專利名稱：一種鋁基碳纖維復合材料芯導線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種架空輸電線路用導線，具體涉及一種鋁基碳纖維復合材料芯 導線，屬于架空導線制造領域。
背景技術：
架空輸電導線作為輸電力的載體，在輸電線路中占有極為重要的地位。長 期以來，架空導線主要使用鋼芯鋁絞線。近年來我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，部分 地區(qū)的電力線路已經(jīng)跟不上發(fā)展的需要，急需改造，但基于投資成本和投資時間 的約束，使如何利用有效的走廊資源提高輸電容量成為電力建設的一大課題。對 于一般采用的提高電壓等級、改造線路或使用大截面導線等方法，都可能解決短 暫的問題，但這些方法的采用也帶來了很多問題，如必須更換原來的桿塔設備、 提高絕緣水平、新征土地、而且要研究可行的實施方案。這些問題不僅帶來經(jīng)濟 上的巨大投入，而且經(jīng)常在時間上也滿足不了線路增容的迫切需求。因此，探索 新的導線線型、以高效低耗地傳送電能是我國電力科技工作者的不斷追求。
美國CTC公司于2003年推出了型號為ACCC的復合材料合成導線，它的芯線 是由碳纖維和玻璃纖維混合制成的單根芯棒，外層與鄰外層鋁線股為梯形截面。 這種新型導線與傳統(tǒng)導線相比具有重量輕、強度大、電導率高、線膨脹系數(shù)小、 耐腐蝕使用壽命長等優(yōu)點。我國已經(jīng)進口 CTC公司的ACCC導線至少500公里， 目前ACCC導線只能進口，其價格約為普通導線的3倍，這樣就增加了電網(wǎng)改造 的成本。ACCC導線整體上無疑是一種性能優(yōu)良的新型架空輸電導線，但也有其 自身的弱點，碳纖維芯的抗剪強度很低，延伸率小，應力應變關系曲線近乎直線， 沒有塑性平臺，從這個意義上，碳纖維芯是一種脆性材料，導線在承受彎曲應力 時容易破裂。并且由于碳纖維和玻璃纖維膨脹系數(shù)相差近10倍導致ACCC導線的 內(nèi)芯在高溫形變時產(chǎn)生熱應力，當降至常溫時發(fā)生殘余變形出現(xiàn)"竹節(jié)"現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對ACCC復合材料合成導線存在的缺陷，提供一種鋁基碳纖維復合材料芯導線，它是導電率更高、強度更大、更耐高溫并且沒有"竹節(jié)"現(xiàn)象的 新型架空導線，而且利用現(xiàn)有的桿塔設備在短時間內(nèi)即可實現(xiàn)電網(wǎng)的改造。
本發(fā)明的技術方案是 一種鋁基碳纖維復合材料芯導線，包括導線內(nèi)芯及其 外層的鋁合金導體，鋁合金導體鉸合在導線內(nèi)芯周圍，其特征在于采用鋁基碳 纖維復合材料作為導線內(nèi)芯，其中碳纖維的表面鍍有銅鍍層，導線內(nèi)芯中碳纖維 體積百分比為1-2%、銅體積百分比為1.2-1.5%,其余為工業(yè)原鋁。
如上所述的鋁基碳纖維復合材料芯導線，其特征在于導線內(nèi)芯中碳纖維體 積百分比為2%、銅體積百分比為1.5%，其余為工業(yè)原鋁。
如上所述的鋁基碳纖維復合材料芯導線，其特征在于導線總截面積為 349. 4咖2 -1469. 5,2，導線內(nèi)芯截面積為39. 8mm2 -87. 7mm2。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用鋁基碳纖維復合材料作為導線內(nèi)芯，代替 ACCC導線樹脂基碳纖維復合材料內(nèi)芯，與ACCC導線相比，本發(fā)明具有以下的一 些特征
1、 沒有"竹節(jié)"現(xiàn)象。由于金屬鋁基在高溫時相比玻璃纖維延伸率較低， 與碳纖維延伸率相差不太大，因此不會出現(xiàn)"竹節(jié)"現(xiàn)象。
2、 電導率高。由于金屬鋁基比樹脂基體具有更高的導電性，因此本發(fā)明導 線具有比ACCC導線更好的導電性能。
3、 抗彎曲強度大。由于金屬鋁基比樹脂基體具有更高的強度并且金屬鋁的 力學性能是各向同性的，因此用鋁基碳纖維復合材料具有更高的抗彎曲強度，承 受彎曲應力時不易破裂。
4、 抗拉強度大。由于金屬鋁基比樹脂基體具有更高的機械強度，因此本發(fā) 明導線具有比ACCC導線更高的抗拉強度。鋁基碳纖維復合材料的抗拉強度是一 般鋼絲抗拉強度的L93倍，是高強度鋼絲的1.7倍。這樣可以提高桿、塔之間 的跨距，降低工程成本。
5、 更耐高溫。由于金屬鋁基比樹脂基體更耐高溫，因此本發(fā)明導線具有比 ACCC導線更高的耐熱性。
