專利名稱：導(dǎo)電聚合物回填組合物及其作為公用事業(yè)桿子的增強(qiáng)材料的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用硬聚氨酯樹脂泡沫塑料將桿子固定或再固定在土壤中和改進(jìn)其接地的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及固定或再固定桿子用組合物的改進(jìn)和用該組合物固定或再固定桿子的方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明是對(duì)桿子在土壤中的固定或再固定的已知方法、桿子接地線保護(hù)或桿子包封處理化學(xué)品的改進(jìn)，以及現(xiàn)場(chǎng)成形硬聚氨酯樹脂泡沫塑料的強(qiáng)度/密度比的提高。改進(jìn)之處在于采用具有導(dǎo)電性的組合物。所形成的桿子與土壤之間的電氣接觸表面面積比傳統(tǒng)接地技術(shù)大大提高。
本發(fā)明是對(duì)以下文獻(xiàn)公開的技術(shù)的改進(jìn)美國(guó)專利3,968,657，授予Hannay，5,466,094，授予Kirby等人，3,564,859，授予Goodman，3,403,520，授予Goodman以及4,966,497，授予Kirby，描述的是用泡沫塑料再固定桿子的相關(guān)方法。在此將美國(guó)專利3,968,657、3,564,859、3,403,520、4,966,497和5,466,094公開的內(nèi)容全文收入本文作為參考。
扼要地，美國(guó)專利3,403,520描述一種在土壤中固定桿子模殼的方法，包括挖一個(gè)僅比要豎立的桿子稍大的洞穴，將桿子放在洞穴中的要求位置，用反應(yīng)性組分與合成樹脂和發(fā)泡劑的混合物部分充填該洞穴，并讓反應(yīng)進(jìn)行到底從而使樹脂泡沫體膨脹到桿子與洞的各個(gè)側(cè)面之間的空間內(nèi)。發(fā)泡后的樹脂泡沫體粘在并密封桿子埋入段的表面從而保護(hù)它免于受潮、受化學(xué)品和嚙齒類的侵害并將桿子固定在洞中。膨脹的樹脂泡沫體填滿洞側(cè)和洞底中的所有空隙、表面、裂縫和缺口。
美國(guó)專利3,564,859描述一種修直和重填洞穴的方法。它采用與美國(guó)專利3,403,520一樣的方法生產(chǎn)泡沫體并用于充填現(xiàn)有已安裝的桿子在發(fā)生傾斜以后經(jīng)重新對(duì)齊時(shí)所造成的空穴。
美國(guó)專利3,968,657是對(duì)用于制備回填材料的現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)化學(xué)的改進(jìn)。該′657專利公開，在混合物中加入非揮發(fā)性不與水混溶的材料，以便使獲得的產(chǎn)品的性質(zhì)不致過(guò)分受地下水存在的影響。
回填-成形化學(xué)方面的進(jìn)一步改進(jìn)描述在美國(guó)專利4,966,497中。該′497專利描述一種程序，它是對(duì)上述方法的改進(jìn)，因?yàn)椴辉僖篼u化烴發(fā)泡劑，更具體地說(shuō)氯氟烴。再者，該組合物降低了單位聚氨酯泡沫塑料的成本。
美國(guó)專利5,466,094代表?xiàng)U子固定或再固定組合物的另一項(xiàng)改進(jìn)。在該′094專利中，對(duì)聚氨酯生成化學(xué)做了如下改進(jìn)，即，通過(guò)預(yù)反應(yīng)生成預(yù)聚物使高度反應(yīng)性異氰酸酯組分穩(wěn)定化。
所有上面提到的專利都沒有公開這樣一種回填組合物或方法它能同時(shí)固定或再固定桿子和改善桿子的電氣接地。良好的接地能將多余電流有效地從雷擊導(dǎo)入地下。恰當(dāng)?shù)慕拥剡€有助于保證所傳輸?shù)碾娏Φ馁|(zhì)量，因?yàn)樗兄谙虼蟠蠼档碗妷杭夥搴透蓴_如RF(射頻)信號(hào)對(duì)敏感電子設(shè)備的不利影響。
接地是電力系統(tǒng)的重要“安全閥”，既保護(hù)系統(tǒng)也保護(hù)在系統(tǒng)上工作的人員?；诙喾N原因，恰當(dāng)?shù)慕拥厥侵匾?。所有的電氣設(shè)備都要求接地，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生短路。電氣敏感元件，例如，繼電器，要求參照點(diǎn)，它通常是地。半導(dǎo)體設(shè)備造成的諧波和不平衡的負(fù)載都依賴良好的接地來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)。美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)交流系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)在60赫茲之下。諧波是在60赫茲周波曲線上疊加的附加周波?？傌?fù)載包含預(yù)測(cè)系統(tǒng)負(fù)載的基本正弦波加上所產(chǎn)生的各種諧波，從而造成遠(yuǎn)大于預(yù)測(cè)負(fù)載的總負(fù)載。諧波常常由未被平衡的負(fù)載引起；例如由單相電機(jī)、臨時(shí)線路和設(shè)備故障以及由于半導(dǎo)體的使用所產(chǎn)生。諧波可通過(guò)一個(gè)變壓器組的接地″Y″-Δ接線將它們導(dǎo)入到地中。這要求變壓器組的牢靠接地。如上面提到的，良好接地在公用事業(yè)桿子遭到雷擊時(shí)起保護(hù)作用。雷擊電的釋放速度使系統(tǒng)組件受到的損害降低到最低。雷擊可超過(guò)5000安培，因此牢靠的接地對(duì)包容如此高的電流至關(guān)重要。本發(fā)明適用于任何和所有上面提到的問題。雖然各種各樣聚合物回填材料都是優(yōu)選的，但該方法能改進(jìn)可用作桿子固定和/或再固定劑的多種多樣聚合物回填材料的接地性能。
