CN109378669A - 一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线及其制作工艺，包括带有楔形凹槽的圆形铜银合金线体、铜银合金线体上部左右两侧设置的悬吊沟槽、设置在铜银合金线体内部的线芯，所述的线芯包括碳纤维增强树脂基复合芯及设置在碳纤维增强树脂基复合芯外围的玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层，缠绕层的外层包覆连续铝挤包层。该导线中芯棒能够作为单独产品进行预制，将线芯的制作进行分步，互不影响生产，简化了接触线用导线的生产过程，提高了导线的强度和直线度，拓宽了应用场合。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路用接触线技术领域，具体涉及一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线及其制作工艺。
背景技术
电气化铁路接触网担负着把从牵引变电所获得的电能，通过与及车顶上的受电弓的滑动摩擦接触，直接输送电能给电力机车。接触线是接触网主要组成部件，关系到弓网配合质量、稳定性，机车运行速度，以及电气化铁路的运行成本。目前，250公里/小时以下的电气化铁路基本采用铜银合金作为接触线材料，铜银合金接触线虽然导电率高达98％IACS以上，但强度低，一般小于380MPa；不能适用于高铁的高速需要。在300公里/小时以上的高速铁路，基本采用铜锡和铜镁合金作为接触线材料，这种材料耐热软化性能均优于铜银材质的接触线，铜锡和铜镁合金强度可以达到500MPa以上，但由于合金化结构影响，使铜锡和铜镁合金线导电
率下降很多，只有62-63％IACS，对于高耗电的高速铁路来说。造成了运行成本高昂。同时，由于铜锡和铜镁合金线强度极限无法提高，致使高铁运行速度也遇到了天花板。
为解决高铁接触线高强高导问题，有报道资料显示，采用铜铬锆三元合金制成的接触线样品，理论上抗拉强度可以达到550MPa以上，导电率75％IACS以上。可以实现高强高导特性，但这种析出强化型接触线生产工艺设备非常复杂，要求高、产品质量波动大，还无法实现规模化产业化。
解决接触线高强高导问题，是目前高铁的提速低耗技术发展方向。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺陷，采用一种全新的思路，离开合金元素开发方向，用高强耐疲劳的树脂基复合材料与高导电率材料复合叠加的模式。线芯提供强度贡献，铜银合金提供导电贡献。提供了一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线及其制作工艺，所述接触线的线芯采用碳纤维增强树脂基复合芯、缠绕层及外层包覆连续铝挤包层。挤包铝后树脂基芯棒可耐受短期铜合金挤压形成的900℃高温和冷拉铜合金的刚性挤压力。线芯通过连续挤压管状铜银合金，铜银合金管经过拉挤冷作强化复合形成接触线.制造简单。其强度和导电率得到显著提高，拓宽接触线的应用场合，减低了使用成本。
本发明的具体技术方案是：
一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，包括带有楔形凹槽的圆形铜银合金线体、铜银合金线体上部左右两侧设置的悬吊沟槽、设置在铜银合金线体内部的线芯，所述的线芯包括碳纤维增强树脂基复合芯及设置在碳纤维增强树脂基复合芯外围的玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层，缠绕层的外层包覆连续铝挤包层。
所述的碳纤维增强树脂基复合芯的直径为1-7mm；强度为2100-3200MPa，按重量百分比计，所述的碳纤维增强树脂基复合芯含碳纤维65-75％，树脂15-20％，玻璃纤维或玄武岩纤维8-15％，树脂DMA法储能模量玻璃化温度Tg值130-250℃。
所述的缠绕层的厚度为0.05-1mm。
所述的铝挤包层的厚度为0.05-2mm。
所述的铜银合金线体的强度大于360MPa，导电率大于98％IACS。
所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线的制作工艺，包括通过拉挤工艺成型碳纤维增强树脂基复合芯、连续挤压工艺包覆铝挤包层制作线芯，在线芯外层连续挤压管状铜银合金，铜银合金管经过拉挤冷作强化与线芯复合形成碳纤维复合芯接触线，其特征在于：线芯的制作工序，如下：
A、按重量百分比计，取碳纤维丝65-75％，树脂15-20％玻璃纤维8-15％，经浸压树脂后与包覆玻璃纤维带一次拉挤成型，制得碳纤维复合芯；
B、在碳纤维复合芯外围缠绕玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层；
C、在缠绕层外围包覆连续铝挤包层，制得线芯。
本发明的有益效果是：
1)本发明电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，提高了接触线的强度以及导电率。强度的可提高到580MPa以上，导电率可提高到85％，大大降低了产品使用能耗。显著提高接触线振动波频率，突破目前常规接触线的速度瓶颈。更大范围提高高铁的运行速度。
2)本发明中线芯的芯棒采用碳纤维复合芯，在碳纤维复合芯外围缠绕有玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层，并通过连续铝挤包层，将复合材料层与金属层固定为一体结构，由于碳纤维增强树脂基复合芯，具有优越的高强、高模量、耐疲劳特性，固为一体的线芯，可使复合接触线承受的弯曲疲劳次数更多，正常使用寿命更长。
