CN101937733B - 民用铝合金布线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种民用铝合金布线的制造方法，属于电线电缆设计制造技术领域。其制造方法为，在竖炉中加入铝锭、铝铁中间合金、铝硼中间合金以及铝稀土中间合金，熔炼后铸成铸条，再经轧机轧制成铝合金杆，铝合金杆经冷拉制成铝合金单丝，再经退火处理，退火处理后对铝合金线进行挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯绝缘，绝缘中加入低卤或无卤阻燃剂，铝合金布线在挤包绝缘结束后进行温水交联或蒸汽交联处理。该铝合金布线具有优良的导电性、拉伸性能和弯曲性能，且电线的阻燃性能较好，使用寿命更长。
Description
技术领域
本发明属于电线电缆制造工艺设计领域，具体涉及一种民用铝合金布线的制备方法。
背景技术
现在的民用、商业及工业用电线电缆导体，特别是民用布线，使用的都是铜导体。上世纪80、90年代，由于当时铜价高涨，铜资源处于紧张状况，国家提出以铝节铜的经济政策，当时铝导体电线电缆比较普通，使用的也较为广泛，但随着时间的推移，人们在使用过程中发现纯铝导体在使用过程中出现各种各样的情况，其中常见的有，纯铝导体在使用弯曲过程中易开裂或折断现象，易发生氧化以及电化学腐蚀，特别是在连接头部位，以及铝电线与铜电线的直接连接部位。因而人们对于铝电线的印象逐渐变差，铝电线也逐渐远离人们的视线，铝导体的应用领域缩减至架空导线为主。
在新版的GB/T3956-2008中明确规定，铝或铝合金导体只适用于10mm2以上的截面，对于10mm2以下的只适宜采用铜导体。这一标准的规定，是建立在对铝导体实际情况总结的基础上得出的，因而也大大限制了铝或铝合金的应用范围，也不利于实行以铝节铜的推行。
尽管铜导体布线具有优于铝布线的多方面特性，但铜布线也存在许多不足之处，一是随着国家铜资源的紧缺，铜布线的成本太高；二是现在使用的民用铜布线采用的基本是聚氯乙烯绝缘和聚氯乙烯护套，如BV、BVV，虽然聚氯乙烯材料具有一定的阻燃性能，但由于聚氯乙烯含有氯元素，燃烧时释放的氯化氢气体对人体和建筑物都会造成危害，不符合环保要求，且聚氯乙烯材料使用寿命短，最多不超过三十年，聚氯乙烯铜导体布线不是民用布线有利的发展趋势。
发明内容
本发明提供一种环保性能好的民用铝合金布线的制备方法，采用的方法简单，毒性低，产品机械性能好，氧指数高、毒性低。
一种民用铝合金导体，该铝合金线的成分配比为：
0.3-1.5wt％的铁，0.001-0.02wt％的硼，0.01-1wt％混合稀土元素，不超过0.1wt％的硅，其余为铝及不可避免的杂质。
上述技术方案中，合金中的钒钛铬锰等重金属重量百分总含量≤0.01％，杂质元素重量百 分总含量≤0.2％。
一种民用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯度不低于99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780℃，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330℃；
3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于10mm2的铝合金线；
4)将所述铝合金线在温度300-340℃下，经过15-24小时退火处理，再在空气中自然冷却，获得所述民用铝合金导体。
一种民用铝合金布线，将所述的民用铝合金导体周围挤包绝缘材料，绝缘材料为经过处理后的硅烷交联聚乙烯材料。
一种所述民用铝合金布线的制造方法，包括以下步骤：
1)将纯度不低于99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780℃，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330；
3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于10mm2以下的铝合金线；
4)将所述铝合金线在温度300-340℃下，经过15-24小时退火处理，再在空气中自然冷却，获得所述民用铝合金导体，
5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例比例(9-5)∶(1-5)∶0.05混合，搅拌均匀，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在14-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃，螺杆转速80-100r/min，牵引出线速度30-40m/s。
6)挤包绝缘后，在70-80℃的温水浸泡8-12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15-25h，得到布线。
本发明获得如下技术效果：
所述合金中加入0.3-1.5％的重量百分含量的铁，铁可以起到对铝合金增强而有会过多对铝合金导电性能造成影响，同时加入适量的铁有利于提高连接的热稳定性及减小蠕变的效果，本发明中铁的含量太小会起不到预期的效果，太大会导致电阻过多增大，导电率达不到61％IACS，且影响耐腐蚀性能。本发明加入的铁元素完全能够满足强度的要求，同时使得铝 合金导体的高温性能、抗蠕变等性能得到大大的提高。
加入0.001-0.2％的重量百分含量的硼，可以起到析出钒、钛、铬、锰等重金属的目的，减小这些杂质元素对导电率的危害，同时有助于细化铝合金晶粒，增加强度和韧性，改善铝合金的拉伸性能，使得含铁量较高的铝合金能拉制成10mm2以下的截面。
加入0.01-1％的重量百分含量的混合稀土，稀土元素能起到除杂作用，特别是降低硅的含量，且稀土能有效优化的晶体结构，改善铝合金的强度和提高延伸性能，稀土对于提高合金的氧化性和耐电化学腐蚀起到积极的效果；此外，稀土铈元素的加入，能够增加含铁及硼铝合金熔体的流动性，大大降低铝合金熔体的表面张力，从而减少上述含量的铁元素的比重偏析和成分偏析，使得铁元素能够更均匀地分布在铝合金基体内，获得更均匀的性能，避免了因铁元素含量过多而造成的容易开裂、性能催化的现象；由于稀土铈元素的特殊作用以及与硼的综合作用，使得铁元素能够均匀分布，还细化了含铁、硼元素的铝合金的晶粒，并且在温度300-340℃下，经过15-24小时的退火处理中，均匀分布于合金导体内的富铁物相能够均匀的析出而弥散分布，从而大大增加了导电性，同时铝合金的韧性和强度得到进一步的提高。因此，本发明通过将铁元素、硼元素以及稀土元素铈的合适配比，并结合适当的退火处理工艺，不仅使得铝合金导体的导电性满足标准，同时提高了导体的强度和韧性。
