一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力材料領(lǐng)域，公開(kāi)了一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，其按照如下方法制備而得：步驟1）制備物料A，步驟2）制備物料B，步驟3）制備物料C，步驟4）制備物料D，步驟5）制備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。本發(fā)明碳纖維復(fù)合導(dǎo)線重量輕、耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，較好的解決了鋁導(dǎo)線長(zhǎng)期運(yùn)行的老化問(wèn)題，使用壽命明顯高于普通導(dǎo)線，應(yīng)用范圍廣泛。
【專利說(shuō)明】
一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力材料領(lǐng)域，具體涉及一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維(carbon fiber，簡(jiǎn)稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維 的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石 墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維"外柔內(nèi)剛"，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼 鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳 材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。
[0003] 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。鋼芯鋁絞線存在如下缺陷：一是強(qiáng)度低;二是導(dǎo)電率低，載 流量小，導(dǎo)線運(yùn)行中存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應(yīng)，運(yùn)行溫度高;三是線膨脹系數(shù)大； 四是重量重;五是不耐腐蝕、重量大;五是不耐腐蝕，通過(guò)線鋁線與鍍鋅鋼線之間存在電化 腐蝕的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的鋼芯鋁絞線存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)電率、力學(xué) 性能好、質(zhì)量輕、耐腐蝕耐高溫的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，其按照如下方法制備而得： 步驟1)制備物料A:取石墨放入坩堝中，置于馬弗爐中煅燒，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于700-800 °C煅燒3min，取出，粉碎成粉末狀，得到物料A; 步驟2)制備物料B:將納米二氧化硅和納米氧化鋁混合攪拌均勻，然后添加到聚乙烯吡 略燒酮中，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，然后置于溫度為60°C、相對(duì)濕度為80 %的濕熱環(huán)境中6小 時(shí)，最后冷卻至室溫，即得物料B;其中，納米二氧化硅、納米氧化鋁以及聚乙烯吡咯烷酮的 質(zhì)量比為1:1:2; 步驟3)制備物料C:將物料A、物料B以及碳纖維依次添加到高速攪拌器中，1000轉(zhuǎn)/min 攪拌5min，然后預(yù)熱到100°C，靜置3min，得到混合料，將混合料再浸入到雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂 中，通過(guò)賦形模頭以絲條的形式將其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纖維以 及雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為4-7:3-5:7-12:25-35; 步驟4)制備物料D:將鋁在600°C下保溫30min，升溫至700 °C，然后加入鍺、鉭、釔、錸、 釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦，進(jìn)行熔煉形成合金液，熔煉時(shí)間為lOmin，然后升溫至740°C，再將物料 C投入到合金液中，同時(shí)采用電磁攪拌器攪拌，攪拌時(shí)間為8分鐘;保溫，靜置3分鐘得到物料 D;其中，鋁、鍺、鉭、釔、錸、釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦以及物料C的質(zhì)量比為200-300:1-2:1-2:1_ 2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50; 步驟5)制備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線:將物料D注入結(jié)晶器進(jìn)行連鑄連乳，控制鑄坯進(jìn)入乳機(jī)的 溫度為500 °C-560 °C，乳機(jī)出口處合金桿溫度為300 °C-320 °C ;合金桿經(jīng)拉絲得到合金線;將 合金線進(jìn)行退火處理，退火溫度350°C，退火時(shí)間20分鐘，自然冷卻，即得碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。 [0006] 優(yōu)選地，納米二氧化娃和納米氧化錯(cuò)的粒徑均為50-100nm。