本發(fā)明同時(shí)改進(jìn)現(xiàn)代電力傳輸線和其它公用事業(yè)桿子的穩(wěn)定性和接地。電力系統(tǒng)利用地殼作為其返回導(dǎo)體的一部分。該接地系統(tǒng)的中線保護(hù)各相導(dǎo)體避免過(guò)大電流和電壓，同時(shí)幫助平衡相電壓和諧波。連續(xù)接地的“靜態(tài)”屏蔽金屬絲網(wǎng)的目的是將雷擊的過(guò)量電流導(dǎo)入地下以盡可能避免造成對(duì)屏蔽導(dǎo)體的損害。良好接地在復(fù)雜電子設(shè)備比比皆是的今天尤為重要。另外，良好接地有助于盡可能減少停電故障。對(duì)固定和再固定輸電線桿用的良好回填材料的需要已知有相當(dāng)一段時(shí)間了，并且在這方面已取得很好的進(jìn)展。通過(guò)使任何目前使用的回填材料導(dǎo)電，“連接”大地的表面面積可大大增加。
例如，連接大地的傳統(tǒng)方法是將5/8英寸×10英尺接地棒壓入土壤中。此種方法具有235平方英寸的表面面積。10英寸×10英寸的銅排具有100平方英寸的表面面積。6號(hào)銅線、20英尺長(zhǎng)圍繞桿子纏繞形成的粗端纏繞接地將提供75平方英寸的表面面積。相比之下，回填的表面面積，一個(gè)約20英寸直徑的洞穴，6英尺深，提供與地的接觸面積高達(dá)4500平方英寸，分別相當(dāng)于前兩者的19和60倍大。因此，大大增加了與地的電氣接觸。這在土壤電導(dǎo)率低下的區(qū)域很重要。正如在上面背景技術(shù)中討論的，美國(guó)專利4,966,497公開了用改性聚氨酯作為桿子回填材料的應(yīng)用。通過(guò)將此種回填材料的物理性能擴(kuò)展到包括導(dǎo)電能力，接地的表面面積和能力得到大幅改進(jìn)，從而除了物理接地之外又把電氣接地包括在內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及采用導(dǎo)電聚合物材料作為回填材料以固定或再固定公用事業(yè)桿子、結(jié)構(gòu)之類并保證如此固定或再固定的桿子充分接地的組合物和方法。該方法包括以下步驟成形聚合物組合物，將導(dǎo)電材料分散到整個(gè)聚合物組合物當(dāng)中，并將聚合物組合物施加到公用事業(yè)桿子、結(jié)構(gòu)之類上面。該成形、分散和施加步驟可同時(shí)也可順序地實(shí)施。在一種實(shí)施方案中，分散導(dǎo)電材料的步驟在施加聚合物組合物的步驟之前實(shí)施。優(yōu)選的是，分散的步驟發(fā)生在施加步驟之前或同時(shí)。就典型而言，該實(shí)施方案采取這樣的形式，即，將導(dǎo)電材料分散在組分之一中，后者，當(dāng)與其它組分合并時(shí)，形成聚合物組合物。在一種替代的實(shí)施方案中，分散導(dǎo)電材料的步驟在施加聚合物組合物的步驟以后實(shí)施。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，用聚合物組合物將桿子、結(jié)構(gòu)之類固定在土壤中的方法包括用發(fā)泡聚氨酯組合物固定或再固定；上述成形步驟包括成形發(fā)泡的聚氨酯組合物，而所述施加步驟則包括施加發(fā)泡的聚氨酯組合物。
在該方法的優(yōu)選具體實(shí)施方案中，到處分散著導(dǎo)電材料的發(fā)泡聚氨酯組合物是就地形成的。
在該方法的一種實(shí)施方案中，到處分散著導(dǎo)電材料的發(fā)泡聚氨酯組合物是在桿子上就地成形的，包括將多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、其量能有效形成在水存在下強(qiáng)度足以固定桿子的泡沫體的液態(tài)的不與水混溶組分、催化劑、非離子表面活性劑、阻燃劑和導(dǎo)電材料合并。優(yōu)選的是，該組合物的密度為每立方英尺約4～17磅，且壓縮至少為約30 PSI。
在一種具體實(shí)施方案中，生成發(fā)泡聚氨酯組合物的步驟還包括合并約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯；約0.01～30％瀝青組分；約15～35％胺酚或聚醚多元醇或二者的組合；約4～15％芳烴溶劑不與水混溶組分；最高約2％硅酮二醇共聚物；小于1％水；最高約1％催化劑，選自胺為基礎(chǔ)的催化劑、錫基催化劑和胺為基礎(chǔ)的催化劑與錫基催化劑的混合物；最高約2％阻燃劑和約1～20％導(dǎo)電材料。
