Композиция для анодного заземлителя и способ формирования структуры указанной композиции

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродов анодного заземления в системах катодной защиты протяженных сооружений от коррозии. Согласно изобретению предлагается композиция из углеродсодержащего наполнителя 3,0 - 20,0 мас.%, ферромагнитного токопроводящего материала 15,0 - 37,0 мас.%, высокомолекулярного соединения - остальное до 100 мас.%. Согласно предлагаемому способу указанные компоненты после смешивания гомогенизируют путем расплавления с последующей кристаллизацией в условиях воздействия переменным электромагнитным полем тока промышленной частоты. Техническим результатом является повышение надежности и долговечности заземлителей за счет существенного уменьшения скорости анодного растворения в широком диапазоне морских и грунтовых сред, а также режимов наложенного тока. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродов анодного заземления в системах катодной защиты протяженных сооружений от коррозии.

Известна композиция с полимерным связующим и углеродсодержащим наполнителем, в которой в качестве последнего используют графит.

(Авт. св. СССР N 473735, кл. С 23 F 13/00, 1976).

Недостатком известной композиции является низкая надежность полученных электродов вследствие их хрупкости, высокой анодной растворимости и низкой предельно допустимой плотности анодного тока.

Известна композиция для анодного заземлителя, включающая углеродсодержащий наполнитель и связующее, в качестве которого содержит каучукоосновной полимер.

(Авт. св. СССР N 1353161, кл. H 01 B1/20, 1991).

Однако электроды, изготовленные из данной композиции, обладают низким значением предельно допустимого анодного тока и высоким электросопротивлением.

Наиболее близкой к заявленной композиции и способу формирования ее структуры является заявка RU N 94023168, кл. H 01 В 1/20, 1996, в которой описаны композиция для анодного заземлителя, содержащая углеродсодержащий наполнитель - технический углерод, ферромагнитный токопроводящий материал и высокомолекулярное соединение - каучукоосновное связующее, и технология получения указанной композиции.

Недостатком известной композиции является низкая коррозионная стойкость в процессе эксплуатации, обусловленная как старением, так и высокой скоростью анодного растворения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение эксплуатационной надежности и долговечности гибких анодов за счет уменьшения скорости анодного растворения в различных морских и грунтовых средах, в широком диапазоне режимов токовой анодной нагрузки, повышение универсальности материала.

Для достижения технического результата в композиции для анодного заземлителя, включающей углеродсодержащий наполнитель, ферромагнитный токопроводящий материал и высокомолекулярное соединение, согласно изобретению указанные компоненты находятся в следующем соотношении компонентов, мас.%: Углеродсодержащий наполнитель - 3,0 - 20,0 Ферромагнитный токопроводящий материал - 15,0 - 37,0 Высокомолекулярное соединение - Остальное В качестве углеродсодержащего наполнителя она содержит технический углерод с размером частиц 25-30 нм.

В качестве ферромагнитного токопроводящего материала она содержит магнетит или легированный магнетит.

В качестве высокомолекулярного соединения она содержит эластомеры или смесь полимеров типа полиолефинов.

Для достижения технического результата в способе формирования структуры композиции для анодного заземлителя, включающем введение в высокомолекулярное соединение углеродсодержащего наполнителя и ферромагнитного токопроводящего материала и смешивание указанных компонентов, согласно изобретению после смешивания указанных компонентов проводят гомогенизацию смеси с последующей кристаллизацией полученного расплава путем воздействия переменным электромагнитным полем тока промышленной частоты.

Изобретение поясняется на следующем примере.

Пример. Для приготовления композиции для анодного эаземлителя смешивают следующие компоненты: оксиды железа - магнетит и легированный магнетит, углеродсодержащий наполнитель - технический углерод П267-Э с размером частиц 25-30 нм и высокомолекулярные соединения - эластомеры и смесь полимеров типа полиолефинов - полиэтилены низкого и высокого давления, полиизобутилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, их смеси и сополимеры, смеси с сополимерами и т. п.

Формирование структуры указанной композиции проводят путем смешивания описанных выше компонентов. После смешивания проводят гомогенизацию расплава с последующей кристаллизацией путем воздействия на смесь переменным электромагнитным полем тока промышленной частоты (50 Гц).

В процессе кристаллизации такой композиции в первую очередь образуются кристаллиты легкоплавкой фазы - полиэтилена низкой плотности.