[0007] 本發(fā)明取得的有益效果主要包括： 本發(fā)明制備的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線重量輕、耐腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，較好的解決了鋁導(dǎo)線長(zhǎng)期 運(yùn)行的老化問(wèn)題，使用壽命明顯高于普通導(dǎo)線，應(yīng)用范圍廣泛;本發(fā)明制得的碳纖維復(fù)合導(dǎo) 線具備高電導(dǎo)率，優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，可使桿、塔之間的跨距增大、高 度降低、同樣容量線路成本比普通導(dǎo)線低;本發(fā)明中稀土金屬改善了導(dǎo)線中晶體的組織結(jié) 構(gòu)，提高了加工性能和耐腐蝕性能;本發(fā)明對(duì)納米材料進(jìn)行了改性，提高了其與樹(shù)脂材料和 碳纖維材料的相容性;本發(fā)明碳纖維進(jìn)行了改性和修飾，提高導(dǎo)線芯的工作溫度，保證導(dǎo)電 率，減輕導(dǎo)線芯重量，耐磨損耐疲勞，與合金材料的相容性更好;本發(fā)明合金材料配伍合理， 制備工藝簡(jiǎn)單可行，通過(guò)控制工藝參數(shù)，改善了應(yīng)力作用對(duì)導(dǎo)體組織的不利影響，使得導(dǎo)線 的耐撓曲疲勞特性提高。
[0008]
【具體實(shí)施方式】
[0009] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具 體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部 分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出 創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0010] 實(shí)施例1 一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，其按照如下方法制備而得： 步驟1)制備物料A:取石墨放入坩堝中，置于馬弗爐中煅燒，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于700°C 煅燒3min，取出，粉碎成粉末狀，得到物料A; 步驟2)制備物料B:將納米二氧化硅和納米氧化鋁混合攪拌均勻，然后添加到聚乙烯吡 略燒酮中，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，然后置于溫度為60°C、相對(duì)濕度為80 %的濕熱環(huán)境中6小 時(shí)，最后冷卻至室溫，即得物料B;其中，納米二氧化硅、納米氧化鋁以及聚乙烯吡咯烷酮的 質(zhì)量比為1:1:2; 步驟3)制備物料C:將物料A、物料B以及碳纖維依次添加到高速攪拌器中，1000轉(zhuǎn)/min 攪拌5min，然后預(yù)熱到100°C，靜置3min，得到混合料，將混合料再浸入到雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂 中，通過(guò)賦形模頭以絲條的形式將其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纖維以 及雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為4:3:7:25; 步驟4)制備物料D:將鋁在600°C下保溫30min，升溫至700 °C，然后加入鍺、鉭、釔、錸、 釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦，進(jìn)行熔煉形成合金液，熔煉時(shí)間為lOmin，然后升溫至740°C，再將物料 C投入到合金液中，同時(shí)采用電磁攪拌器攪拌，攪拌時(shí)間為8分鐘;保溫，靜置3分鐘得到物料 D;其中，鋁、鍺、鉭、釔、錸、釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦以及物料C的質(zhì)量比為200:1:1:1:1:1:2:3: 4:4:6:30; 步驟5)制備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線:將物料D注入結(jié)晶器進(jìn)行連鑄連乳，控制鑄坯進(jìn)入乳機(jī)的 溫度為500°C，乳機(jī)出口處合金桿溫度為300°C ;合金桿經(jīng)拉絲得到合金線;將合金線進(jìn)行退 火處理，退火溫度350°C，退火時(shí)間20分鐘，自然冷卻，即得碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。
[0011] 其中，納米二氧化娃和納米氧化錯(cuò)的粒徑均為50nm。
[0012] 實(shí)施例2 一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，其按照如下方法制備而得： 步驟1)制備物料A:取石墨放入坩堝中，置于馬弗爐中煅燒，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于800°C 煅燒3min，取出，粉碎成粉末狀，得到物料A; 步驟2)制備物料B:將納米二氧化硅和納米氧化鋁混合攪拌均勻，然后添加到聚乙烯吡 略燒酮中，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，然后置于溫度為60°C、相對(duì)濕度為80 %的濕熱環(huán)境中6小 時(shí)，最后冷卻至室溫，即得物料B;其中，納米二氧化硅、納米氧化鋁以及聚乙烯吡咯烷酮的 質(zhì)量比為1:1:2; 步驟3)制備物料C:將物料A、物料B以及碳纖維依次添加到高速攪拌器中，1000轉(zhuǎn)/min 攪拌5min，然后預(yù)熱到100°C，靜置3min，得到混合料，將混合料再浸入到雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂 中，通過(guò)賦形模頭以絲條的形式將其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纖維以 及雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為4-7:3-5:7-12:25-35; 步驟4)制備物料D:將鋁在600°C下保溫30min，升溫至700 °C，然后加入鍺、鉭、釔、錸、 釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦，進(jìn)行熔煉形成合金液，熔煉時(shí)間為lOmin，然后升溫至740°C，再將物料 C投入到合金液中，同時(shí)采用電磁攪拌器攪拌，攪拌時(shí)間為8分鐘;保溫，靜置3分鐘得到物料 D;其中，鋁、鍺、鉭、釔、錸、釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦以及物料C的質(zhì)量比為300: 2:2: 2: 2:2: 3:5: 7:7:9:50; 步驟5)制備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線:將物料D注入結(jié)晶器進(jìn)行連鑄連乳，控制鑄坯進(jìn)入乳機(jī)的 溫度為560°C，乳機(jī)出口處合金桿溫度為320°C ;合金桿經(jīng)拉絲得到合金線;將合金線進(jìn)行退 火處理，退火溫度350°C，退火時(shí)間20分鐘，自然冷卻，即得碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。
