一種鋁包碳纖維導(dǎo)線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)線制造技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種鋁包碳纖維導(dǎo)線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國長距離、大跨越架空輸電導(dǎo)線目前主要使用鋼芯鋁絞線或者鋁包鋼線，這種以鋼芯增強(qiáng)的鋁導(dǎo)線在實際應(yīng)用中仍然存在重量大、強(qiáng)度低、電能損耗大、線膨脹系數(shù)大、不耐腐蝕、不耐高溫等缺點。隨著我國長距離、大跨越架空輸電線路的建設(shè)需要，迫切需要開發(fā)強(qiáng)度更高、導(dǎo)電性能更好的新型架空輸電導(dǎo)線。
[0003]碳纖維具有強(qiáng)度高、密度低、模量高、線膨脹系數(shù)小、耐腐蝕、無蠕變、非氧化環(huán)境下耐高溫、耐疲勞和導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點。碳纖維的密度約為1.5?2.0克/立方厘米，其比重比鋁還要輕，不到鋼的四分之一，但其強(qiáng)度卻是鋼的20倍以上。因此，利用碳纖維芯代替鋼芯制造的鋁包碳纖維導(dǎo)線具有強(qiáng)度高、重量輕、導(dǎo)電性能好、耐腐蝕等優(yōu)點。目前，鋁包碳纖維導(dǎo)線的生產(chǎn)制造正成為電力電纜行業(yè)研究的熱點，受到世界各國的廣泛關(guān)注。
[0004]對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)資料檢索發(fā)現(xiàn)，專利CN104538107A公開了一種帶有碳纖維芯的輸電導(dǎo)線制作設(shè)備及工藝，其技術(shù)方案是采用單輪單槽的連續(xù)擠壓包覆機(jī)，將固體鋁材料擠壓形成液態(tài)，液態(tài)鋁材料再進(jìn)入擠壓模腔中將碳纖維芯棒包覆，最后得到鋁包碳纖維芯棒的輸電導(dǎo)線。該方法首先需要先制備好帶護(hù)套的碳纖維芯棒和固體鋁材料，然后將固體鋁材料校直、清洗后再進(jìn)入擠壓包覆機(jī)中擠壓成液態(tài)，液態(tài)鋁材料在擠壓模腔中再包覆碳纖維芯棒，最后得到鋁包碳纖維芯棒的輸電導(dǎo)線。該方法雖然實現(xiàn)了鋁包碳纖維芯棒的輸電導(dǎo)線的連續(xù)生產(chǎn)，但仍然存在生產(chǎn)工序多、工藝流程長的缺點。
[0005]專利CN1918671B公開了一種金屬包覆的金屬基體復(fù)合導(dǎo)線，其中也涉及金屬包覆碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的制備方法，其技術(shù)方案是采用單輪雙槽連續(xù)擠壓包覆方法制備金屬包覆碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，該方法由于也是采用固體金屬材料的連續(xù)擠壓包覆技術(shù)，同樣需要先制備好固體金屬材料，然后再通過單輪雙槽連續(xù)擠壓包覆機(jī)，將碳纖維芯包覆在固體金屬材料中形成金屬包覆碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。因此，該方法同樣存在生產(chǎn)工序多、工藝流程長的缺點。
