CN103985464A - 具有高载流量和防覆冰性能的导线及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高载流量和防覆冰性能导线及其制备方法，它包括：导线本体(1)和涂覆在导线本体(1)外部的复合涂层(2)，复合涂层(2)由氟碳涂料与散热填料制成。本发明提供的导线，结构设计合理，喷涂有优选比例的氟碳涂料和散热填料后，具有优异的疏水性能和防覆冰性能，且导线散热功率高，导线的载流量大，可广泛适用于恶劣自然环境，输电安全性好。另外本发明通过大量实验筛选出散热填料的粒径，氟碳涂料和散热填料的用量配比及其裸导线外表面的复合涂层的厚度等，整个制备方法科学合理，可操作性强，制备得到的导线具有高载流量和防覆冰性能，可克服现有技术的诸多不足。

Description

具有高载流量和防覆冰性能的导线及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导线，具体涉及一种具有高载流量和防覆冰性能的导线及其制备方法。

背景技术

当前，从电厂到终端用户传输电能的各种电网中所使用的电力导线，绝大部分是由导电性能良好的铜、铝等导电介质与抗拉强度高的钢芯通过机械绞股制成。这种纯金属制成的电力导线在极端自然条件下，存在致命缺陷。历史上曾出现多次因恶劣天气造成线路中断，导致的大规模电网停电事故，例如2008年发生在我国南方的大规模电网瘫痪事故等，造成了重大损失。究其原因，就在于上述导线容易结冰，在重力作用下使得导线力学负载加重或超重，严重时，则会拉倒电杆、电塔、拉断电线，造成供电线路损毁，影响供电安全。

并且，现有技术的导线，由于存在散热性能较差的缺点，导致导线的载流量不高，大大限制其大功率电力的输送，对于长距离，大功率输送，现有技术的导线存在成本高，输送效率低的问题。

因此，很有必要在现有技术的基础上，研发设计一种具有防覆冰性能，并且载流量高的导线。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种具有极好的疏水性，防覆冰性能，并且载流量高的导线。该导线可以有效解决常规导线在特定自然条件下易结冰危害的导线，并且可以提到导线的输送容量。本发明另一个目的是提供该导线的优化制备方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有高载流量和防覆冰性能的导线，它包括：导线本体和涂覆在导线本体外部的复合涂层，所述的复合涂层由氟碳涂料与散热填料制成。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，所述的导线本体为具有导电或具有导电和通信功能的导线。作为优选，所述的导线的芯材材料可以选自碳纤维，碳纤维和玻璃纤维混合材料等复合芯材料，导线的芯材的外形和结钩可以是电力输送中任何符合要求的外形和结构。导线的外层导体材料可以优选铝，铜，钢等能导电的材料，导线的外层导体材料的外形和结构，可以是电力输送中任何符合要求的外形和结构。并且架空裸导线可以单丝或多根绞线。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，所述的复合涂层的厚度为0.015mm～0.090mm。本发明通过大量实验筛选在裸导线外周涂覆具有很好疏水防覆冰性能和具有提供输送容量的复合涂层，研究表明，复合涂层的厚度是关键因素，太薄达不到疏水防覆冰性能，耐候性的作用，太厚影响导线的散热性能，影响其载流量，实验结果表明，在裸导线的外周涂覆一层厚度为0.015mm～0.090mm，氟碳涂料与散热填料的合理搭配，可以提高导线表面的散热性能。由氟碳涂料与散热填料制成的复合涂层，不仅可以大大提高导线的疏水性，防覆冰性，并且具有很好的散热性能，可大大提高导线的载流量，提高输电效率，在恶劣气候条件下也能保证供电安全。

本发明所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其包括以下步骤：

a、首先开启后固化箱，然后将氟碳涂料与散热填料按照一定的比例混合均匀成混合料，然后灌入氟碳涂料储罐内，备用；

b、开启框绞机，使导线本体牵出，然后氟碳涂料与散热填料在氟碳涂料储罐内，经过混合均匀后，通过三向喷头均匀的将氟碳涂料和散热填料的混合液喷涂在导线本体的外表面；

c、步骤b喷涂后的导线以一定的速度通过后固化箱，实现氟碳涂料和散热填料的迅速固化，在导线本体的外表面喷涂制得均匀且散热性和疏水性好的复合涂层。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，通过控制系统控制三向喷头，采用间隙性喷涂的方法喷涂氟碳涂料与散热填料混合液，可以在导线本体的表面喷涂得到致密、均匀的复合涂层。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，步骤a所述的散热填料为热传导系数大于铝热传导系数的金属粉、无机或有机物粉末如纳米铜粉、纳米金刚石、碳纳米管、微晶石墨等。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，所述的散热填料的粒径大于等于320目。