由于硅及重金属钒、钛、铬、锰对导体的导电性能影响较大，为了尽量减小这些杂质元素的影响，使影响减小至最低，本发明对硅的重量百分含量控制在0.1％以内，钒、钛、铬、锰等重金属元素总百分含量控制在0.01％以内，杂质元素总含量不超过0.2％。
将铝合金线放在退火炉中，在温度300～340℃下，经过15～24小时的退火处理是为了使铝合金线消除拉伸过程中的应变，提高了导电率，使导电率达到61％IACS，且具有较好的延伸性能和安全性能，断裂伸长率达到20％，避免在使用弯折过程中发生开裂或折断的缺陷。
绝缘材料采用硅烷接枝的聚乙烯料，通过催化剂二月桂酸丁基锡在70-80℃的温水中引发交联，或在蒸汽房交中引发交联，交联度达到60％。交联后的聚乙烯耐老化性能更好，使用寿命可以达40年之久，且交联后聚乙烯绝缘在燃烧时不会出现滴落现象，更适合于阻燃民用铝合金布线。加入低卤或无卤阻燃剂是为了起到阻止燃烧时出现沿燃的现象发生，燃烧时氧指数≥30％，毒性指数≤5，且能达到UL1581标准中的VW-1级，安全性能较好。
由此本发明制造的民用铝合金布线只需截面积比铜导体布线大1.5倍，具有铜导体布线相同的性能，相比于传统铜芯布线，成本低、重量轻、弯曲性能更好、耐腐性能更强，且使用的绝缘材料具有更加优异的机械性能、抗紫外、抗老化性能和电气性能，相比于聚氯乙烯材料，阻燃性能更优，且不会造成对环境造成危害，使用更加安全可靠，且使用寿命更长。
具体实施方式
下面通过两个实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种民用铝合金导体，该铝合金线的成分配比为：
0.3-1.5％的铁，譬如可以选取为0.4％，0.5％，0.7％，0.9％，1.15％，1.3％，1.4％，0.001-0.02％的硼，譬如0.004％，0.009％，0.012％，0.018％，0.019％，0.01-1％混合稀土元素，譬如可以选取为0.05％，0.07％，0.1％，0.5％，0.6％，0.9％，不超过0.1％的硅，其余为铝及不可避免的杂质。
上述技术方案中，合金中的钒钛铬锰等重金属重量百分总含量≤0.01％，杂质元素重量百分总含量≤0.2％。
一种所述民用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤：
1)将纯度不低于99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780℃，譬如温度为740℃，760℃，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，中间合金的成分根据最终合金的成分要求，并适当控制烧损，熔炼使得成分符合要求(在熔炼期间不断地进行炉前分析，直至成分符合要求)，铸造，制成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，例如可以选取为465℃，480℃，490℃，终轧温度为250-330℃，例如可以选取为：280℃，290℃，305℃，320℃；
3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于10mm2的铝合金线，例如面积可以为8mm2，7mm2，5mm2，4mm2，3mm2；
4)将所述铝合金线在温度300-340℃下，例如温度可以选取为310℃，320℃，330℃，经过15-24小时退火处理，退货时间可以选取为22小时，18小时，16小时，再在空气中自然冷却，获得所述民用铝合金导体。
实施例2
一种民用铝合金布线，将实施例1所述的民用铝合金导体周围挤包绝缘材料，绝缘材料为经过处理后的硅烷交联聚乙烯材料。
一种所述民用铝合金布线的制造方法，包括以下步骤：
1)将纯度不低于99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780℃，譬如温度为740℃，760℃，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，中间合金的成分根据最终合金的成分要求，并适当控制烧损，熔炼使得成分符合要求(在熔炼期间不断地进行炉前分析，直至成分符合要求)，铸造，制成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，例如可以选取 为465℃，480℃，490℃，终轧温度为250-330℃，例如可以选取为：280℃，290℃，305℃，320℃；
3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于10mm2的铝合金线，例如面积可以为6mm2，4mm2，2.5mm2，1.5mm2，1.0mm2；
4)将所述铝合金线在温度300-340℃下，例如温度可以选取为310℃，320℃，330℃，经过15-24小时退火处理，退货时间可以选取为22小时，18小时，16小时，再在空气中自然冷却，获得所述民用铝合金导体；
5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例比例(9-5)∶(1-5)∶0.05混合，例如可以选取为：9∶1∶0.05，8∶1∶0.05，7∶1∶0.05，6∶1∶0.05，9∶3∶0.05，9∶4∶0.05，8∶4∶0.05，8∶2∶0.05，7∶3∶0.05，7∶4∶0.05，6∶4∶0.05，6∶2∶0.05，搅拌均匀，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在140-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃，螺杆转速80-100r/min，牵引出线速度30-40m/s。
6)挤包绝缘后，在70-80℃的温水浸泡8-12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15-25h，得到布线。
实施例3
在竖炉中加入纯度为99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-760℃，随后在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，加入精炼剂，经搅拌进行精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，使熔体中各金属元素的重量百分含量为：0.35％的铁，0.005％的硼，0.1％的稀土，其余为铝及不可避免的杂质。在铸机中铸造成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为450-480℃，终轧温度为250-280℃。
轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金线在退火炉中，在温度300-340℃下，经过15小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自然冷却。
在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产的)按的9∶1∶0.05的比例混合，搅拌均匀，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃。螺杆转速80r/min，牵引出线速度30m/s，
挤包绝缘后，铝合金电线在70-80℃的温水浸泡10h。
由此制造的铝合金布线经检测，导电率为62％IACS，断裂伸长率为25％，抗拉强度为 130Mpa，氧指数31，毒性指数2.1，通过UL1581标准VW-1试验。
实施例4
在竖炉中加入纯度为99.75％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-760℃，随后在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，使熔体中各金属元素的重量百分含量为：1.35％的铁，0.20％的硼，0.95％的稀土，其余为铝及不可避免的杂质。
加入精炼剂，经搅拌进行精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，在铸机中铸造成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为470-500℃，终轧温度为290-330℃。
轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金线在退火炉中，在温度300-340℃下，经过18小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自然冷却。
在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产的)按的8∶2∶0.05的比例混合，搅拌均匀，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃。螺杆转速80r/min，牵引出线速度30m/s
挤包绝缘后，铝合金电线在70-80℃的温水浸泡12h。
由此制造的铝合金布线经检测，导电率为61.5％IACS，断裂伸长率为27％，抗拉强度为125Mpa，氧指数34，毒性指数0.7，通过UL1581标准VW-1试验。
实施例5
在竖炉中加入纯度为99.80％的铝锭，加热融化，使温度保持在740-780℃，随后在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，加入精炼剂，经搅拌进行精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，使熔体中各金属元素的重量百分含量为：0.75％的铁，0.10％的硼，0.5％的稀土，其余为铝及不可避免的杂质，在铸机中铸造成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为460-490℃，终轧温度为250-280℃。
轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金线在退火炉中，在温度300-340℃下，经过20小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自然冷却。
在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产的)按的6∶4∶0.05的比例混合，搅拌均匀，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃。螺杆转速80r/min，牵引出线速度30m/s
挤包绝缘后，铝合金电线在在蒸汽房中蒸汽交联15-25h。
由此制造的铝合金布线经检测，导电率为61.0％IACS，断裂伸长率为21％，抗拉强度为135Mpa，氧指数36，毒性指数1.2，通过UL1581标准VW-1试验。
Claims (1)
1.一种民用铝合金布线的制备方法，其中，该民用铝合金布线是在民用铝合金导体周围挤包绝缘材料，该铝合金导体的成分配比为：0.3-1.5wt％的铁，0.001-0.02wt％的硼，0.01-1wt％的混合稀土元素，不超过0.1wt％的硅，其余为铝及不可避免的杂质；
其特征在于包括以下步骤：
1)将纯度不低于99.70％的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780℃，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500℃，终轧温度为250-330℃；
3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于10mm2的铝合金线；
4)将所述铝合金线在温度300-340℃下，经过15-24小时退火处理，再在空气中自然冷却，获得民用铝合金导体，
5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例(9-5)∶(1-5)∶0.05混合，搅拌均匀，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在140-220℃，各区间的温度为：加料段140-150℃，熔融段160-170℃，均化段180-190℃，机脖195-210℃，机头210-220℃，模口215-225℃，螺杆转速80-100r/min，牵引出线速度30-40m/s，
6)挤包绝缘后，在70-80℃的温水浸泡8-12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15-25h，得到布线。
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