CN108091427B - 一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝芯导线加工技术领域，具体涉及一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体为导电率为54‑55%铝合金材料，其表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为160‑200nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为400‑600μm的耐高温绝缘涂层。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中所得铝合金材料导电率达到54‑55%，其抗拉强度达到200‑210MPa，具有较好的铸造性能氧化硅层和耐高温绝缘涂层结合度较好，在高温条件下性能稳定，同时能保证较高的绝缘能力，在高温条件下抗击穿能力达到215kV/mm以上，能够减少铝芯导线输电时的电能损失。
Description
技术领域
本发明属于铝芯导线加工技术领域，具体涉及一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法。
背景技术
随着经济社会的高速发展，建筑设施和人口相对密集的城镇街道、厂矿企业、住宅小区的用户配电变压器（变电站）的电压等级普遍提高，远离城市中心的国家电网与用户配电变压器之间及用户配电网内部大量采用1kV 级及以下的电力电缆连接，从而使 1kV 级的电缆的需求急剧攀升，由于电力电缆需穿越建筑设施和人口相对密集的区域，而这些区域的电力电缆因受复杂自然因素的影响有可能发生电力事故，为了使电力事故不会酿成火灾，或在遭受火灾破坏的情况下不会使电力电缆酿成次生事故，要求电力电缆需具有可靠的防火功能，因此，防火电缆的使用日益广泛，然而，现有的防火电缆普遍采用多根铜丝绞合而成的铜芯导体，需使用大量的铜，而我国是铜资源极为匮乏的国家，而且，由于铜丝易氧化，特别是在高温作用下会加快氧化速度，而氧化会带来流通截面的下降，从而导致载流量的下降，但与铜合金的熔点可达到 1000℃以上相比，由于铝合金的熔点温度一般不会超过670℃，而防火电缆的国家标准要求在750℃的温度下须经受90分钟的耐火试验，因此，现有的防火电缆都采用铜芯导体，相比铜芯导线，铝芯导线价格便宜，比重小，运输、施工成本相对较低，但是虽然滤芯导线价格便宜，但是滤芯导线易氧化，在空气中与氧反应很快生成一种氧化膜，铜铝连接时会产生点化腐蚀，接头易发热，同时铝的导电率约为铜导电率的62%，化学元素的增加会进入铝的晶格或形成各类化合物，影响铝合金的相图、基本组织、凝固过程、工艺性能，加之合金也会影响晶粒大小，增大晶界面积形成杂质，因而化学元素对铝合金导电率的印象，会以最终形成的组织来表现，通常合金元素影响机体组织和纯净度均不利于导电，但是也有部分微量元素的添加能改善铝合金的强度和导电性，因此需要对如何提高铝导线的导电性进行研究，紫铜的导电率为54.02%，铜线的导电率为58.14%，铝的导电率为35.34%，现有技术中铝合金导电率达到41-42%，这限制了铝芯导线的应用，同时铝芯导线与绝缘外套直接接触这种传统结构设计，是的输送电能时在接触界面上产生较大的电损，如果绝缘外套破损，容易发生漏电事故，同时，根据GB1206、IEC60502-1997标准，电缆的耐压绝缘和导体导电的性能应该能在高温条件下不失效，因此，需要对如何加工铝芯导线进一步研究。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体为导电率为54-55%铝合金材料，其表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为160-200nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为400-600μm的耐高温绝缘涂层；
所述导电率为54-55%铝合金材料的制备方法为：
（1）包括以下重量百分比的元素：硼0.08-0.16%、铬0.04-0.08%、碳0.12-0.14%、硅0.03-0.05%、铼0.04-0.08%、镁0.01-0.03%、锇0.04-0.08%，余量为铝和不可避免的微量元素；
（2）按上述元素比例制备熔体，在其中加入相当于其重量0.03-0.05%的氟硅酸、0.01-0.03%的铌、0.002-0.008%三氟化硼，经540-560℃、1-2小时固熔处理，然后在190-210℃下进行12-16小时人工时效，然后以70%的冷拔加工得到导线；
所述耐高温绝缘涂层所用涂料包括以下重量份的原料：聚酞亚胺改性有机硅树脂45-55份、端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂12-18份、含氟聚酯聚硅氧烷1-3份、填料6-12份、固化剂0.2-0.3份、催化剂0.05-0.13份、消泡剂0.02-0.06份、流平剂0.01-0.03份；
所述填料由氢氧化镁、氧化锌、煅烧高岭土以重量比1:1:8混合得到。
作为对上述方案的进一步改进，所述固化剂为聚酰胺环氧固化酯；催化剂为高效聚烯烃载体催化剂；消泡剂为高碳醇脂肪酸复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；流平剂为有机硅类流平剂。