在替代的方法實(shí)施方案中，到處分散著導(dǎo)電材料的發(fā)泡聚氨酯組合物是通過(guò)以下組分的合并制成的約39.8％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯、約11.8％瀝青組分、約25％胺酚或聚醚多元醇之一或二者的組合、約12.6％不與水混溶組分、約1.3％硅酮二醇共聚物、約0.2％水、約0.3％催化劑、約1.6％阻燃劑和約7.3％導(dǎo)電材料。
在該方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，分散導(dǎo)電材料的步驟包括分散碳顆?；蚍稚⑻祭w維或分散碳顆粒和碳纖維。在一種具體實(shí)施方案中，碳纖維以整個(gè)組合物的0.1～20wt％的數(shù)量存在。替代地，導(dǎo)電材料還包含摻雜劑和偶聯(lián)劑。摻雜劑和偶聯(lián)劑可包含四甲基碘化銨、冠醚如18-冠-6和各種配體。
在該方法的一種具體實(shí)施方案中，分散導(dǎo)電材料的步驟包括分散金屬或金屬合金。
在另一種實(shí)施方案中，該方法還包括在聚合物組合物中加入摻雜材料。在該方法的另一種實(shí)施方案中，摻雜材料包含選自冠醚和TMAI的材料。在一種具體實(shí)施方案中，該冠醚是18-冠-6。
在一種具體實(shí)施方案中，有一種再固定桿子之類的方法，包括圍繞著桿子之類挖掘一塊面積，并用內(nèi)部到處分散著導(dǎo)電材料的聚合物組合物替換被挖出的材料。
本發(fā)明另一個(gè)目的是一種包含聚合物組合物的回填組合物，該聚合物組合物內(nèi)部到處分散著導(dǎo)電材料。優(yōu)選的是，該聚合物組合物包含發(fā)泡聚氨酯，而導(dǎo)電材料是碳顆?；蛱祭w維或二者。替代地，導(dǎo)電材料是金屬或金屬合金。
在該組合物的另一種實(shí)施方案中，發(fā)泡聚氨酯組合物采用一種包括合并下列組分的方法生產(chǎn)多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、以能有效形成在水存在下強(qiáng)度足以固定桿子的泡沫體的數(shù)量液態(tài)不與水混溶組分，催化劑、非離子表面活性劑和阻燃劑，以及在選自多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、液態(tài)不與水混溶組分，催化劑、非離子表面活性劑和阻燃劑當(dāng)中的一種或多種組分中到處分散導(dǎo)電材料。優(yōu)選的是，該組合物的密度介于約4～17磅每立方英尺并且壓縮至少為約30 PSI。在另一種實(shí)施方案中，該方法包括將導(dǎo)電材料充分分散到選自多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、液態(tài)不與水混溶組分、催化劑、阻燃劑和非離子表面活性劑的組分之一或多種之中。優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料被充分分散到4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯組分中。
在一種具體實(shí)施方案中，該組合物還包含摻雜和偶聯(lián)劑。在另一種具體實(shí)施方案中，摻雜和偶聯(lián)劑包含四甲基碘化銨、冠醚和配體當(dāng)中的一種或多種。
在另一種實(shí)施方案中，發(fā)泡聚氨酯組合物采用包括合并下列組分的方法生產(chǎn)約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯、約0.01～30％瀝青組分、約15～35％胺酚或聚醚多元醇之一或二者的組合、約4～15％不與水混溶組分、最高約2％硅酮二醇共聚物、小于1％水、最高約1％選自氨基酚、二丁基錫的催化劑、最高2％阻燃劑和18-冠-6，以及在選自約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯、約0.01～30％瀝青組分、約15～35％胺酚或聚醚多元醇之一或二者的組合、約4～15％不與水混溶組分、最高約2％硅酮二醇共聚物、小于1％水、最高約1％選自二丁基錫的催化劑、最高2％阻燃劑和18-冠-6當(dāng)中的一種或多種組分中充分分散導(dǎo)電材料，使得最終組合物由約0.1％～約20％導(dǎo)電材料組成。優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料充分分散到30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯中。
在一種具體實(shí)施方案中，該組合物還包含摻雜和偶聯(lián)劑。在另一種具體實(shí)施方案中，摻雜和偶聯(lián)劑包含四甲基碘化銨、冠醚和配體當(dāng)中的一種或多種。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料包含碳纖維或碳顆?；蚨?。
在替代的實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料包含四甲基碘化銨。
在另一種替代的實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料包含碳顆粒和四甲基碘化銨的混合物。
