專利名稱：用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及輸變電電纜，具體涉及用于高速鐵路中帶有加強(qiáng)芯的接觸線纜。
背景技術(shù)：
隨著鐵路大幅度提速，運(yùn)營(yíng)任務(wù)的加重和競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，鐵路重載化、高速化(300Km/h以上)已成為世界鐵路行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，鐵路運(yùn)營(yíng)中使用的接觸線是輪軌式鐵路高速化的關(guān)鍵裝備之一。目前所用的純銅和銅銀合金接觸線強(qiáng)度僅為350-400MPa，只適合于中低速(250Km/h以下)鐵路，難于滿足高速鐵路的服役條件。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的供中低速鐵路用的接觸線，一般采用上引連鑄，配合冷加工強(qiáng)化，使其強(qiáng)度能達(dá)到鐵路運(yùn)行的要求。材料成分主要以純銅、銅銀合金、銅錫合金以及銅鎂合金等為主中間加入鋼絲芯，用以提高接觸線纜的拉伸強(qiáng)。這類基礎(chǔ)線纜的加工工藝方法簡(jiǎn)單高效，但其致命的弱點(diǎn)是材料組織不夠致密，線纜自重較大，線纜架設(shè)后下垂嚴(yán)重，線纜在拉拔過程中組織變形不徹底，心部組織晶粒比較粗大；且上引連鑄工藝大多用來生產(chǎn)簡(jiǎn)單合金，對(duì)于復(fù)雜合金來說，上引連鑄難以實(shí)施，因此缺陷很多。但隨著鐵路高速化運(yùn)行，簡(jiǎn)單的冷加工強(qiáng)化已經(jīng)無法滿足其要求。 國(guó)際上目前能滿足高速鐵路接觸線要求的導(dǎo)線材料很少，德國(guó)聯(lián)邦股份公司(DBAG)的Re330型銅鎂合金接觸線較為先進(jìn)，抗拉強(qiáng)度達(dá)503MPa，電導(dǎo)率為68. 1%，軟化溫度為385°C 。國(guó)內(nèi)引進(jìn)德國(guó)的接觸線材料也是Cu-Mg合金，其強(qiáng)度和導(dǎo)電率也與上述數(shù)值接近，這些參數(shù)對(duì)于高速鐵路來說不算太高。我國(guó)目前高速鐵路導(dǎo)線尚未形成體系，研發(fā)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路接觸線刻不容緩。 高速鐵路接觸線要求材料同時(shí)具有高的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能，必須通過特殊的成分設(shè)計(jì)和加工技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。通過固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化和形變強(qiáng)化等手段來強(qiáng)化銅基體，要求加強(qiáng)芯的材料因該具備拉伸強(qiáng)度高，重量輕，導(dǎo)電性好，耐高溫、耐低溫性能好等特點(diǎn)。并且還應(yīng)具備技術(shù)較成熟，工藝較簡(jiǎn)單，成本較低，適宜規(guī)模化生產(chǎn)，但現(xiàn)有的各類接觸線纜所得材料強(qiáng)度一般低于550MPa，電導(dǎo)率一般難于超過75X IACS。人工復(fù)合和自生復(fù)合法是另一類重要的強(qiáng)化方法。人工復(fù)合材料是通過人工加入第二相的顆粒、晶須、纖維強(qiáng)化銅基體或依靠強(qiáng)化相本身強(qiáng)度來增加銅材料強(qiáng)度(粉末冶金和塑性變形法)。自生復(fù)合材料法是往銅中加入合金元素，通過超大變形工藝，在銅合金內(nèi)部原位生成增強(qiáng)相，與基體銅一起構(gòu)成纖維復(fù)合材料，并且增強(qiáng)體與基體銅在加工前就以兩種材料形式存在。復(fù)合法制備的銅合金抗拉強(qiáng)度可達(dá)2000MPa以上，但存在著工藝復(fù)雜、質(zhì)量難以控制、生產(chǎn)成本太高，難以工業(yè)化，并無法用于生產(chǎn)能適合電氣化鐵路接觸線要求的大長(zhǎng)度(1500m)接觸線，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。 合金化方法的核心技術(shù)是通過向銅基體中添加一定的合金元素，以形成固溶體或過飽和固溶體，使銅基體發(fā)生晶格畸變或時(shí)效析出強(qiáng)化相，來獲得高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性能兼?zhèn)涞你~合金。用合金化法制得的銅材強(qiáng)度ob在350 650MPa之間，電導(dǎo)率可以高達(dá)60-90% IACS，但要使二者同時(shí)具有較高的水平就需要配合其它技術(shù)。綜上所述采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)出的各類接觸線纜無法滿足快發(fā)展的鐵路運(yùn)輸業(yè)的要求，因此有必要對(duì)現(xiàn)有接觸電纜的結(jié)構(gòu)和加工工藝進(jìn)行改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，設(shè)計(jì)一種用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜。使該接觸線纜與同樣直徑的ACSR電纜相比，可以提供雙倍的載流容量，有效解決電纜下垂問題；可以在更高的溫度下工作，最高可達(dá)200攝氏度；線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題；因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，同時(shí)也有效的降低了工程成本；與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納導(dǎo)體；高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度；有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是采用一種用合金材料包裹碳纖維芯的
接觸線纜，在所述線纜的中心設(shè)有碳纖維芯，在所述碳纖維芯的外表包裹有合金層；所述合