作为对上述方案的进一步改进，所述煅烧高岭土的煅烧方法为在温度为530-570℃的真空条件下煅烧1-2小时，即得。
作为对上述方案的进一步改进，所述填料的细度保持在20μm以下。
作为对上述方案的进一步改进，所述耐高温绝缘涂层采用浸涂方法施工，干燥温度为160-180℃，干燥时间为20-30min。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中所得铝合金材料导电率达到54-55%，其抗拉强度达到200-210MPa，具有较好的铸造性能氧化硅层和耐高温绝缘涂层结合度较好，在高温条件下性能稳定，同时能保证较高的绝缘能力，在高温条件下抗击穿能力达到215kV/mm以上，能够减少铝芯导线输电时的电能损失。
具体实施方式
实施例1
一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为180nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为500μm的耐高温绝缘涂层；
所述铝合金材料的制备方法为：
（1）包括以下重量百分比的元素：硼0.12%、铬0.06%、碳0.13%、硅0.04%、铼0.06%、镁0.02%、锇0.06%，余量为铝和不可避免的微量元素；
（2）按上述元素比例制备熔体，在其中加入相当于其重量0.04%的氟硅酸、0.02%的铌、0.005%三氟化硼，经550℃、1.5小时固熔处理，然后在200℃下进行14小时人工时效，然后以70%的冷拔加工得到导线；
所述耐高温绝缘涂层所用涂料包括以下重量份的原料：聚酞亚胺改性有机硅树脂50份、端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂15份、含氟聚酯聚硅氧烷2份、填料9份、固化剂0.25份、催化剂0.08份、消泡剂0.04份、流平剂0.02份；
所述填料由氢氧化镁、氧化锌、煅烧高岭土以重量比1:1:8混合得到。
其中，所述固化剂为聚酰胺环氧固化酯；催化剂为高效聚烯烃载体催化剂；消泡剂为高碳醇脂肪酸复合物；流平剂为有机硅类流平剂；所述煅烧高岭土的煅烧方法为在温度为550℃的真空条件下煅烧1.5小时，即得；所述填料的细度保持在20μm以下。
其中，所述耐高温绝缘涂层采用浸涂方法施工，干燥温度为170℃，干燥时间为25min。
实施例2
一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为160nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为600μm的耐高温绝缘涂层；
所述铝合金材料的制备方法为：
（1）包括以下重量百分比的元素：硼0.08%、铬0.04%、碳0.12%、硅0.05%、铼0.04%、镁0.03%、锇0.04%，余量为铝和不可避免的微量元素；
（2）按上述元素比例制备熔体，在其中加入相当于其重量0.05%的氟硅酸、0.01%的铌、0.002%三氟化硼，经560℃、2小时固熔处理，然后在210℃下进行16小时人工时效，然后以70%的冷拔加工得到导线；
所述耐高温绝缘涂层所用涂料包括以下重量份的原料：聚酞亚胺改性有机硅树脂55份、端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂12份、含氟聚酯聚硅氧烷3份、填料6份、固化剂0.2份、催化剂0.13份、消泡剂0.02份、流平剂0.03份；
所述填料由氢氧化镁、氧化锌、煅烧高岭土以重量比1:1:8混合得到。
其中，所述固化剂为聚酰胺环氧固化酯；催化剂为高效聚烯烃载体催化剂；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚；流平剂为有机硅类流平剂；所述煅烧高岭土的煅烧方法为在温度为570℃的真空条件下煅烧2小时，即得；所述填料的细度保持在20μm以下。
其中，所述耐高温绝缘涂层采用浸涂方法施工，干燥温度为160℃，干燥时间为30min。
实施例3
一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为200nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为400μm的耐高温绝缘涂层；
所述铝合金材料的制备方法为：
（1）包括以下重量百分比的元素：硼0.16%、铬0.08%、碳0.14%、硅0.03%、铼0.08%、镁0.01%、锇0.08%，余量为铝和不可避免的微量元素；
（2）按上述元素比例制备熔体，在其中加入相当于其重量0.03%的氟硅酸、0.03%的铌、0.008%三氟化硼，经540℃、1小时固熔处理，然后在190℃下进行12小时人工时效，然后以70%的冷拔加工得到导线；
所述耐高温绝缘涂层所用涂料包括以下重量份的原料：聚酞亚胺改性有机硅树脂45份、端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂18份、含氟聚酯聚硅氧烷1份、填料12份、固化剂0.3份、催化剂0.05份、消泡剂0.06份、流平剂0.01份；
所述填料由氢氧化镁、氧化锌、煅烧高岭土以重量比1:1:8混合得到。
其中，所述固化剂为聚酰胺环氧固化酯；催化剂为高效聚烯烃载体催化剂；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚；流平剂为有机硅类流平剂；所述煅烧高岭土的煅烧方法为在温度为530℃的真空条件下煅烧1小时，即得；所述填料的细度保持在20μm以下。