[0006]連續(xù)鑄擠包覆技術(shù)是在連續(xù)鑄擠基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種包覆成形技術(shù)，該技術(shù)在一臺設(shè)備上實現(xiàn)了液態(tài)金屬的鑄造、擠壓、包覆成形的連續(xù)化和一體化生產(chǎn)，具有工藝流程短、高效節(jié)能等顯著優(yōu)點。與現(xiàn)有的連續(xù)擠壓包覆技術(shù)相比，連續(xù)鑄擠包覆技術(shù)可顯著提高包覆材的生產(chǎn)效率，成品率高達(dá)90%，節(jié)約能源約40%，降低成本約30%以上，同時還有產(chǎn)品精度高、表面光潔平整、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、投資規(guī)模小、環(huán)境污染小等優(yōu)點。連續(xù)鑄擠包覆成形技術(shù)目前已經(jīng)成功應(yīng)用于鋁包鋼線的生產(chǎn)，但該技術(shù)在鋁包碳纖維導(dǎo)線上的應(yīng)用還沒有研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有鋁包碳纖維導(dǎo)線制備技術(shù)存在的問題與不足，提供一種鋁包碳纖維導(dǎo)線的制備方法，將鋁合金液的凝固與碳纖維芯線的包覆進(jìn)行一體化和連續(xù)化，實現(xiàn)鋁包碳纖維導(dǎo)線的短流程生產(chǎn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的鋁包碳纖維導(dǎo)線的制備方法，包括熔煉鋁合金液、放線和連續(xù)鑄擠包覆成形，其所用設(shè)備包括張力放線裝置、牽引卷取裝置和連續(xù)鑄擠包覆機(jī)，所述連續(xù)鑄擠包覆機(jī)由主機(jī)、電機(jī)和減速機(jī)組成，所述主機(jī)包括中間包、導(dǎo)流管、鑄擠輪、槽封塊、鑄擠靴、包覆模、擋料塊、偏心軸、液壓缸和機(jī)架，其特征在于按以下步驟進(jìn)行:
第一步:將鋁合金錠在740?780 °C加熱熔化，然后用精煉劑對鋁合金液進(jìn)行精煉，除渣后再保溫10?30分鐘，然后將鋁合金液的溫度控制在680?720°C ；
第二步:采用張力放線裝置對直徑0.1?I毫米的碳纖維芯線進(jìn)行放線，碳纖維芯線穿過包覆模的?？缀笈c牽引卷取裝置連接，使張力放線裝置的放線端、牽引卷取裝置的牽引端與包覆模的?？字行奶幱谕恢本€上，并使張力放線裝置和牽引卷取裝置之間的碳纖維芯線形成I?3千牛的張力；
第三步:啟動連續(xù)鑄擠包覆機(jī)，調(diào)整鑄擠輪的轉(zhuǎn)速為5?10米/分鐘，然后將鋁合金液轉(zhuǎn)移到中間包，通過導(dǎo)流管澆注到鑄擠輪與槽封塊形成的型腔中，同時向鑄擠輪和鑄擠靴中分別通入0.1?0.3立方米/分鐘的水進(jìn)行冷卻，使流入包覆模內(nèi)的鋁合金溫度在510?5500C，連續(xù)鑄擠包覆成直徑I?5毫米的鋁包碳纖維導(dǎo)線。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明首次實現(xiàn)了鋁包碳纖維導(dǎo)線的連續(xù)鑄擠包覆成形，將鋁合金液的凝固與碳纖維芯線的包覆進(jìn)行一體化和連續(xù)化，實現(xiàn)鋁包碳纖維導(dǎo)線的短流程生產(chǎn)，解決了現(xiàn)有鋁包碳纖維導(dǎo)線生產(chǎn)技術(shù)中存在的生產(chǎn)工序多、工藝流程長的問題；
采用本發(fā)明可以生產(chǎn)直徑I?5毫米、抗拉強(qiáng)度大于2200MPa、導(dǎo)電率大于53%IACS的鋁包碳纖維導(dǎo)線，滿足長距離、大跨越架空輸電線路的建設(shè)對輸電導(dǎo)線高強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景；