金與所述碳纖維芯在水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。 其中，在所述水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)設(shè)有使碳纖
維芯位于線纜中心的定位架。 其中，所述合金為銅合金或鋁合金。 其中，所述銅合金為銀銅合金、或?yàn)殄a銅合金、或?yàn)殂t鋯銅合金、或?yàn)殒k銅合金、或?yàn)殒V銅合金。 其中，所述線纜表面經(jīng)冷軋和冷拔處理后截面形狀為圓形。 其中，在所述圓形截面左右兩側(cè)對(duì)稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個(gè)V形掛線槽。[0014] 其中，所述V形掛線槽下端的線纜表面為裸露的導(dǎo)電表面，在所述V形掛線槽上端的線纜表面可設(shè)有絕緣層。 其中，所述絕緣層的材料為絕緣漆，或?yàn)闊峥s套管，或?yàn)橄鹉z，或?yàn)槔w維織物。[0016] 其中，在所述碳纖維芯與所述合金層之間可加裝絕緣層。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于，由于碳纖維材料固有的優(yōu)點(diǎn)，該接觸線纜與同樣直徑的ACSR電纜相比，線纜的重量得到了大幅度減輕，可以提供雙倍的載流容量，有效解決電纜下垂問題；可以在更高的溫度下工作，最高可達(dá)200攝氏度；線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題；因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，所以同時(shí)也有效的降低了工程成本；與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導(dǎo)體；高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度；有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。[0018] 用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、抗疲勞、導(dǎo)電性能好、質(zhì)輕、易加工等多種優(yōu)異性能，可征服和取代傳統(tǒng)剛芯材料的接觸線纜。

圖1是本實(shí)用新型接觸電纜剖面結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本實(shí)用新型水平連鑄機(jī)與碳纖維芯復(fù)合裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1、碳纖維芯；2、合金層；3、 V形掛線槽；4、接觸線纜；5、碳纖維芯與合金層復(fù)合爐；6、電加熱裝置；7、碳纖維芯與合金層復(fù)合模具；8、冷扎裝置；9、冷拔裝置；10、定位架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。 如圖1和2所示，本實(shí)用新型具體實(shí)施的技術(shù)方案是 采用一種用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜4，在所述線纜的中心設(shè)有碳纖維芯，在所述碳纖維芯1的外表包裹有合金層2 ;所述合金與所述碳纖維芯在水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。在水平連鑄機(jī)內(nèi)碳纖維芯與合金層的復(fù)合過程如附圖2所示，電加熱裝置6將碳纖維芯與合金層復(fù)合爐5內(nèi)的合金材料加熱融化，碳纖維芯與融化的合金材料通過碳纖維芯與合金層復(fù)合模具7復(fù)合成由合金材料包裹著碳纖維芯的接觸線纜，再經(jīng)冷軋裝置8和冷拔裝置9后制成用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜4。[0025] 在本實(shí)用新型中，在所述水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)設(shè)有使碳纖維芯位于線纜中心的定位架10。用于使碳纖維芯位于接觸線纜的中心。[0026] 在本實(shí)用新型中，所述合金可以是銅合金或鋁合金。其中，所述銅合金可以是銀銅合金、或?yàn)殄a銅合金、或?yàn)殂t鋯銅合金、或?yàn)殒k銅合金、或?yàn)殒V銅合金。 在本實(shí)用新型中，所述線纜表面經(jīng)冷軋和冷拔處理后截面形狀為圓形。在所述圓形截面左右兩側(cè)對(duì)稱的設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個(gè)V形掛線槽3。 在本實(shí)用新型中，所述V形掛線槽3下端的線纜表面為裸露的導(dǎo)電表面，在所述V形掛線槽3上端的線纜表面可設(shè)有絕緣層。所述絕緣層的材料為絕緣漆，或?yàn)闊峥s套管，或?yàn)橄鹉z，或?yàn)槔w維織物。 在本實(shí)用新型中，可根據(jù)實(shí)際工程中的需要在所述碳纖維芯與所述合金層之間可以加裝絕緣層。 本實(shí)施例最佳技術(shù)方案至是，將所述的接觸線纜用于高速鐵路中的接觸電纜。[0031] 本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)為，眾所周知，碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量較高、在熱處理過程中是不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)過熱穩(wěn)定氧化處理，在經(jīng)過碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，且碳纖維比重小。 碳纖維以其固有的特性賦予了其復(fù)合后材料優(yōu)異的性能，它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，從而為其在電線電纜行業(yè)中的應(yīng)用提供了可能和必然。 本實(shí)用新型用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜4與鋼芯合金絞線相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有以下優(yōu)點(diǎn)和同樣直徑的ACSR電纜相比，可以提供雙倍的載流容量。