圖1本發(fā)明實施例鋁基碳纖維復合材料芯導線結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。 圖l中標記的說明l一鋁基碳纖維復合芯，2—鋁合金導體。 如圖1所示，本發(fā)明實施例由鋁基碳纖維復合芯1和外層鋁合金導體2組成， 鋁合金導體2鉸合在鋁基碳纖維復合芯1周圍，鋁合金導體2截面可以是梯形或 圓形或其它形狀;導線總截面積349. 4mm2 -1469. 5mm2，鋁基碳纖維復合芯1 截面積39.8國2 -87. 7薩2，在鋁基碳纖維復合芯1中，碳纖維體積百分比占 1-2% ，銅體積百分比占1.2-1.5% ，其余為工業(yè)原鋁，其中碳纖維的表面鍍有 銅鍍層。
本發(fā)明實施例利用金屬具有高強度、高耐熱性、優(yōu)異的導電導熱性及抗老化 等性能的特點，用鋁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)氧樹脂作為基體，高性能碳纖維為增強體開發(fā) 性能優(yōu)異的導線的復合芯。將得到的鋁基碳纖維復合芯與鋁合金導體絞合便得到 了鋁基碳纖維復合導線。根據(jù)碳纖維與金屬鋁基配比的不同，可以制備出具有不 同力學性能的復合芯，如密度、抗拉強度、彈性模量等。
由于鋁熔體與碳纖維的潤濕性不是很好，因此首先對碳纖維的表面進行預處 理，釆用高溫灼燒除膠和過硫酸銨氧化，除去碳纖維表面的有機膠膜，增大碳纖 維的比表面積，改善碳纖維的疏水性，提高其表面粗糙度，并對碳纖維進行敏化、 活化處理。
接著在碳纖維的表面進行鍍銅處理來改善碳纖維與鋁液的潤濕性。在碳纖維 的表面鍍上具有一定厚度、均勻的銅鍍層，增強了碳纖維與金屬鋁基的界面結(jié)合 力。對碳纖維先進行化學鍍銅再電鍍銅，即解決了碳纖維束的黑心問題，又可獲 得較厚的鍍層，使鍍層與碳纖維的結(jié)合力更好。將鍍銅碳纖維浸泡在1%硼酸溶 液中，大大降低了銅的氧化程度，解決了在高溫復合過程中碳纖維表面銅鍍層的 氧化難題。
釆用熔體攪拌法將經(jīng)過表面處理的碳纖維與金屬鋁液制備成鋁基碳纖維復 合材料，先將鋁熔化，利用機械攪拌攪動液體金屬，使鋁熔體強烈流動形成旋渦， 依靠旋渦的負壓抽吸作用將經(jīng)過抗氧化處理的鍍銅碳纖維加入到鋁熔體中，均勻 分布，最后形成復合材料。將得到的鋁基碳纖維復合芯1與鋁合金導體2鉸合便 得到鋁基碳纖維復合導線。
權(quán)利要求
1、一種鋁基碳纖維復合材料芯導線，包括導線內(nèi)芯及其外層的鋁合金導體，鋁合金導體鉸合在導線內(nèi)芯周圍，其特征在于采用鋁基碳纖維復合材料作為導線內(nèi)芯，其中碳纖維的表面鍍有銅鍍層，導線內(nèi)芯中碳纖維體積百分比為1-2％、銅體積百分比為1.2-1.5％，其余為工業(yè)原鋁。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基碳纖維復合材料芯導線，其特征在于導線內(nèi)芯中碳纖維體積百分比為2%、銅體積百分比為1.5%，其余為工業(yè)原鋁。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁基碳纖維復合材料芯導線，其特征在于-導線總截面積為349. 4咖2 -1469. 5咖2，導線內(nèi)芯截面積為39. 8mm2 -87. 7mm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋁基碳纖維復合材料芯導線，它是一種導電率更高、強度更大、耐高溫并且沒有“竹節(jié)”現(xiàn)象的新型架空導線，并可利用現(xiàn)有的桿塔設備在短時間內(nèi)即可實現(xiàn)線路的增容。本發(fā)明利用鋁基碳纖維復合材料作為導線內(nèi)芯，代替ACCC導線樹脂基碳纖維復合材料內(nèi)芯，在復合內(nèi)芯的外層鉸合鋁合金導體。本發(fā)明利用金屬比樹脂基體具有更高的強度、耐熱性、導電導熱性及抗老化性能的特點來制備比樹脂基復合材料性能更為優(yōu)異的導線復合內(nèi)芯。對碳纖維采取高溫灼燒除膠和過硫酸銨氧化以及敏化、活化，并在纖維表面鍍銅等一系列表面處理手段解決了鋁熔體與碳纖維潤濕不良，界面結(jié)合強度低的問題從而制得鋁基碳纖維復合材料內(nèi)芯導線。
文檔編號H01B5/10GK101620894SQ20091006274
公開日2010年1月6日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者飛 劉, 冰 張, 柳歡歡, 軍 趙 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司