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：
本發(fā)明涉及輸變電電纜，具體涉及用于高速鐵路中帶有加強芯的接觸線纜。
背景技術(shù)：
隨著鐵路大幅度提速，運營任務(wù)的加重和競爭日趨激烈，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，鐵路運營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，配合冷加工強化，使 其強度能達到鐵路運行的要求。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。這類基礎(chǔ)線纜的加工工藝方法簡單高 效，但其致命的弱點是材料組織不夠致密，線纜自重較大，線纜架設(shè)后下垂嚴重，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)簡單合 金，對于復(fù)雜合金來說，上引連鑄難以實施，因此缺陷很多。但隨著鐵路高速化運行，簡單的 冷加工強化已經(jīng)無法滿足其要求。 國際上目前能滿足高速鐵路接觸線要求的導線材料很少，德國聯(lián)邦股份公司 (DBAG)的Re330型銅鎂合金接觸線較為先進，抗拉強度達503MPa，電導率為68. 1%，軟化溫 度為385°C 。國內(nèi)引進德國的接觸線材料也是Cu-Mg合金，其強度和導電率也與上述數(shù)值接 近，這些參數(shù)對于高速鐵路來說不算太高。我國目前高速鐵路導線尚未形成體系，研發(fā)具有 獨立知識產(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具有高的強度和導電性能，必須通過特殊的成分設(shè) 計和加工技術(shù)才能實現(xiàn)。通過固溶強化、沉淀強化、細晶強化和形變強化等手段來強化銅基 體，要求加強芯的材料因該具備拉伸強度高，重量輕，導電性好，耐高溫、耐低溫性能好等特 點。并且還應(yīng)具備技術(shù)較成熟，工藝較簡單，成本較低，適宜規(guī)?；a(chǎn)，但現(xiàn)有的各類接觸 線纜所得材料強度一般低于550MPa，電導率一般難于超過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 化銅基體或依靠強化相本身強度來增加銅材料強度(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)部原位生成增強相，與基體 銅一起構(gòu)成纖維復(fù)合材料，并且增強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度可達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)生晶格畸變或時效析出強化相，來獲得高強度和高導電性能 兼?zhèn)涞你~合金。用合金化法制得的銅材強度ob在350 650MPa之間，電導率可以高達 60-90% IACS，但要使二者同時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)展的鐵路運輸業(yè)的要求，因此有必要對現(xiàn)有接觸電 纜的結(jié)構(gòu)和加工工藝進行改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，設(shè)計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200攝氏度；線芯可以抗腐蝕，而且 沒有雙金屬間腐蝕問題；因為可以提供更高的載流容量，同時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體；高強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。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(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內(nèi)，或在扎壓包覆機內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。 其中，在所述水平連鑄機內(nèi)，或在扎壓包覆機內(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、或為錫銅合金、或為鉻鋯銅合金、或為鎘銅合金、或 為鎂銅合金。 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)對稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個V形掛線槽。
其中，所述V形掛線槽下端的線纜表面為裸露的導電表面，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，或為熱縮套管，或為橡膠，或為纖維織物。
其中，在所述碳纖維芯與所述合金層之間可加裝絕緣層。
其中，所述接觸線纜為高速鐵路中的接觸電纜。 本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于，由于碳纖維材料固有的優(yōu)點，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200攝氏度；線芯可以抗腐蝕，而且 沒有雙金屬間腐蝕問題；因為可以提供更高的載流容量，所以同時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%的導體；高強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。 用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜具有高強度、高模量、耐高溫、抗疲勞、導電 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是本發(fā)明接觸電纜剖面結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明水平連鑄機與碳纖維芯復(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
4架。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述。以下實施例僅
用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。 如圖1和2所示，本發(fā)明具體實施的技術(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內(nèi)， 或在扎壓包覆機內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。在水平連鑄機內(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。 在本發(fā)明中，在所述水平連鑄機內(nèi)，或在扎壓包覆機內(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。 在本發(fā)明中，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、或為錫銅合金、或為鉻鋯銅合金、或為鎘銅合金、或為鎂銅合金。 在本發(fā)明中，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)對稱的設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個V形掛線槽3。 在本發(fā)明中，所述V形掛線槽3下端的線纜表面為裸露的導電表面，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，或為熱縮套管，或為橡 膠，或為纖維織物。 在本發(fā)明中，可根據(jù)實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。
本實施例的優(yōu)點還表現(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、導電、導熱及耐腐蝕等，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，它具有高比強度、高比 模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、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。 本發(fā)明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 芯導線具有以下優(yōu)點和同樣直徑的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。可以在更高的溫度下工作，最高可達200攝氏度。線芯可以抗腐蝕，而且沒 有雙金屬間腐蝕問題。因為可以提供更高的載流容量，所以同時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%的導體。高強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。 除了上述提及的優(yōu)點外，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)。
碳纖維細如蛛絲，三型碳纖維比強度是鋼的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)中高溫特高溫場合電纜的設(shè)計提供了可能。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)計選用。碳纖維有超強的耐腐蝕性。金屬中 耐腐蝕性最強的是黃金和鉑，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 化學環(huán)境下輕型耐化學腐蝕電纜的設(shè)計提供了新的思路。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
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內(nèi)，或在扎壓包覆機內(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 機內(nèi)，或在扎壓包覆機內(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、或為錫銅合金、或為鉻鋯銅合金、或為鎘銅合金、或為鎂銅合金。
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)對稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個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。
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，或為熱縮套管，或為橡膠，或為纖維織物。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項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可加裝絕緣層。
10. 如權(quán)利要求9所述的用合金材料包裹碳纖維芯的接觸線纜，其特征在于，所述接觸 線纜為高速鐵路中的接觸電纜。
全文摘要
本發(fā)明涉及輸變電電纜，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內(nèi)，或在扎壓包覆機內(nèi)，或在合金侵涂裝置內(nèi)復(fù)合成線纜。合金為銀銅合金、或為錫銅合金、或為鉻鋯銅合金、或為鎘銅合金、或為鎂銅合金。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)對稱的，設(shè)有冷拔模具內(nèi)拔出的兩個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。因為可以提供更高的載流容量，可以有效減少電纜架的數(shù)量。
文檔編號H01B7/10GK101752032SQ200810227849
公開日2010年6月23日 申請日期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 申請人:江陰華電新材料有限公司