有效解決電纜下垂問題?？梢栽诟叩臏囟认鹿ぷ?，最高可達(dá)200攝氏度。線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題。因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，所以同時(shí)也有效的降低了工程成本。與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導(dǎo)體。高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度。有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。[0034] 除了上述提及的優(yōu)點(diǎn)外，還可減少傳輸中電力的損耗，減少20%的塔桿，節(jié)省用地，減少有色金屬資源消耗，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。[0035] 碳纖維細(xì)如蛛絲，三型碳纖維比強(qiáng)度是鋼的62倍以上，成形工藝性好，是一代新型工程材料，其彈性量高，抗變性能力比鋼大2倍多，抗拉強(qiáng)度30 40t/cm2pa，而比重還不到鋼的四分之一，是銅合金的二分之一，高彈模量比鋼鐵大16倍，比銅合金大12倍。且碳纖維比鋼等柔軟。因此，碳纖維可用于要求能承重、不易損傷內(nèi)部元件的電纜的加強(qiáng)芯，如海底光纜等。碳纖維可以耐-IS(TC的低溫，在此條件下，許多材料都變的很脆，連堅(jiān)固的鋼鐵也變的比玻璃還容易碎，而碳纖維在此條件下依舊很柔軟。因此，碳纖維復(fù)合芯可用于極寒(如南極考察研究等)條件下輸電載體的設(shè)計(jì)和制造。碳纖維又可以耐300(TC 350(rC的高溫，在此高溫下最好的耐熱鋼也變成鋼水，但在沒有氧氣的情況下，碳纖維沒有變化。碳纖維即使從300(TC的高溫快速冷卻到室溫也不會(huì)炸裂，因而可在急冷急熱的環(huán)境中工作。這為鋼鐵、冶金、鍋爐等行業(yè)中高溫特高溫場(chǎng)合電纜的設(shè)計(jì)提供了可能。此外，碳纖維紗、碳纖維繩、碳纖維布都可用于消防電纜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選用。碳纖維有超強(qiáng)的耐腐蝕性。金屬中耐腐蝕性最強(qiáng)的是黃金和鉑，在一份硝酸(濃度70% )和三份硫酸(濃度39% )配成的稱"王水"的溶液中黃金、鉬會(huì)被腐蝕的千瘡百孔，而"王水"中的碳纖維卻安然無恙。為各種化學(xué)環(huán)境下輕型耐化學(xué)腐蝕電纜的設(shè)計(jì)提供了新的思路。 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，在所述線纜的中心設(shè)有碳纖維芯，在所述碳纖維芯軸的外表包裹有合金層；所述合金與所述碳纖維芯在水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。
2. 如權(quán)利要求1所述的包有碳纖維芯的合金接觸線纜，其特征在于，在所述水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)設(shè)有使碳纖維芯位于線纜中心的定位架。
3. 如權(quán)利要求2所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述合金為銅合金或鋁合金。
4. 如權(quán)利要求3所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述銅合金為銀銅合金、或?yàn)殄a銅合金、或?yàn)殂t鋯銅合金、或?yàn)殒k銅合金、或?yàn)殒V銅合金。
5. 如權(quán)利要求4所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述線纜表面經(jīng)冷軋和冷拔處理后截面形狀為圓形。
6. 如權(quán)利要求5所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，在所述圓形截面左右兩側(cè)對(duì)稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個(gè)V形掛線槽。
7. 如權(quán)利要求6所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述V形掛線槽下端的線纜表面為裸露的導(dǎo)電表面，在所述V形掛線槽上端的線纜表面設(shè)有絕緣層。
8. 如權(quán)利要求7所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述絕緣層的材料為絕緣漆，或?yàn)闊峥s套管，或?yàn)橄鹉z，或?yàn)槔w維織物。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，在所述碳纖維芯與所述合金層之間加裝絕緣層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及輸變電電纜，具體涉及用于高速鐵路中一種用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，在線纜的中心設(shè)有碳纖維芯，在碳纖維芯的外表包裹有合金層；合金與碳纖維芯在水平連鑄機(jī)內(nèi)，或在扎壓包覆機(jī)內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。合金為銀銅合金、或?yàn)殄a銅合金、或?yàn)殂t鋯銅合金、或?yàn)殒k銅合金、或?yàn)殒V銅合金。線纜表面經(jīng)冷軋和冷拔處理后截面形狀為圓形。在圓形截面左右兩側(cè)對(duì)稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個(gè)V形掛線槽。該接觸線纜與現(xiàn)有剛芯電纜相比，重量大幅度減輕。有效解決電纜下垂問題?？梢栽诟叩臏囟认鹿ぷ?，線芯可以抗腐蝕，而且沒有雙金屬間腐蝕問題。因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，可以有效減少電纜架的數(shù)量。
文檔編號(hào)H01B7/10GK201465629SQ20082012405
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者張根華, 曹曉峰 申請(qǐng)人:江陰華電新材料有限公司