[0013] 其中，納米二氧化娃和納米氧化錯(cuò)的粒徑均為lOOnm。
[0014] 實(shí)施例3 1. 導(dǎo)電率試驗(yàn)： 將實(shí)施例1-2制備的碳纖維復(fù)合導(dǎo)線進(jìn)行導(dǎo)電率實(shí)驗(yàn)，按照國(guó)標(biāo)GB/T12966-2008的測(cè) 試方法進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果如表1所示： 表1
2. 力學(xué)試驗(yàn)： 將實(shí)施例1-2制備的導(dǎo)線進(jìn)行室溫拉伸實(shí)驗(yàn)，按照國(guó)標(biāo)GB/T228-2002制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試 樣，在拉伸速度為0.5mm/min，30KN拉力試驗(yàn)機(jī)上拉伸，測(cè)量長(zhǎng)度為50mm，測(cè)定抗拉強(qiáng)度、延 伸率，其結(jié)果如表2所示： 表2
3.耐熱耐腐蝕試驗(yàn)： 將實(shí)施例1制備的導(dǎo)線進(jìn)行耐熱性能測(cè)試，用200°C保溫240小時(shí)，抗拉強(qiáng)度保持率在 98.3%，延伸率保持率在97.4%，導(dǎo)電率維持在98.6%。
[0015]將實(shí)施例1制備的導(dǎo)線進(jìn)行耐腐蝕性能測(cè)試，置于10%的氯化鈉溶液240小時(shí)，抗拉 強(qiáng)度保持率在99.7%，延伸率保持率在99.4%，導(dǎo)電率維持在99.3% 以上結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，這些描 述都是示例性的，并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精 神和原理對(duì)本發(fā)明做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳纖維復(fù)合導(dǎo)線，其按照如下方法制備而得： 步驟1)制備物料A，步驟2 )制備物料B，步驟3 )制備物料C，步驟4 )制備物料D，步驟5 )制 備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述導(dǎo)線按照如下方法制備而得： 步驟1)制備物料A:取石墨放入坩堝中，置于馬弗爐中煅燒，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于700-800 °C煅燒3min，取出，粉碎成粉末狀，得到物料A; 步驟2)制備物料B:將納米二氧化硅和納米氧化鋁混合攪拌均勻，然后添加到聚乙烯吡 略燒酮中，300轉(zhuǎn)/min攪拌5min，然后置于溫度為60 °C、相對(duì)濕度為80 %的濕熱環(huán)境中6小 時(shí)，最后冷卻至室溫，即得物料B;其中，納米二氧化硅、納米氧化鋁以及聚乙烯吡咯烷酮的 質(zhì)量比為1:1:2; 步驟3 )制備物料C:將物料A、物料B以及碳纖維依次添加到高速攪拌器中，1000轉(zhuǎn)/min 攪拌5min，然后預(yù)熱到100°C，靜置3min，得到混合料，將混合料再浸入到雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂 中，通過(guò)賦形模頭以絲條的形式將其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纖維以 及雙酸A型環(huán)氧樹(shù)脂的質(zhì)量比為4-7:3-5:7-12:25-35; 步驟4)制備物料D:將鋁在600°C下保溫30min，升溫至700°C，然后加入鍺、鉭、釔、錸、 釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦，進(jìn)行熔煉形成合金液，熔煉時(shí)間為lOmin，然后升溫至740°C，再將物料 C投入到合金液中，同時(shí)采用電磁攪拌器攪拌，攪拌時(shí)間為8分鐘;保溫，靜置3分鐘得到物料 D;其中，鋁、鍺、鉭、釔、錸、釩、鉬、鋅、錳、鉻、鈦以及物料C的質(zhì)量比為200-300:1-2:1-2:1_ 2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50; 步驟5)制備碳纖維復(fù)合導(dǎo)線:將物料D注入結(jié)晶器進(jìn)行連鑄連乳，控制鑄坯進(jìn)入乳機(jī)的 溫度為500 °C-560 °C，乳機(jī)出口處合金桿溫度為300 °C-320 °C ;合金桿經(jīng)拉絲得到合金線;將 合金線進(jìn)行退火處理，退火溫度350°C，退火時(shí)間20分鐘，自然冷卻，即得。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)線，其特征在于，優(yōu)選地，所述納米二氧化硅和納米氧化鋁 的粒徑為IOOnm。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK105895263SQ201610261670
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】孫運(yùn)東, 閆加允
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山東省電力公司莒南縣供電公司, 莒南縣美達(dá)電力實(shí)業(yè)有限公司