CN105895263A - 一种碳纤维复合导线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力材料领域，公开了一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：步骤1）制备物料A，步骤2）制备物料B，步骤3）制备物料C，步骤4）制备物料D，步骤5）制备碳纤维复合导线。本发明碳纤维复合导线重量轻、耐腐蚀，使用寿命长，较好的解决了铝导线长期运行的老化问题，使用寿命明显高于普通导线，应用范围广泛。
Description
技术领域
本发明属于电力材料领域，具体涉及一种碳纤维复合导线。
背景技术
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
架空输电导线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来，架空导线主要使用钢芯铝绞线。钢芯铝绞线存在如下缺陷：一是强度低；二是导电率低，载流量小，导线运行中存在钢丝材料引起的磁损和热效应，运行温度高；三是线膨胀系数大；四是重量重；五是不耐腐蚀、重量大；五是不耐腐蚀，通过线铝线与镀锌钢线之间存在电化腐蚀的问题。
发明内容
为了解决现有技术的钢芯铝绞线存在的缺陷，本发明提供了一种高导电率、力学性能好、质量轻、耐腐蚀耐高温的碳纤维复合导线。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1-2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50;
步骤5）制备碳纤维复合导线：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃-560℃，轧机出口处合金杆温度为300℃-320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。
优选地，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为50-100nm。
本发明取得的有益效果主要包括：
本发明制备的碳纤维复合导线重量轻、耐腐蚀，使用寿命长，较好的解决了铝导线长期运行的老化问题，使用寿命明显高于普通导线，应用范围广泛；本发明制得的碳纤维复合导线具备高电导率，优良的力学性能、耐热耐腐蚀性能等优点，可使杆、塔之间的跨距增大、高度降低、同样容量线路成本比普通导线低；本发明中稀土金属改善了导线中晶体的组织结构，提高了加工性能和耐腐蚀性能；本发明对纳米材料进行了改性，提高了其与树脂材料和碳纤维材料的相容性；本发明碳纤维进行了改性和修饰，提高导线芯的工作温度，保证导电率，减轻导线芯重量，耐磨损耐疲劳，与合金材料的相容性更好；本发明合金材料配伍合理，制备工艺简单可行，通过控制工艺参数，改善了应力作用对导体组织的不利影响，使得导线的耐挠曲疲劳特性提高。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4:3:7:25；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200:1:1:1:1:1:2:3:4:4:6:30；
步骤5）制备碳纤维复合导线：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃，轧机出口处合金杆温度为300℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。
其中，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为50nm。
实施例2
一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为300:2:2:2:2:2:3:5:7:7:9:50;
步骤5）制备碳纤维复合导线：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为560℃，轧机出口处合金杆温度为320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。
其中，纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径均为100nm。
实施例3
1.导电率试验：
将实施例1-2制备的碳纤维复合导线进行导电率实验，按照国标GB/T12966-2008的测试方法进行检测，其结果如表1所示：
表1
| 组别 | 导电率(％IACS) |
| 实施例1 | 69.7 |
| 实施例2 | 68.8 |
2.力学试验：
将实施例1-2制备的导线进行室温拉伸实验，按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试样，在拉伸速度为0.5mm/min，30KN拉力试验机上拉伸，测量长度为50mm，测定抗拉强度、延伸率，其结果如表2所示：
表2
| 组别 | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(％) |
| 实施例1 | 213 | 16.4 |
| 实施例2 | 217 | 16.2 |
3.耐热耐腐蚀试验：
将实施例1制备的导线进行耐热性能测试，用200℃保温240小时，抗拉强度保持率在98.3%，延伸率保持率在97.4%，导电率维持在98.6%。
将实施例1制备的导线进行耐腐蚀性能测试，置于10%的氯化钠溶液240小时，抗拉强度保持率在99.7%，延伸率保持率在99.4%，导电率维持在99.3%
以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
Claims (3)
1.一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：
步骤1）制备物料A，步骤2）制备物料B，步骤3）制备物料C，步骤4）制备物料D，步骤5）制备碳纤维复合导线。
2.根据权利要求1所述的导线，其特征在于，所述导线按照如下方法制备而得：
步骤1）制备物料A：取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800℃煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A；
步骤2）制备物料B：将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡咯烷酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60℃、相对湿度为80％的湿热环境中6小时，最后冷却至室温，即得物料B；其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:1:2；
步骤3）制备物料C：将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min搅拌5min，然后预热到100℃，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C；其中，物料A、物料B、碳纤维以及双酚A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35；
步骤4）制备物料D：将铝在600℃下保温30min，升温至700℃，然后加入锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为10min，然后升温至740℃，再将物料C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟；保温，静置3分钟得到物料D；其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1-2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50;
步骤5）制备碳纤维复合导线：将物料D注入结晶器进行连铸连轧，控制铸坯进入轧机的温度为500℃-560℃，轧机出口处合金杆温度为300℃-320℃；合金杆经拉丝得到合金线；将合金线进行退火处理，退火温度350℃，退火时间20分钟，自然冷却，即得。
3.根据权利要求2所述的导线，其特征在于，优选地，所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝的粒径为100nm。
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| CN201610261670.8A CN105895263A (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 一种碳纤维复合导线 |
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Citations (4)
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2016
- 2016-04-25 CN CN201610261670.8A patent/CN105895263A/zh active Pending
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