Твердые частицы наполнителя в процессе роста кристаллов полиэтилена низкой плотности оттесняются в жидкую фазу полиэтилена высокой плотности, аккумулируясь в ней. Первая фаза чистых кристаллов полиэтилена низкой плотности образует, таким образом, структурный остов, воспринимающий внешние механические нагрузки и обладающий высокой гибкостью. Вторая фаза кристаллов полиэтилена высокой плотности насыщена токопроводящими участками и ответственна за электропроводность композиции. При этом образуется цепочечная, мостиковая регулярная структура распределения частиц наполнителя.

Под воздействием импульсных электромагнитных полей токопроводные частицы порошкообразных ингредиентов, прежде всего магнетита с сильно выраженными ферромагнитными свойствами, выстраиваются по магнитным линиям, приобретая наиболее полную регулярную цепочную структуру, с высокой степенью контактирования между собой, что обеспечивает максимально возможную электропроводность композиции, пульсация электромагнитного поля ускоряет и углубляет процесс формирования структуры.

Генератором магнитного воздействия может служить статор двигателя трехфазного переменного тока, в центральной части которого возникает бегущее электромагнитное импульсное поле, под воздействием центробежных сил которого ферромагнитные частицы магнита аккумулируются в периферийных слоях изделия. В центральной части изделия наблюдается концентрация углеродсодержащих ингредиентов, имеющих более высокую электропроводность, чем магнетит. Такая структура обеспечивает высокую электропроводность центральной части изделий и высокую анодную стойкость поверхностного слоя.

Экспериментальная проверка заявляемых вариантов состава композиции осуществлялась с использованием полиэтилена высокой плотности ПЭВП марки 273-79 с интервалом плавления 130-142^oC, полиэтилена низкой плотности ПЭНП марки 10803-020 с интервалом плавления 105-117^oC. Размеры частиц полиэтиленов 250 мкм. Углесодержащий ингредиент - печной техуглерод П267-Э с размером частиц 25-30 нм. Образцы изготовляли методом экструзии с температурой формующей головки - 190±2^oC. Воздействие электромагнитного поля на образец осуществлялось за формующей головкой в интервале температур 190-100^oC.

Изготовление образцов на базе резиновых смесей осуществляли по технологии авт. св. СССР N 1353161, H 01 В 1/20, 1993 г.

При 20^oC после термостатирования определялись удельное объемное электросопротивление p,Ом·м, относительное удлинение ε,%.

Скорость анодного растворения в 25%-ном растворе NaCl -qNaCl и углеводородной воде - q в.в. определялись методом потенциометрирования, q, г/А·год.

Результаты экспериментов сведены в таблицу.

Экспериментальные исследования показали, что изготовленные по предложенной композиции и по предложенному способу электроды анодного заземления обладают повышенной эксплуатационной надежностью за счет уменьшения скорости анодного растворения в различных морских и грунтовых средах.

Формула изобретения

1. Композиция для анодного заземлителя, включающая углеродсодержащий наполнитель, ферромагнитный токопроводящий материал и высокомолекулярные соединения, отличающаяся тем, что углеродсодержащий наполнитель, ферромагнитный токопроводящий материал и высокомолекулярные соединения находятся в следующем соотношении компонентов, мас.%: Углеродсодержащий наполнитель - 3,0 - 20,0 Ферромагнитный токопроводящий материал - 15,0 - 37,0 Высокомолекулярные соединения - Остальное 2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего наполнителя она содержит печной технический углерод с размером частиц 25 - 30 нм.

3. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве ферромагнитного токопроводящего материала она содержит магнетит или легированный магнетит.

4. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве высокомолекулярных соединений она содержит эластомеры или синтетический каучук или изготовленные на их основе резины или смесь полимеров типа полиолефинов.

5. Способ формирования структуры композиции для анодного заземлителя, включающий введение в высокомолекулярные соединения углеродсодержащего наполнителя и ферромагнитного токопроводящего материала и смешивание указанных компонентов, отличающийся тем, что после смешивания указанных компонентов проводят гомогенизацию смеси с последующей кристаллизацией полученного расплава путем воздействия переменным электромагнитным полем тока промышленной частоты.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего наполнителя используют технический углерод.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве ферромагнитного токопроводящего материала она содержит магнетит или легированный магнетит.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве высокомолекулярных соединений используют эластомеры или смесь полимеров типа полиолефинов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6