專利名稱：鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種架空輸電線路用導(dǎo)線，具體涉及一種鋁基碳纖維復(fù)合材料芯
導(dǎo)線，屬于架空導(dǎo)線制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
架空輸電導(dǎo)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(zhǎng)期以來(lái)， 架空導(dǎo)線主要使用鋼芯鋁絞線。近年來(lái)我國(guó)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(shí)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(shè)的一大課題。對(duì)于一般采用的提高電壓等級(jí)、改造線路 或使用大截面導(dǎo)線等方法，都可能解決短暫的問(wèn)題，但這些方法的采用也帶來(lái)了很多問(wèn)題， 如必須更換原來(lái)的桿塔設(shè)備、提高絕緣水平、新征土地、而且要研究可行的實(shí)施方案。這些 問(wèn)題不僅帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的巨大投入，而且經(jīng)常在時(shí)間上也滿足不了線路增容的迫切需求。因 此，探索新的導(dǎo)線線型、以高效低耗地傳送電能是我國(guó)電力科技工作者的不斷追求。 美國(guó)CTC公司于2003年推出了型號(hào)為ACCC的復(fù)合材料合成導(dǎo)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?fù)鈱愉X線股為梯形截面。這種新型導(dǎo)線 與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比具有重量輕、強(qiáng)度大、電導(dǎo)率高、線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 我國(guó)已經(jīng)進(jìn)口 CTC公司的ACCC導(dǎo)線至少500公里，目前ACCC導(dǎo)線只能進(jìn)口 ，其價(jià)格約為普 通導(dǎo)線的3倍，這樣就增加了電網(wǎng)改造的成本。ACCC導(dǎo)線整體上無(wú)疑是一種性能優(yōu)良的新 型架空輸電導(dǎo)線，但也有其自身的弱點(diǎn)，碳纖維芯的抗剪強(qiáng)度很低，延伸率小，應(yīng)力應(yīng)變關(guān) 系曲線近乎直線，沒(méi)有塑性平臺(tái)，從這個(gè)意義上，碳纖維芯是一種脆性材料，導(dǎo)線在承受彎 曲應(yīng)力時(shí)容易破裂。并且由于碳纖維和玻璃纖維膨脹系數(shù)相差近IO倍導(dǎo)致ACCC導(dǎo)線的內(nèi) 芯在高溫形變時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)降至常溫時(shí)發(fā)生殘余變形出現(xiàn)"竹節(jié)"現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)ACCC復(fù)合材料合成導(dǎo)線存在的缺陷，提供一種鋁基碳纖維復(fù) 合材料芯導(dǎo)線，它是導(dǎo)電率更高、強(qiáng)度更大、更耐高溫并且沒(méi)有"竹節(jié)"現(xiàn)象的新型架空導(dǎo) 線，而且利用現(xiàn)有的桿塔設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的改造。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，包括導(dǎo)線內(nèi)芯及其 外層的鋁合金導(dǎo)體，鋁合金導(dǎo)體鉸合在導(dǎo)線內(nèi)芯周圍，其特征在于采用鋁基碳纖維復(fù)合材 料作為導(dǎo)線內(nèi)芯，其中碳纖維的表面鍍有銅鍍層，導(dǎo)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(fù)合材料芯導(dǎo)線，其特征在于導(dǎo)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(fù)合材料芯導(dǎo)線，其特征在于導(dǎo)線總截面積為 349. 4mm2-1469. 5mm2，導(dǎo)線內(nèi)芯截面積為39. 8mm2-87. 7mm2。 本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型采用鋁基碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線內(nèi)芯，代替ACCC導(dǎo)線樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料內(nèi)芯，與ACCC導(dǎo)線相比，本實(shí)用新型具有以下的一些 特征 1、沒(méi)有"竹節(jié)"現(xiàn)象。由于金屬鋁基在高溫時(shí)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(huì)出現(xiàn)"竹節(jié)"現(xiàn)象。 2、電導(dǎo)率高。由于金屬鋁基比樹(shù)脂基體具有更高的導(dǎo)電性，因此本實(shí)用新型導(dǎo)線 具有比ACCC導(dǎo)線更好的導(dǎo)電性能。 3、抗彎曲強(qiáng)度大。由于金屬鋁基比樹(shù)脂基體具有更高的強(qiáng)度并且金屬鋁的力學(xué)性 能是各向同性的，因此用鋁基碳纖維復(fù)合材料具有更高的抗彎曲強(qiáng)度，承受彎曲應(yīng)力時(shí)不 易破裂。 4、抗拉強(qiáng)度大。由于金屬鋁基比樹(shù)脂基體具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，因此本實(shí)用新型 導(dǎo)線具有比ACCC導(dǎo)線更高的抗拉強(qiáng)度。鋁基碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度是一般鋼絲抗拉 強(qiáng)度的1. 93倍，是高強(qiáng)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(shù)脂基體更耐高溫，因此本實(shí)用新型導(dǎo)線具有比 ACCC導(dǎo)線更高的耐熱性。