雖然本發(fā)明采用的連續(xù)鑄擠包覆機(jī)已成功應(yīng)用于鋁包鋼線的生產(chǎn)，但是由于碳纖維芯線比鋼芯線細(xì)小且更加柔軟，導(dǎo)致碳纖維芯線在導(dǎo)線中容易發(fā)生偏心，無法滿足輸電導(dǎo)線對鋁包碳纖維導(dǎo)線同心同軸的要求，截止目前，未見有采用該機(jī)制備鋁包碳纖維導(dǎo)線的報道。本發(fā)明采用張力放線裝置對碳纖維芯線進(jìn)行放線和牽引卷取裝置牽引碳纖維芯線，使張力放線裝置的放線端、牽引卷取裝置的牽引端與包覆模的?？字行奶幱谕恢本€上，并使張力放線裝置和牽引卷取裝置之間的碳纖維芯線形成I?3千牛的張力，同時嚴(yán)格控制鋁合金液的連續(xù)鑄擠包覆工藝參數(shù)，使包覆模內(nèi)鋁合金實際溫度為510?550 °C，從而使包覆模內(nèi)鋁合金呈半固態(tài)狀態(tài)包覆碳纖維芯線，解決了碳纖維芯線在導(dǎo)線中容易發(fā)生偏心的問題，得到碳纖維芯線位于導(dǎo)線中心的鋁包碳纖維導(dǎo)線，滿足輸電導(dǎo)線對鋁包碳纖維導(dǎo)線同心同軸的要求。
【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明所述的鋁包碳纖維導(dǎo)線的制備方法，包括熔煉鋁合金液、放線和連續(xù)鑄擠包覆成形，其所用設(shè)備包括張力放線裝置、牽引卷取裝置和連續(xù)鑄擠包覆機(jī)。而該方法的具體操作步驟如下: 第一步:將鋁合金錠在740?780 °C加熱熔化，然后用精煉劑對鋁合金液進(jìn)行精煉，除渣后再保溫10?30分鐘，然后將鋁合金液的溫度控制在680?720°C ；
第二步:采用張力放線裝置對直徑0.1?I毫米的碳纖維芯線進(jìn)行放線，碳纖維芯線穿過包覆模的模孔后與牽引卷取裝置連接，使張力放線裝置的放線端、牽引卷取裝置的牽引端與包覆模的?？字行奶幱谕恢本€上，并使張力放線裝置和牽引卷取裝置之間的碳纖維芯線形成I?3千牛的張力；
第三步:啟動連續(xù)鑄擠包覆機(jī)，調(diào)整鑄擠輪的轉(zhuǎn)速為5?10米/分鐘，然后將鋁合金液轉(zhuǎn)移到中間包，通過導(dǎo)流管澆注到鑄擠輪與槽封塊形成的型腔中，同時向鑄擠輪和鑄擠靴中分別通入0.1?0.3立方米/分鐘的水進(jìn)行冷卻，使流入包覆模內(nèi)的鋁合金溫度在510?5500C，連續(xù)鑄擠包覆成直徑I?5毫米的鋁包碳纖維導(dǎo)線。
[0011]上述碳纖維芯線為由抗拉強(qiáng)度大于4500MPa、彈性模量大于250GPa的碳纖維絲組成的碳纖維束或碳纖維繩，碳纖維絲的表面鍍有銅或鎳或銀或其它金屬，以改善碳纖維芯線與鋁合金液之間的潤濕性，并可以防止碳纖維芯線與鋁合金之間發(fā)生金屬碳化、滲碳和電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，從而提高鋁包碳纖維導(dǎo)線的強(qiáng)度和導(dǎo)電率。
[0012]上述將張力放線裝置的放線端、牽引卷取裝置的牽引端與包覆模的?？字行奶幱谕恢本€上，并使張力放線裝置和牽引卷取裝置之間的碳纖維芯線形成I?3千牛的張力，可以避免連續(xù)鑄擠包覆成形過程中碳纖維芯線發(fā)生偏心，從而獲得碳纖維芯線位于導(dǎo)線中心的鋁包碳纖維導(dǎo)線。
[0013]上述連續(xù)鑄擠包覆機(jī)由主機(jī)、電機(jī)和減速機(jī)組成，主機(jī)包括中間包、導(dǎo)流管、鑄擠輪、槽封塊、鑄擠靴、包覆模、擋料塊、偏心軸、液壓缸和機(jī)架，其結(jié)構(gòu)特點是鑄擠輪外側(cè)開設(shè)有環(huán)形槽，鑄擠輪的環(huán)形輪槽與槽封塊形成型腔，鑄擠靴的