在另一種替代的實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料包含金屬或金屬合金。
在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，有一種接地和設(shè)置變電站接地墊和/或網(wǎng)的方法，包括挖掘供接地墊和/或網(wǎng)用的一塊面積，并在連接銅線上放置3～6英寸包含發(fā)泡聚氨酯聚合物組合物的組合物，其中到處分散著碳顆?；蛱祭w維或既有碳顆粒又有碳纖維，作為導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，有一種給臨時(shí)變電站接地的方法，包括圍繞著所述變電站挖掘(auguring)若干洞穴，并在洞穴之間的連接導(dǎo)體上面鋪設(shè)包含發(fā)泡聚氨酯聚合物組合物的組合物，其中到處分散著碳顆?；蛱祭w維或既有碳顆粒又有碳纖維，作為導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明另一種實(shí)施方案中，有一種給建筑物再固定和接地的方法，包括在所述建筑物的基礎(chǔ)或其附近鋪設(shè)包含發(fā)泡聚氨酯聚合物組合物的組合物，其中到處分散著碳顆?；蛱祭w維或既有碳顆粒又有碳纖維，作為導(dǎo)電材料。
要知道，在所有工況中，其它合適的導(dǎo)電材料也可用來(lái)替代碳顆粒或碳纖維或碳顆粒加碳纖維。上面所描述的實(shí)施方案不過(guò)是舉例說(shuō)明而已，絕不是全部。
發(fā)明詳述 這里所使用的“1”或“一”是指一個(gè)或多個(gè)。
這里所使用的術(shù)語(yǔ)“胺為基礎(chǔ)的催化劑”是指任何具有至少一個(gè)氨基官能團(tuán)的催化劑化合物。例子包括但不限于，氨基苯酚和三乙胺。
這里所使用的“瀝青”或“瀝青組分”應(yīng)按照其習(xí)慣含義來(lái)理解，是一種由天然礦藏或石油，或者石油或與石油相關(guān)工業(yè)過(guò)程獲得的含瀝青的固體或半固體混合物。它由一種或多種大于約16個(gè)碳原子的烴組成。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“瀝青組分”是指包含瀝青的組合物。市售“瀝青”或“瀝青組分”的非限制性例子包括ChevronPhillipsH.P.O.830和ExxonMobil S2。
這里在提到回填材料時(shí)使用的術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電(的)”是指具有穿過(guò)回填材料轉(zhuǎn)移電子的能力。
這里所使用的術(shù)語(yǔ)“有機(jī)醇組分”是指包含一種具有通式R-(HO)n的組分的組合物，其中n至少是1。有機(jī)醇組分可以是簡(jiǎn)單醇或多元醇。
這里所使用的″TMAI″是指四甲基碘化銨。
這里所使用的術(shù)語(yǔ)“錫基催化劑”是指任何具有至少一個(gè)錫原子的催化化合物。例子包括但不限于，二丁基錫和二乙基錫。
這里所規(guī)定的“不與水混溶”是指在約70°F的水中的溶解度小于約5g每100g水，優(yōu)選小于約1g每100g水。術(shù)語(yǔ)“不與水混溶組分”是指任何符合上面規(guī)定的溶解度要求的液體材料，但最優(yōu)選指芳烴溶劑或其混合物，例如，包含甲苯或二甲苯等的。市售“不與水混溶組分”的非限制性例子包括ExxonMobil SC150。
這里所給出的所有百分?jǐn)?shù)都指重量而言，除非另行指出。
結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)準(zhǔn)備用來(lái)，在公用事業(yè)桿子的情況下，將載荷從地面上方的某一地方轉(zhuǎn)移到土壤中。載荷的此種向土壤中的轉(zhuǎn)移依賴于土壤的強(qiáng)度和承受載荷的面積大小。一般就公用事業(yè)木桿子基礎(chǔ)而言，現(xiàn)已查明，支撐桿子所要求的埋入面積(洞穴)是桿子高度的10％加上2英尺附加長(zhǎng)度(60cm)。土壤在桿子/土壤界面處越均一或未擾動(dòng)，桿子發(fā)生偏斜的情況就越少。
接地用發(fā)泡回填材料提供一種轉(zhuǎn)移載荷的絕佳介質(zhì)，因?yàn)樗耆徊⑶遗c土壤達(dá)到緊密接觸。由于這些屬性，土壤受到的載荷均一，且該結(jié)構(gòu)將能支撐更大載荷，減少發(fā)生接地線瑕疵的可能。對(duì)在支撐空氣載荷的結(jié)構(gòu)上的這些回填基礎(chǔ)要求使此種回填材料成為采用泡沫回填材料的首選對(duì)象，并且當(dāng)該回填材料為導(dǎo)電性的時(shí)，泡沫體起到兩種作用支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)和使結(jié)構(gòu)接地。
具有接地添加劑的泡沫回填材料對(duì)幾種結(jié)構(gòu)有利，例如，木桿子、混凝土桿子、金屬桿子和玻璃纖維桿子。另外，幾種結(jié)構(gòu)的組合，例如，具有混凝土下段和鋼上段的那些將是好的選擇。具有預(yù)澆混凝土基礎(chǔ)的另一個(gè)好處是，它可以在挖洞穴時(shí)就地“發(fā)泡”，從而消除需要在同時(shí)澆鑄混凝土期間進(jìn)行錨固螺栓對(duì)齊和重新植入接地棒的問題。