作为优选方案，本发明中散热填料的质量与氟碳涂料的体积比为5％～60％。

氟碳涂料是指以氟树脂为主要成膜物质的涂料，又称氟碳漆、氟涂料，氟树脂涂料由于引入的氟元素电负性大，碳氟键能强，具有特别优越的各项性能，如何将氟碳涂料和性质差异大的散热填料科学配比，能够使二者性质相差较大的不同成分能够在裸导线的外表面形成致密，均匀的复合涂层，是本发明的关键。本发明通过大量实验筛选，首先筛选散热填料的粒径，粒径过大不能和氟碳涂料混合均匀，也不能在裸导线外表面形成致密的保护涂层，本发明经过不同粒径的大量实验筛选，结果表明，散热填料的粒径大于等于320目时，能够和氟碳涂料混合均匀，易于涂层。

筛选出散热填料的粒径后，氟碳涂料和性质差异大的散热填料的用量比是影响成膜性能和影响导线疏水性能和散热性能的另外一个非常关键的因素，本发明通过大量实验研究不同用量比例的氟碳涂料和性质差异大的散热填料(以碳纳米管散热填料为研究对象)在导线形成复合涂层的疏水性能和散热性能，并且筛选涂层的致密性，均匀性和粘结牢固程度等指标。筛选实验结果表明，当散热填料的质量与氟碳涂料的体积比为5％～60％时，特别优选为10～30％的体积配比的氟碳涂料和散热填料时，喷涂到裸导线外周，可以制得致密，均匀，粘结牢固，具有优异的疏水防覆冰性能和优异的散热性能的复合涂层，制备得到的导线具有优异的防覆冰性能和高载流量，可以适用于长距离，适用于恶劣环境，高输送功率架设。可克服现有技术存在的覆冰危害和散热性差，载流量低的不足。取得了非常好的技术创新。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，所述的复合涂层的厚度为0.015mm-0.030mm。本发明通过大量实验筛选在裸导线外周涂覆具有很好疏水防覆冰性能和具有提供输送容量的复合涂层，研究表明，复合涂层的厚度是关键因素，太薄达不到疏水防覆冰性能和耐候性的作用，太厚影响导线的散热性能，影响其载流量，并且太厚在导线上的粘结性能不足，本发明以复合涂层的粘结强度，致密性能，疏水防覆冰性能和散热性能等考察指标，实验结果表明，在裸导线的外周涂覆一层厚度为0.015mm～0.030mm的优选比例的氟碳涂料和散热填料混合涂层时，具有优异的防覆冰性能和散热性能，具有高的输送容量。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，氟碳涂料可加入稀释剂，也可不加稀释剂，稀释剂加入量根据实际工艺需要确定。

本发明提供的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，氟碳漆涂层架空裸导线与传统的架空裸导线相比，本发明的导线具有更优越的疏水性。水滴在氟碳涂料层表面接触角比较大，容易在涂层表面移动，无法进入到涂层的毛细孔中，容易汇集成大水滴或受重力作用从导线表面滴落从而可有效减少或者避免导线表面覆冰。

并且本发明，将氟碳漆涂层与传统的涂层相比，科学配比了比铝热传导系数大的散热填料，可以有效的加快导线表面散热功率。计算导线允许载流量可选用《电机工程手册》(试用本)第26篇所列公式(原公式符号略有变更)：