其中，所述耐高温绝缘涂层采用浸涂方法施工，干燥温度为180℃，干燥时间为20min。
对上述各组铝合金材料的电导率和抗拉强度进行检测，得到以下结果：
表1
| 组别 | 导电性（%） | 抗拉强度（MPa） |
| 实施例1 | 54.8 | 208.6 |
| 实施例2 | 54.2 | 204.3 |
| 实施例3 | 54.7 | 205.9 |
本发明中热导线的制备方法简单，说明铝合金具有较好的铸造性能，导电性和抗拉强度保持较高水平。
设置对照组1，将实施例1中含氟聚酯聚硅氧烷去掉，其余内容不变；设置的对照组2，将实施例1中端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂替换为等重量的聚酞亚胺改性有机硅树脂，其余内容不变；
对各组在氧化硅层表面浸涂耐高温绝缘涂层涂料，对其进行性能检测，高温处理条件为600℃处理50h，恢复常温后检测其绝缘性能，得到以下结果：
表2
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照组1 | 对照组2 |
| 附着力（级） | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 | ≤1 |
| 耐高温（≥600℃） | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 漆膜正常 | 有部分脱落 |
| 体积电阻率（Ω·cm） | ≥2.1×10<sup>17</sup> | ≥2.0×10<sup>17</sup> | ≥2.1×10<sup>17</sup> | ≥1.9×10<sup>17</sup> | ≥1.8×10<sup>17</sup> |
表3
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照组1 | 对照组2 |
| 击穿强度（kV/m） | ≥197 | ≥193 | ≥194 | ≥162且＜185 | ≥143且＜160 |
| 高温处理后体积电阻率（Ω·cm） | ≥7.5×10<sup>17</sup> | ≥7.2×10<sup>17</sup> | ≥7.4×10<sup>17</sup> | ≥6.8×10<sup>17</sup> | ≥6.3×10<sup>17</sup> |
| 高温处理后击穿强度（kV/m） | ≥243 | ≥237 | ≥242 | ≥185且＜200 | ≥185且＜200 |
通过表2、3中数据可以看出，本发明中耐高温绝缘涂层涂料具有较好的电力综合性能，在氧化硅层表面结合性强，能够在高温条件下保证电力综合性能，进而能够减少铝芯导线输电时的电能损失。
Claims (5)
1.一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，其特征在于，所述铝芯导线包括铝芯本体，所述铝芯本体为导电率为54-55%铝合金材料，其表面利用真空等离子电镀方式镀一层厚度为160-200nm的氧化硅，然后在氧化硅表面涂覆一层厚度为400-600μm的耐高温绝缘涂层；
所述导电率为54-55%铝合金材料的制备方法为：
（1）包括以下重量百分比的元素：硼0.08-0.16%、铬0.04-0.08%、碳0.12-0.14%、硅0.03-0.05%、铼0.04-0.08%、镁0.01-0.03%、锇0.04-0.08%，余量为铝和不可避免的微量元素；
（2）按上述元素比例制备熔体，在其中加入相当于其重量0.03-0.05%的氟硅酸、0.01-0.03%的铌、0.002-0.008%三氟化硼，经540-560℃、1-2小时固熔处理，然后在190-210℃下进行12-16小时人工时效，然后以70%的冷拔加工得到导线；
所述耐高温绝缘涂层所用涂料包括以下重量份的原料：聚酞亚胺改性有机硅树脂45-55份、端羟基-羧基双官能团饱和聚酯树脂12-18份、含氟聚酯聚硅氧烷1-3份、填料6-12份、固化剂0.2-0.3份、催化剂0.05-0.13份、消泡剂0.02-0.06份、流平剂0.01-0.03份；
所述填料由氢氧化镁、氧化锌、煅烧高岭土以重量比1:1:8混合得到。
2.如权利要求1所述一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，其特征在于，所述固化剂为聚酰胺环氧固化酯；催化剂为高效聚烯烃载体催化剂；消泡剂为高碳醇脂肪酸复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；流平剂为有机硅类流平剂。
3.如权利要求1所述一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，其特征在于，所述煅烧高岭土的煅烧方法为在温度为530-570℃的真空条件下煅烧1-2小时，即得。
4.如权利要求3所述一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，其特征在于，所述填料的细度保持在20μm以下。
5.如权利要求1所述一种耐高温防漏电铝芯导线的制备方法，其特征在于，所述耐高温绝缘涂层采用浸涂方法施工，干燥温度为160-180℃，干燥时间为20-30min。
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