基礎(chǔ)安裝的其它方案可包括預(yù)澆混凝土管，同時(shí)將錨固螺栓組件澆入到混凝土管中。該管子由卡車運(yùn)到電力線的現(xiàn)場(chǎng)，并被滾到其最終位置。然后挖掘洞穴，將混凝土管落位到洞穴中，對(duì)齊并就地用導(dǎo)電泡沫塑料“發(fā)泡”。挖出的碎土隨后被放入到預(yù)澆管子中，然后將結(jié)構(gòu)本身固定在預(yù)澆混凝土管上。此種方法消除了大量現(xiàn)場(chǎng)清理工作。
必須指出，在使用任何類型玻璃纖維和混凝土包埋件時(shí)，方便的是將接地線放入到該圓環(huán)中，以便導(dǎo)電泡沫塑料好形成與結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中線的連接。
某些情況下也有利的是，在回填材料安裝之前或落位以后，將接地棒放到回填材料中?；靥畈牧习惭b以后，可將接地棒簡(jiǎn)單地壓入到回填材料中。這使接地棒的接觸面積大大擴(kuò)大。
制成導(dǎo)電回填材料的方法是通過(guò)分散一種與該改性聚氨酯泡沫體系相容的導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選的是，這些材料為本質(zhì)導(dǎo)電的?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這里所公開的導(dǎo)電材料提供貫通一般地說(shuō)聚合物基質(zhì)，具體地說(shuō)穿過(guò)聚氨酯泡沫塑料的連續(xù)電通路，從而賦予此種聚合物基質(zhì)類似于通常使用的導(dǎo)體的性質(zhì)。
不論多少種導(dǎo)電材料都可用于本發(fā)明中。在一種可能的體系中，TMAI被均勻地分散在或溶解在整個(gè)聚合物基質(zhì)中，從而形成一種導(dǎo)電聚合物。TMAI也可作為摻雜或偶聯(lián)劑使用。其它鹽也可以，特別是具有有機(jī)部分和具有正式電荷的那些。替代地，任何有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽，只要能賦予聚合物基質(zhì)導(dǎo)電性，都在本發(fā)明范圍之內(nèi)。中性分子，例如，某些共軛有機(jī)分子，也有用。優(yōu)選的是，可使用碳顆粒、碳纖維或碳顆粒加碳纖維。優(yōu)選的是，使用TMAI(或其它導(dǎo)電材料)與碳顆粒和/或碳纖維的混合物(優(yōu)選1∶1，重量比)。當(dāng)使用不溶解或部分溶解顆粒和/或纖維如碳顆粒和/或纖維時(shí)，所賦予的導(dǎo)電性隨著顆粒的變小而優(yōu)化。就理想情況而言，微米級(jí)尺寸的顆粒效果最好。金屬或金屬合金也可使用。導(dǎo)電材料沿聚合物基質(zhì)的廣泛分散極大增加了導(dǎo)電性。例如，鐵、銅和其它金屬填料都可使用。替代地，鋼銼屑也可使用。還可使用在另一種材料存在下或受到外部激勵(lì)時(shí)變得導(dǎo)電的材料。
多種多樣聚合物可作為本發(fā)明中的聚合物基質(zhì)。這些可以是聚酯、聚酰胺、聚烯烴以及諸如此類。優(yōu)選的是，用聚氨酯泡沫塑料作為聚合物基質(zhì)。雖然實(shí)例集中談聚氨酯泡沫塑料，但要知道，任何加載了導(dǎo)電材料的適當(dāng)聚合物基質(zhì)都可用于本發(fā)明。
雖然有許多不同聚合物和聚合物組合物都能適應(yīng)本發(fā)明的需要，但已發(fā)現(xiàn)為本發(fā)明優(yōu)選的聚合物組合物是一種聚氨酯泡沫塑料組合物。技術(shù)上已知生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料組合物的標(biāo)準(zhǔn)方法。聚氨酯泡沫塑料可通過(guò)多異氰酸酯與含活性氫的一類如多元醇，起反應(yīng)來(lái)制備。多異氰酸酯，例如，OCN-R-NCO(含有機(jī)基團(tuán)-R-)與有機(jī)醇分子如由通式R-(OH)n代表的有機(jī)醇，其中n至少是1，一種含長(zhǎng)鏈有機(jī)基團(tuán)-R-(例如，聚酯殘基鏈)和具有含活性氫原子的基團(tuán)如OH基團(tuán)的低分子量和液態(tài)樹脂材料，起反應(yīng)。該有機(jī)醇可以是簡(jiǎn)單醇或多元醇。多異氰酸酯起兩個(gè)作用第一，作為樹脂反應(yīng)物連接2或更多個(gè)樹脂分子(OH-R-OH)以生成較大固態(tài)樹脂分子；以及第二，與多異氰酸酯起反應(yīng)生成氣態(tài)CO2，后者作為發(fā)泡劑導(dǎo)致泡沫體的形成。多異氰酸酯的示范例子包括聚合二苯甲烷二異氰酸酯等。多元醇的示范例子是4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯。其它特定的化合物可在每種情況中使用。
