CN105788697A - 一种高强高电导率塑料电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强高导率电缆，其包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.04％‑0.055％，w(Fe)为0.15％‑0.18％，w(B)为0.0008％‑0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其他杂质元素总含量≤0.1％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。该电缆材料导电率好，力学性能好，可以有效降低输电线路的损耗，特别适用于远距离架空输电线路。

Description

一种高强高电导率塑料电缆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电线电缆技术领域，具体的涉及一种高强高电导率塑料电缆。
背景技术：
在国内，伴随着工业化进程的发展，电力电缆成为电力运输的主要方式，而铜芯电缆是应用得最广泛的，它在电缆应用市场上占据主要地位。铜芯电缆具有电阻率低、强度高、载流量大等特点。但是我国是一个铜资源匮乏的国家，铜原料在近几年的市场上供求矛盾凸显，导致铜的价格一路飙升，再加上铜芯电缆在施工安装中难度大、成本高，还有易盗、易老化等缺点，人们期望具有更合适的电缆来替换铜芯电缆。
能够代替铜芯电缆的是铝合金电缆。铝合金电缆是一种新型的节能产品，它是通过在纯铝中加入铜、铁、镁等元素材料，并经过紧压绞合技术以及金属退火处理，将合金铝中的存在的空隙变得紧密，形成了一种高延伸率的铝合金材料，弥补了以往纯铝电缆的不足，它的绝缘材料采用阻燃硅烷交联聚乙烯，外层采用金属连锁铠装结构，所以铝合金电缆在导电性能上和铜芯电缆的差距大大缩小，但在抗蠕变性能、弯曲性能和耐腐蚀性能方面却有很大的提高，保证了电缆在使用时遇到过载和过热的情况时，对于连续性能保持的稳定。但是目前市场上所售的铝合金电缆电导率大，力学性能不好，输电过程中的损耗大。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高强高电导率塑料电缆，该电缆强度到，电导率高，输电损耗小。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强高电导率塑料电缆，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.04％-0.055％，w(Fe)为0.15％-0.18％，w(B)为0.0008％-0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其他杂质元素总含量≤0.1％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
作为上述技术方案的优选，所述铝合金芯材中的Fe的存在状态是高铁相富铁相。
一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在720-740℃下熔化，调整Si、Fe、B含量，并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为20-50min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的铝杆冷却至室温后进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4％-6％、Mo 5％-7％、Mg 8％-9.5％、Cu 3％-4％、V0.05％-0.33％、Zn 1-2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在500-550℃下保温10-20h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述析铁处理工艺为：300-350℃保温1-3h。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述调整Si、Fe、B含量的步骤具体为：在保温炉内温度为720-740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％-0.055％，w(Fe)为0.15％-0.18％，w(B)为0.0008％-0.005％。
作为上述技术方案的优选，一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在720-740℃下熔化，调整Si、Fe、B含量，并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为30-45min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆直接进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4％-6％、Mo 5％-7％、Mg 8％-9.5％、Cu 3％-4％、V0.05％-0.33％、Zn 1-2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在500-550℃下保温10-20h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
本发明具有以下有益效果：
本发明对电缆中的铝合金芯材中得到微量元素的含量进行合理的控制，并控制铁的状态为高铁相富铁相，制得的电缆抗拉强度大，电导率高，大大降低了输电线路的损耗，且其稳定性好，价格低廉，制备方法简单，生产成本低。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.04％，w(Fe)为0.15％，w(B)为0.0008％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在720℃下熔化，在保温炉内温度为720℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％，w(Fe)为0.15％，w(B)为0.0008％。并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为720℃，精炼时间为30min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆直接进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4％、Mo 5％、Mg 8％、Cu 3％、V 0.05％、Zn 1％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在500℃下保温10h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
实施例2
一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.055％，w(Fe)为0.18％，w(B)为0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在740℃下熔化，在保温炉内温度为740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.055％，w(Fe)为0.18％，w(B)为0.005％。并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为740℃，精炼时间为45min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆直接进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 6％、Mo7％、Mg 9.5％、Cu 4％、V 0.33％、Zn 2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在550℃下保温20h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
实施例3
一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.045％，w(Fe)为0.16％，w(B)为0.0018％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在725℃下熔化，在保温炉内温度为730℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.045％，w(Fe)为0.16％，w(B)为0.0018％。并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为725℃，精炼时间为35min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆冷却至室温进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4.5％、Mo 5.5％、Mg 8.5％、Cu 3.2％、V 0.15％、Zn 1.2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在510℃下保温12h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
实施例4
一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.05％，w(Fe)为0.17％，w(B)为0.0028％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在730℃下熔化，在保温炉内温度为725℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.05％，w(Fe)为0.17％，w(B)为0.0028％。并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为35min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆直接进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 5％、Mo 6％、Mg 9％、Cu 3.4％、V 0.25％、Zn 1.6％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在520℃下保温14h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
实施例5
一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.055％，w(Fe)为0.175％，w(B)为0.0038％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在735℃下熔化，在保温炉内温度为730℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)0.055％，w(Fe)为0.175％，w(B)为0.0038％。并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为735℃，精炼时间为45min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆冷却至室温进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 5.5％、Mo 6.5％、Mg 9％、Cu 3.8％、V 0.03％、Zn 1.6％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在540℃下保温16h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。

Claims (6)

1.一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述电缆包括铝合金芯材，芯材外面包覆有镍合金层，最外层为环保阻燃热塑性弹性体TPE，其中铝合金芯材，以质量百分比计，包括：w(Si)0.04％-0.055％，w(Fe)为0.15％-0.18％，w(B)为0.0008％-0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其他杂质元素总含量≤0.1％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
2.如权利要求1所述的一种高强高电导率塑料电缆，其特征在于，所述铝合金芯材中的Fe的存在状态是高铁相富铁相。
3.如权利要求1或2所述的一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在720-740℃下熔化，调整Si、Fe、B含量，并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为20-50min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的铝杆冷却至室温后进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4％-6％、Mo 5％-7％、Mg 8％-9.5％、Cu 3％-4％、V 0.05％-0.33％、Zn 1-2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在500-550℃下保温10-20h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
4.如权利要求3所述的一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述析铁处理工艺为：300-350℃保温1-3h。
5.如权利要求3所述的一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调整Si、Fe、B含量的步骤具体为：在保温炉内温度为720-740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％-0.055％，w(Fe)为0.15％-0.18％，w(B)为0.0008％-0.005％。
6.如权利要求3所述的一种高强高电导率塑料电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纯度为98％以上的铝锭在720-740℃下熔化，调整Si、Fe、B含量，并加入精炼剂进行精炼，精炼温度为720-740℃，精炼时间为30-45min，精炼后扒渣静置，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇注成锭，将铝锭热轧成杆，得到铝杆；
(2)将步骤(1)得到的热铝杆直接进行析铁处理，并将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线，得到铝合金芯材；
(3)将步骤(2)得到的铝合金芯材表面包覆镍合金，镍合金的各组分质量百分比为：Fe 4％-6％、Mo 5％-7％、Mg 8％-9.5％、Cu 3％-4％、V 0.05％-0.33％、Zn 1-2％，余量为镍，并将表面包覆有镍合金层的铝合金芯材在500-550℃下保温10-20h；
(4)通过加热挤塑机将环保阻燃热塑性弹性体TPE形成熔融态，在成型模具和挤压压力下将环保阻燃热塑性弹性体TPE连续挤包在表面包覆有镍合金层的铝合金芯材上，得到高强高电导率塑料电缆。
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