圖1本實(shí)用新型實(shí)施例鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1中標(biāo)記的說(shuō)明l-鋁基碳纖維復(fù)合芯，2-鋁合金導(dǎo)體。 如圖l所示，本實(shí)用新型實(shí)施例由鋁基碳纖維復(fù)合芯l和外層鋁合金導(dǎo)體2 組成，鋁合金導(dǎo)體2鉸合在鋁基碳纖維復(fù)合芯1周圍，鋁合金導(dǎo)體2截面可以是梯形 或圓形或其它形狀；導(dǎo)線總截面積349. 4mm2-1469. 5mm2，鋁基碳纖維復(fù)合芯1截面積 39. 8mm2-87. 7mm2，在鋁基碳纖維復(fù)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。 本實(shí)用新型實(shí)施例利用金屬具有高強(qiáng)度、高耐熱性、優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及抗老化 等性能的特點(diǎn)，用鋁代替?zhèn)鹘y(tǒng)的環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，高性能碳纖維為增強(qiáng)體開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異 的導(dǎo)線的復(fù)合芯。將得到的鋁基碳纖維復(fù)合芯與鋁合金導(dǎo)體絞合便得到了鋁基碳纖維復(fù) 合導(dǎo)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(xué)性能的復(fù)合芯，如密 度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等。 由于鋁熔體與碳纖維的潤(rùn)濕性不是很好，因此首先對(duì)碳纖維的表面進(jìn)行預(yù)處理，
采用高溫灼燒除膠和過(guò)硫酸銨氧化，除去碳纖維表面的有機(jī)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(duì)碳纖維進(jìn)行敏化、活化處理。 接著在碳纖維的表面進(jìn)行鍍銅處理來(lái)改善碳纖維與鋁液的潤(rùn)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(qiáng)了碳纖維與金屬鋁基的界面結(jié)合力。對(duì)碳纖維先
進(jìn)行化學(xué)鍍銅再電鍍銅，即解決了碳纖維束的黑心問(wèn)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(fù)合過(guò)程中碳纖維表面銅鍍層的氧化難題。[0021] 采用熔體攪拌法將經(jīng)過(guò)表面處理的碳纖維與金屬鋁液制備成鋁基碳纖維復(fù)合材料，先將鋁熔化，利用機(jī)械攪拌攪動(dòng)液體金屬，使鋁熔體強(qiáng)烈流動(dòng)形成旋渦，依靠旋渦的負(fù)壓抽吸作用將經(jīng)過(guò)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(fù)合材料。將得到的鋁基碳纖維復(fù)合芯1與鋁合金導(dǎo)體2鉸合便得到鋁基碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。
權(quán)利要求一種鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，包括導(dǎo)線內(nèi)芯及其外層的鋁合金導(dǎo)體，鋁合金導(dǎo)體鉸合在導(dǎo)線內(nèi)芯周圍，其特征在于采用鋁基碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線內(nèi)芯，其中碳纖維的表面鍍有銅鍍層，導(dǎo)線內(nèi)芯中銅體積百分比為1.2-1.5％，其余為鋁基碳纖維復(fù)合材料。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，其特征在于導(dǎo)線總截面積為 349. 4mm2-1469. 5mm2，導(dǎo)線內(nèi)芯截面積為39. 8mm2-87. 7mm2。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋁基碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線，它是一種導(dǎo)電率更高、強(qiáng)度更大、耐高溫并且沒(méi)有“竹節(jié)”現(xiàn)象的新型架空導(dǎo)線，并可利用現(xiàn)有的桿塔設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)線路的增容。本實(shí)用新型利用鋁基碳纖維復(fù)合材料作為導(dǎo)線內(nèi)芯，代替ACCC導(dǎo)線樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料內(nèi)芯，在復(fù)合內(nèi)芯的外層鉸合鋁合金導(dǎo)體。本實(shí)用新型利用金屬比樹(shù)脂基體具有更高的強(qiáng)度、耐熱性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性及抗老化性能的特點(diǎn)來(lái)制備比樹(shù)脂基復(fù)合材料性能更為優(yōu)異的導(dǎo)線復(fù)合內(nèi)芯。對(duì)碳纖維采取高溫灼燒除膠和過(guò)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(rùn)濕不良，界面結(jié)合強(qiáng)度低的問(wèn)題從而制得鋁基碳纖維復(fù)合材料內(nèi)芯導(dǎo)線。
文檔編號(hào)H01B1/00GK201465586SQ200920086718
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者劉飛, 張冰, 柳歡歡, 趙軍 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司