導(dǎo)電材料可以任何方式引入到最終聚合物基質(zhì)中。在理想情況下，分散的導(dǎo)電材料作為均質(zhì)溶液或與一種或多種在增強(qiáng)部位就地生成聚合物的個(gè)別反應(yīng)物的混合物引入。優(yōu)選的是，在聚氨酯泡沫塑料的情況下，分散的導(dǎo)電材料作為4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯的均質(zhì)溶液或混合物引入。也可，替代地，作為任何其它反應(yīng)物組分的均質(zhì)溶液或混合物引入。替代地，導(dǎo)電材料也可在聚合物引入到增強(qiáng)部位之前的某點(diǎn)加入到完全制成的聚合物中。
分散導(dǎo)電材料到整個(gè)聚合物組合物中和施加該聚合物組合物到桿子之類上的步驟可同時(shí)或順序地實(shí)施。優(yōu)選的是，分散步驟在施加步驟之前進(jìn)行，但替代地，施加也可在分散步驟之前進(jìn)行或者這兩個(gè)步驟可同時(shí)進(jìn)行。
摻雜劑和偶聯(lián)劑可用于本發(fā)明中以改變和/或改善性能。它們的非限定性例子包括四甲基碘化銨、冠醚和配體。冠醚的非限定性例子包括18-冠-6。
導(dǎo)電材料可以是任何本質(zhì)的，并且其物理尺寸也可不同，只要使聚合物基質(zhì)變得導(dǎo)電。優(yōu)選的是，導(dǎo)電材料是細(xì)顆粒材料。這些顆粒優(yōu)選是微米級(jí)大小的。然而，尺寸較大的材料也可使用。最長(zhǎng)0.25英寸長(zhǎng)的碳纖維能建立電通路，它是通過(guò)穿過(guò)圍繞其細(xì)胞壁聚集的碳顆粒并將碳顆粒連接在一起而建立起電通路的。任何尺寸都適合，只要加入后形成均質(zhì)、充分分散的混合物。唯一的要求是，導(dǎo)電材料的加入賦予聚合物基質(zhì)一種大于純聚合物，也大于土壤的電導(dǎo)率。
導(dǎo)電材料應(yīng)以最終回填組合物總重量的約0.1～約20％的數(shù)量存在。優(yōu)選的是，它應(yīng)以約0.1％～約10％的數(shù)量存在。最優(yōu)選的是，它應(yīng)以約0.1％～約7.5％的數(shù)量存在。碳纖維介于0.1～1％，優(yōu)選0.6％。
在聚氨酯泡沫塑料的一般工況中，組合物是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)合并下列組分而制成的多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、以能有效形成在水存在下強(qiáng)度足以固定桿子的泡沫體的數(shù)量液態(tài)不與水混溶組分、催化劑、阻燃劑、非離子表面活性劑。優(yōu)選的是，該組合物的密度為每立方英尺約4～17磅，且壓縮至少為約30 PSI。作為非限定性例子，該多異氰酸酯可以是4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯，而有機(jī)醇組分可以是胺酚或聚醚多元醇。液態(tài)不與水混溶組分可以是任何芳烴溶劑或任何芳烴溶劑混合物，例如，甲苯、各種二甲苯或其混合物。優(yōu)選的是，采用二甲苯混合物，不過(guò)其它芳烴溶劑也可使用。該組分的市售供應(yīng)例子是ExxonMobil SC150。瀝青組分可以是市售供應(yīng)的瀝青，例如，Chevron Phillips H.P.0.830或ExxonMobil S2。這些市售材料不過(guò)是示范例子，而不具有限制性。催化劑的非限制性例子包括氨基苯酚和二丁基錫；以及非離子表面活性劑，尤其可以是，硅酮二醇共聚物。摻雜材料可以是冠醚，例如，18-冠-6和TMAI。
優(yōu)選在這里所描述的回填組合物中包括阻燃劑組分。阻燃劑組分有助于提高材料的總體閃點(diǎn)以防火災(zāi)和保安。它也有助于材料的流動(dòng)性。范例但非窮盡阻燃劑清單包括TCPP(三(1-氯-2-丙基)磷酸酯)；TDCPP(三(1，3-二氯-2-丙基)磷酸酯；和TCEP(三(2-氯乙基)磷酸酯)。某些范例和非窮盡市售例子包括Celltech TCEP阻燃劑，和FyrolCEF。
下面的具體實(shí)例展示以導(dǎo)電碳改性已知回填材料從而提供一種可用于本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物回填材料。
本發(fā)明所使用的可發(fā)組合物就上面提到的要求方面可在寬范圍內(nèi)變化。下面是此類配方，其中所有份數(shù)均指重量而言。注意，該實(shí)例包含對(duì)特定市售組分的援引，然而，任何這些組分的等價(jià)物都可作為這里的替代物。
本發(fā)明也可用來(lái)改進(jìn)已安裝好的公用事業(yè)桿子的接地。該再固定桿子的方法是通過(guò)在現(xiàn)有電力系統(tǒng)上在與已立桿子一段距離挖出一道地溝以創(chuàng)造更大表面面積來(lái)實(shí)施的。地溝應(yīng)挖至土壤含濕量已達(dá)恒定的深度。地溝的寬度可寬可窄，只要切合所采用的挖掘方法的實(shí)際。將本發(fā)明回填材料連同銅線一起倒入或安裝在溝底，使銅線包埋在回填材料中，并連接到桿子接地和系統(tǒng)中線上。
在以前豎立的桿子上補(bǔ)充桿子接地的另一種方法將是，圍繞桿子挖出一塊面積，類似于桿子檢查工在檢查桿子時(shí)所做的那樣。不用替換被挖出的土壤，而是將本發(fā)明回填材料圍繞著挖出的區(qū)域安裝，并借此提供附加接地。