3)电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，由于芯棒密度只有1.6g/cm3,复合芯接触线比常规同直径接触线，重量轻10-20％，导电性能更优。在工程建设中，就可以使用120mm2的杆塔及辅材，代替架设150mm2线路，大大降低工程建设的投资，及线路的升级改造费用，经济效益将十分显著。
4)在碳纤维增强树脂基复合芯的外围设置玻璃纤维、玄武岩纤维或碳纤维缠绕层的作用是可以保证单芯表面绝缘，防止使用过程中发生电化腐蚀，及使用过程有效阻滞温度向内传导，减缓了芯棒热老化烈度，此外还具有防止纵向劈裂作用。
5)在所有碳纤维增强树脂基复合芯外部包覆连续铝挤包层，可以起到隔绝外界空气、水蒸气、紫外线对内层芯棒的老化腐蚀作用，同时，在线芯的外层挤压管状铜银合金及拉挤冷作强化的制作过程中，起到对高温传导作用，避免热应力及刚性挤压力对碳纤维增强树脂基复合芯负面影响。
6)该接触线应用于高铁接触线技术上，其直线度能够得到稳定保证，线膨胀系数更小，中部悬空位置下移比例明显降低，且制造简单，这就为高铁稳定运行在350km/h以上速度提供了可靠性较高的技术支撑。
附图说明
图1是本发明中接触线的结构示意图；
图2是本发明线芯的结构示意图；
附图中，1、碳纤维增强树脂基复合芯，2、铝挤包层，3、缠绕层，4、悬吊沟槽，5、线芯，6、铜银合金线体。
具体实施方式
本发明涉及一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线及其制作工艺，所述接触线包括带有楔形凹槽的圆形铜银合金线体6、铜银合金线体6上部左右两侧设置的悬吊沟槽4、设置在铜银合金线体6内部的线芯5，所述的线芯5包括碳纤维增强树脂基复合芯及设置在碳纤维增强树脂基复合芯外围的玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层3，缠绕层3的外层包覆连续铝挤包层2，线芯5外层连续挤压管状铜银合金线体6，铜银合金管经过拉挤冷作强化与线芯复合形成碳纤维复合芯接触线。本发明所涉及导线的具体结构形式及其制作工艺通过实施例进行阐述。
实施例1，如图1和2所示，所述的碳纤维增强树脂基复合芯1的直径为1-7mm；强度为2100-3200MPa；碳纤维增强树脂基复合芯1外围设置有玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层3，优选玻璃纤维带，缠绕层3的厚度为0.5mm；所述的铝挤包层2的厚度为0.9mm；线芯5外层连续挤压铜银合金，铜银合金强度大于360MPa，导电率大于98％IACS。
如上所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线的制作工艺，包括线芯的预制和挤压包铜银合金：
线芯的制作工序，如下：
A、按重量百分比计，取碳纤维丝70％，树脂20％玻璃纤维10％，经浸压树脂后与包覆玻璃纤维带一次拉挤成型，制得碳纤维复合芯1；
B、在碳纤维复合芯1外围缠绕玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层3；
C、在缠绕层3外围包覆铝挤包2，制得线芯5。
挤压包铜银合金工序，如下：
将线芯5外层连续挤压管状铜银合金，铜银合金管经过拉挤冷作强化与线芯复合形成碳纤维复合芯接触线。
Claims (6)
1.一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，包括带有楔形凹槽的圆形铜银合金线体(6)、铜银合金线体(6)上部左右两侧设置的悬吊沟槽(4)、设置在铜银合金线体(6)内部的线芯(5)，其特征在于：所述的线芯(5)包括碳纤维增强树脂基复合芯及设置在碳纤维增强树脂基复合芯外围的玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层(3)，缠绕层(3)的外层包覆铝挤包层(2)。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，其特征在于：所述的碳纤维增强树脂基复合芯(1)的直径为1-7mm；强度为2100-3200MPa，按重量百分比计，所述的碳纤维增强树脂基复合芯(1)含碳纤维65-75％，树脂15-20％，玻璃纤维或玄武岩纤维8-15％，树脂DMA法储能模量玻璃化温度Tg值130-250℃。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，其特征在于：所述的缠绕层(3)的厚度为0.05-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，其特征在于：所述的铝挤包层(2)的厚度为0.05-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线，其特征在于：所述的铜银合金线体(6)的强度大于360MPa，导电率大于98％IACS。
6.权利要求1所述的一种电气化铁路用新型碳纤维复合芯接触线的制作工艺，包括通过拉挤工艺成型碳纤维增强树脂基复合芯(1)、挤压工艺包覆铝挤包层制作线芯(5)，在线芯(5)外层挤压管状铜银合金，铜银合金管经过拉挤冷作强化与线芯(5)复合形成碳纤维复合芯接触线，其特征在于：线芯的制作工序，如下：
A、按重量百分比计，取碳纤维丝65-75％，树脂15-20％玻璃纤维8-15％，经浸压树脂后与包覆玻璃纤维带一次拉挤成型，制得碳纤维复合芯(1)；
B、在碳纤维复合芯(1)外围缠绕玻璃纤维带、玄武岩纤维带或碳纤维带缠绕层(3)；
C、在缠绕层(3)外围包覆连续铝挤包层(2)，制得线芯(5)。
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