$I=\sqrt{(W_R+W_F-W_S)R_t^{\′}}---\left(1\right)$

式中：I-允许载流量(A)；

W_R单位长度导线的辐射散热功率(W/m)；

W_F单位长度导线的对流散热功率(W/m)；

W_S单位长度导线的日照吸热功率(W/m)；

R_t′允许温度时导线的交流电阻(Ω/m)。

根据公式(1)所示，提高导线的散热功率可提高导线的载流量。

因此，采用本发明提供的具有复合涂层的导线，可以有效的提高防覆冰性能，且导线散热功率高，导线的载流量大。

作为优选方案，以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，所述的后固化箱内设置有加热电阻，通过加热电阻进行加热，并且后固化箱内壁上安装有保温层，可以保持固化温度恒定。能够使氟碳树脂和散热填料快速在裸导线的表面固化，提高工作效率，作为优选加热固化的温度为120℃～180℃。

有益效果：本发明提供的具有高载流量和防覆冰性能的导线与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明提供的具有高载流量和防覆冰性能的导线，结构设计合理，喷涂有优选比例的氟碳涂料和散热填料后，具有优异的疏水性能和防覆冰性能，且导线散热功率高，导线的载流量大。本发明提供的导线对恶劣自然环境具有很好的适应性，利用氟碳涂料极好的疏水性，涂覆氟碳漆涂层架空裸导线在易结冰区有很好的防覆冰能力。并且氟碳涂料与散热填料的科学合理配比，可以提高导线表面的散热性能，从而可以在恶劣气候条件下也能保证供电安全。

2、本发明提供的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，通过大量实验筛选出散热填料的粒径，氟碳涂料和散热填料的用量配比，具体的喷涂装置及其喷涂方法，具体的加热固化装置和加热方法及其裸导线外表面的复合涂层的厚度。整个制备方法科学合理，可操作性强，制备得到的导线具有高载流量和防覆冰性能，可克服现有技术的诸多不足。

附图说明

图1为本发明高载流量和防覆冰性能的导线的横截面结构示意图。

图2为本发明高载流量和防覆冰性能的另一种导线的横截面结构示意图。

图3为本发明高载流量和防覆冰性能的导线的制备工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如图1所示，一种具有高载流量和防覆冰性能的导线，它包括：导线本体(1)和涂覆在导线本体(1)外部的复合涂层(2)，所述的复合涂层(2)由氟碳涂料与散热填料制成。所述的导线本体(1)为具有导电或具有导电和通信功能的导线。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm～0.090mm。

所述的导线本体(1)为具有内部为碳纤维和外部为玻璃纤维及其树脂包裹的复合材料芯，外部包裹有铝导体的导线。

实施例2

如图2所示，一种具有高载流量和防覆冰性能的导线，它包括：导线本体(1)和涂覆在导线本体(1)外部的复合涂层(2)，所述的复合涂层(2)由氟碳涂料与散热填料制成。所述的导线本体(1)为具有导电或具有导电和通信功能的导线。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm～0.090mm。

所述的导线本体(1)为具有内部为碳纤维和外部为玻璃纤维及其树脂包裹的复合材料芯，并在复合材料芯内部设有通信线缆，复合材料芯外部包裹有铝导体的导线。

实施例3

如图3所示：

一种具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其包括以下步骤：

a、首先开启后固化箱(2-1)，然后将氟碳涂料与散热填料按照一定的比例混合均匀成混合料，然后灌入氟碳涂料储罐(2-2)内，备用；

b、开启框绞机(2-3)，使导线本体(1)牵出，然后氟碳涂料与散热填料在氟碳涂料储罐(2-2)内，经过混合均匀后，通过三向喷头(2-4)均匀的将氟碳涂料和散热填料的混合液喷涂在导线本体(1)的外表面；

c、步骤b喷涂后的导线以10m/min速度通过后固化箱(2-1)，后固化箱(2-1)内设置有加热电阻，通过加热电阻进行加热，并且后固化箱(2-1)内壁上安装有保温层，可以保持固化温度为120℃～180℃恒定，实现氟碳涂料和散热填料的迅速固化，在导线本体(1)的外表面喷涂制得均匀且散热性和疏水性好的复合涂层(2)。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其通过控制系统(2-5)控制三向喷头(2-4)，采用间隙性喷涂的方法喷涂氟碳涂料与散热填料混合液，在导线本体(1)的表面喷涂得到致密、均匀的复合涂层(2)。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，步骤a所述的散热填料为碳纳米管，且所述的散热填料的粒径大于等于320目。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，散热填料的质量与氟碳涂料的体积比为10％。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm-0.090mm。