這里所描述的回填材料和方法也可配合變電站接地墊或網(wǎng)使用。在完成墊/網(wǎng)用的挖掘并安裝了接地-墊以后，在連接導(dǎo)線上放置3英寸-6英寸回填材料以增加接地墊與土壤連接的面積。
仿此，臨時(shí)變電站，即，帶輪子的電力變壓器，最好也這樣接地圍繞變壓器挖(auguring)若干洞穴。在連接臨時(shí)變壓器與洞穴之間、尺寸足夠的銅線在洞穴內(nèi)的那部分上面澆注回填材料，從而強(qiáng)化銅線與土壤的連接。
在高土壤電阻區(qū)域當(dāng)安裝外面纏繞了接地線的地下電纜(鎧裝式電纜)時(shí)也可考慮。有利的是，間隔相當(dāng)?shù)木嚯x在導(dǎo)體上施加回填材料，這將增強(qiáng)接地也讓電纜散熱。此種施加也改善散熱。
本發(fā)明也適用于其它結(jié)構(gòu)的再固定和/或接地。具體地說(shuō)，建筑物，從摩天大樓、多層樓房到一兩層住宅等，都值得考慮采用本發(fā)明強(qiáng)化基礎(chǔ)支撐和/或電氣接地。
本發(fā)明回填材料能很好地適合帶有單相電機(jī)的電氣設(shè)備。在此種方式中，回填材料可起到比接地棒好的作用。增加的面積將輕易地讓不平衡(無(wú)功)負(fù)載通過(guò)接地連接到配電變壓器和/或電力變電站，從而使負(fù)載通過(guò)變電站接線(Y-Δ)得到平衡。
雖然已就本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)做了詳細(xì)說(shuō)明，但要知道，在不偏離如同所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明精神和范圍的前提下這里還可制定出各種變化、替代和修改。另外，本發(fā)明的范圍不擬局限于本說(shuō)明書所描述的方法、機(jī)器、制造和物質(zhì)組成、手段、方法或步驟的特定實(shí)施方案。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將輕易地從本發(fā)明的公開中看出的，方法、機(jī)器、制造和物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，包括目前現(xiàn)有和以后將要開發(fā)的，只要基本起到與本文所描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施方案同樣功能或達(dá)到基本同樣效果，都可按照本發(fā)明使用。因此，所附權(quán)利要求意在將此種方法、機(jī)器、制造和物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用一種聚合物組合物將桿子、結(jié)構(gòu)之類固定或再固定在地上的方法，包括制備所述聚合物組合物，將導(dǎo)電材料充分分散在該聚合物組合物中，并將所述聚合物組合物施加到所述桿子之類上。
2.權(quán)利要求1的方法，其中制備步驟包括成形發(fā)泡聚氨酯組合物，而所述施加步驟包括施加所述發(fā)泡聚氨酯組合物。
3.權(quán)利要求2的方法，還包括現(xiàn)場(chǎng)成形發(fā)泡聚氨酯組合物。
4.權(quán)利要求2的方法，其中所述現(xiàn)場(chǎng)成形發(fā)泡聚氨酯組合物的步驟包括合并多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、其量能有效形成在水存在下強(qiáng)度足以固定桿子的泡沫體的液態(tài)的不與水混溶的組分、催化劑、非離子表面活性劑、阻燃劑和導(dǎo)電材料。
5.權(quán)利要求4的方法，其中組合物的密度為每立方英尺約4～17磅，且壓縮至少為約30PSI。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述成形發(fā)泡聚氨酯組合物的步驟還包括合并約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯；約0.01～30％瀝青組分；約15～35％胺酚或聚醚多元醇或二者的組合；約4～15％不與水混溶組分；最高約2％硅酮二醇共聚物；小于1％水；最高約1％催化劑，選自胺為基礎(chǔ)的催化劑、錫基催化劑和胺為基礎(chǔ)的催化劑與錫基催化劑的混合物；最高約2％阻燃劑和約1～20％導(dǎo)電材料。
7.權(quán)利要求6的方法，其中4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯為約39.8％、瀝青組分約11.8％、胺酚或聚醚多元醇或二者的組合約25％、不與水混溶組分約12.6％、硅酮二醇共聚物約1.3％、水約0.2％、催化劑約0.33％、阻燃劑約1.6％和導(dǎo)電材料約7.3％。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述分散導(dǎo)電材料的步驟包括分散碳顆粒或分散碳纖維或分散碳顆粒加碳纖維。
9.權(quán)利要求8的方法，其中碳纖維以整個(gè)組合物的0.1～20wt％的數(shù)量存在。
