混合，搅拌速度为300rpm，搅拌时间为10min，搅拌混合完成后即得到降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料。
将本对比例中的降低耐候钢杆塔接地电阻的防雷涂料涂覆至耐候钢表面，20瓦LED灯照射30s，得到20微米厚度的防雷涂层。
对实施例1-3和对比例1-2制得的防雷涂层分别进行了性能测试，测试结果见表1。
表1实施例1-3和对比例1-2中得到的涂层性能
通过表1结果可见，第一，采用脂环族环氧树脂光固化得到的涂层在盐水溶液侵泡168h后，表现出优异的耐盐水特性。第二，实施例1-3得到的涂层表现出极低的电阻率。对比例1未加入导电填料，其体积电阻率明显低于实施例1-3，对比例2未加入炭黑和导电填料，其体积电阻率和实施例1-3完全不是一个量级。这个结果充分说明采用本发明降低耐候钢杆塔接地电阻防雷涂料制备的涂层具有优异的环境适应性和导电性能，可保证耐候钢杆塔防雷击闪络事故的发生。