以上所述的导线本体(1)为具有内部为碳纤维和外部为玻璃纤维及其树脂包裹的复合材料芯，外部包裹有铝导体的导线。

实施例4

一种具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其包括以下步骤：

a、首先开启后固化箱(2-1)，然后将氟碳涂料与散热填料按照一定的比例混合均匀成混合料，然后灌入氟碳涂料储罐(2-2)内，备用；

b、开启框绞机(2-3)，使导线本体(1)牵出，然后氟碳涂料与散热填料在氟碳涂料储罐(2-2)内，经过混合均匀后，通过三向喷头(2-4)均匀的将氟碳涂料和散热填料的混合液喷涂在导线本体(1)的外表面；

c、步骤b喷涂后的导线以10m/min速度通过后固化箱(2-1)，后固化箱(2-1)内设置有加热电阻，通过加热电阻进行加热，并且后固化箱(2-1)内壁上安装有保温层，可以保持固化温度为120℃～180℃恒定，实现氟碳涂料和散热填料的迅速固化，在导线本体(1)的外表面喷涂制得均匀且散热性和疏水性好的复合涂层(2)。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其通过控制系统(2-5)控制三向喷头(2-4)，采用间隙性喷涂的方法喷涂氟碳涂料与散热填料混合液，在导线本体(1)的表面喷涂得到致密、均匀的复合涂层(2)。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，步骤a所述的散热填料为微晶石墨，且所述的散热填料的粒径大于等于320目。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，散热填料的质量与氟碳涂料的体积比为40％。

以上所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm-0.090mm。

所述的导线本体(1)为具有内部为碳纤维和外部为玻璃纤维及其树脂包裹的复合材料芯，外部包裹有铝导体的导线。

实施例5 性能测试

取实施例2和实施例3制备得到的外表具有复合涂层(2)的导线进行疏水防覆冰和散热性能测试：实验结果表明，本发明实施例2和实施例3制备得到的外表具有复合涂层(2)的导线在湿度为80％，温度为零下30℃的极度环境下，导线外表面没有出现明显结冰现象。

并且实施例2和实施例3制备得到的外表具有复合涂层(2)的导线在2128A载荷下，散热能力良好，输电量大，输电效率高，输电安全性高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高载流量和防覆冰性能的导线，其特征在于，它包括：导线本体(1)和涂覆在导线本体(1)外部的复合涂层(2)，所述的复合涂层(2)由氟碳涂料与散热填料制成。

2.根据权利要求1所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，其特征在于，所述的导线本体(1)为具有导电或具有导电和通信功能的导线。

3.根据权利要求2所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线，其特征在于，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm~0.030mm。

4.权利要求1所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先开启后固化箱(2-1)，然后将氟碳涂料与散热填料按照一定的比例混合均匀成混合料，然后灌入氟碳涂料储罐(2-2)内，备用；

b、开启框绞机(2-3)，使导线本体(1)牵出，然后氟碳涂料与散热填料在氟碳涂料储罐(2-2)内，经过混合均匀后，通过三向喷头(2-4)均匀的将氟碳涂料和散热填料的混合液喷涂在导线本体(1)的外表面； 

c、步骤b喷涂后的导线以一定的速度通过后固化箱(2-1)，实现氟碳涂料和散热填料的迅速固化，在导线本体(1)的外表面喷涂制得均匀且散热性和疏水性好的复合涂层(2)。

5.根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，通过控制系统(2-5)控制三向喷头(2-4)，采用间隙性喷涂的方法喷涂氟碳涂料与散热填料混合液，在导线本体(1)的表面喷涂得到致密、均匀的复合涂层(2)。

6. 根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，步骤a所述的散热填料为热传导系数大于铝热传导系数的金属粉、无机或有机物粉末。

7. 根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，所述的散热填料的粒径大于等于320目。

8. 根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，散热填料的质量与氟碳涂料的体积比为5%~40%。

9.根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，所述的复合涂层(2)的厚度为0.015mm-0.030mm。

10.根据权利要求4所述的具有高载流量和防覆冰性能的导线的制备方法，其特征在于，所述的后固化箱(2-1)内设置有加热电阻，通过加热电阻进行加热，并且后固化箱(2-1)内壁上安装有保温层，可以保持固化温度恒定。