10.權(quán)利要求8的方法，其中所述分散導(dǎo)電材料的步驟還包括分散摻雜劑和偶聯(lián)劑。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述摻雜劑和偶聯(lián)劑包括四甲基碘化銨、冠醚和配體中的一種或多種。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述分散導(dǎo)電材料的步驟包括分散金屬或金屬合金。
13.權(quán)利要求1的方法，還包括在所述聚合物組合物中加入摻雜材料。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述摻雜材料包含選自冠醚和TMAI的材料。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述冠醚是18-冠-6。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述再固定包括圍繞桿子挖出一定區(qū)域并用所述聚合物組合物替換挖出的材料。
17.一種組合物，它包含內(nèi)部到處分散著導(dǎo)電材料的聚合物組合物。
18.權(quán)利要求17的組合物，其中聚合物組合物是發(fā)泡聚氨酯組合物，且所述導(dǎo)電材料是碳顆粒或碳纖維或碳顆粒加碳纖維。
19.權(quán)利要求17的組合物，其中導(dǎo)電材料是金屬或金屬合金。
20.權(quán)利要求19的組合物，其中發(fā)泡聚氨酯組合物按照包括下列步驟的方法制備合并多異氰酸酯、有機(jī)醇組分、瀝青組分、其量能有效形成在水存在下強(qiáng)度足以固定桿子的泡沫體的液態(tài)的不與水混溶組分、催化劑、非離子表面活性劑和阻燃劑以及在選自下列組分當(dāng)中一種或多種中分散導(dǎo)電材料多異氰酸酯，有機(jī)醇組分，瀝青組分，液態(tài)的不與水混溶組分，催化劑，阻燃劑，以及非離子表面活性劑。
21.權(quán)利要求20的組合物，其密度為約每立方英尺4～17磅，其壓縮至少為約30PSI。
22.權(quán)利要求20的組合物，其中發(fā)泡聚氨酯組合物采用包括在整個(gè)4，4’-二苯甲烷二異氰酸酯中到處分散導(dǎo)電材料的方法制備。
23.權(quán)利要求20的組合物，還包含摻雜劑和偶聯(lián)劑。
24.權(quán)利要求23的組合物，其中所述摻雜劑和偶聯(lián)劑包含四甲基碘化銨、冠醚和配體當(dāng)中的一種或多種。
25.權(quán)利要求20的組合物，其中所述合并的步驟包括合并約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯、約0.01～30％瀝青組分、約15～35％胺酚或聚醚多元醇或二者的組合、約4～15％不與水混溶組分、最高約2％硅酮二醇共聚物、最高約2％阻燃劑、小于1％水、最高約1％催化劑，選自胺為基礎(chǔ)的催化劑、錫基催化劑和胺為基礎(chǔ)的催化劑與錫基催化劑的混合物；以及，所述分散步驟包括在一種或多種選自下列的組分中到處分散一定數(shù)量導(dǎo)電材料約30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯；約0.01～30％瀝青組分；約15～35％胺酚或聚醚多元醇或二者的組合；約4～15％不與水混溶組分；最高約2％硅酮二醇共聚物；最高約2％阻燃劑；小于1％水；最高約1％催化劑，選自胺為基礎(chǔ)的催化劑、錫基催化劑和胺為基礎(chǔ)的催化劑與錫基催化劑的混合物，使最終組合物包含約0.1％～約20％導(dǎo)電材料。
26.權(quán)利要求25的組合物，其中發(fā)泡聚氨酯組合物采用包括在30～50％4，4′-二苯甲烷二異氰酸酯中到處分散導(dǎo)電材料的方法制備。
27.權(quán)利要求25的組合物，還包含摻雜劑和偶聯(lián)劑。
28.權(quán)利要求27的組合物，其中所述摻雜劑和偶聯(lián)劑包含四甲基碘化銨、冠醚和配體當(dāng)中的一種或多種。
29.權(quán)利要求25的組合物，其中所述導(dǎo)電材料包含碳纖維或碳顆?；蚨摺?br> 30.權(quán)利要求18的組合物，其中所述導(dǎo)電材料包含四甲基碘化銨。
31.權(quán)利要求18的組合物，其中所述導(dǎo)電材料包含碳顆粒與四甲基碘化銨的混合物。
32.權(quán)利要求18的組合物，其中所述導(dǎo)電材料包含金屬或金屬合金。
33.一種給變電站接地墊和/或接地網(wǎng)接地和固定的方法，包括為所述接地墊和/或接地網(wǎng)挖出一定區(qū)域并在連接銅線上放置3～6英寸權(quán)利要求18的組合物。
34.一種給臨時(shí)變電站接地的方法，包括圍繞所述變電站挖出若干洞穴并在所述洞穴之間的導(dǎo)電連接上面施加權(quán)利要求18的組合物。
35.一種給建筑物再固定和/或接地的方法，包括在所述建筑物基礎(chǔ)或其附近施加權(quán)利要求18的組合物。
全文摘要
描述一種導(dǎo)電聚合物回填組合物及其用于固定或再固定公用事業(yè)桿子的用法。該回填材料能有效地同時(shí)增強(qiáng)和給公用事業(yè)桿子電氣接地。
文檔編號(hào)E02D27/44GK1665990SQ03816210
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者R·C·漢奈, R·A·歐文, N·柯比 申請(qǐng)人:前進(jìn)投資有限合伙人公司