CN110560814B - 一种耐低温碳纤维与铜导线的焊接方法 - Google Patents

一种耐低温碳纤维与铜导线的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维与铜导线的焊接方法，步骤如下：⑴用剥线钳将碳纤维和高温线分别剥出10‑15mm长度接头；⑵将碳纤维接头充分的混匀裹上高性能焊接剂；⑶将铜导线接头镀上低温锡丝；⑷将两根线接头部分重叠，从碳纤维端将提前套上的透明热缩管向高温线方向移动至覆盖重合的接头；⑸将热缩管继续向铜导线方向移动，覆盖铜导线的绝缘层2‑3mm；⑹加热热缩管使其缩紧。本发明提供的碳纤维与铜导线的焊接方法中高温固化将碳纤维和铜丝一起固化，而不是像对比文件一样的单独固化，固化过程中，铜桨和焊锡能够更加充分的熔融在一起，形成一个坚固导电性更好的一体，完全实现一体化，达到最后的连接度和导电性能效果。

Description

一种耐低温碳纤维与铜导线的焊接方法
技术领域
本发明属于导电材料焊接领域,尤其是一种碳纤维与铜导线的焊接方法。
背景技术
碳纤维发热线是碳纤维制成的增强塑料复合材料。碳纤维是一种纤维状碳材料。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。
碳纤维电暖器是采用高新材料-碳纤维原丝为发热体，设计研制的全新型的电暖器。带有温控器，遥控器具有调节室内温度之功能，发热过程中可以产生远红外线，对身体有理疗保健作用。碳纤维电暖器绿色环保、高效节能、安全方便。
由于暖气一般低温地区使用，那么现有的焊锡焊接的点都存在容易破损的问题，众所周知灰锡在低温时崩碎成粉末的现象。常见的金属锡是白锡(β锡)，在低于－13.2℃开始转变为它的同素异形体灰锡(α锡),但转变速度很慢，要冷到－30～－40℃才达到最大的转变速度。当β锡(密度7.298克/厘米3)转变为α锡 (密度5.846克/厘米3)时,体积增大约20％,便崩碎成粉末。锡中所含的少量铝、铜、镁、锰、锌等杂质，可加速这一转变；而所含的铋、铅、锑、银、金等杂质可使转变减慢，含量增到一定量时，甚至可抑制转变的发生。为避免锡疫发生，锡在储运过程中的温度不可太低，寒冷地区不能用锡质容器或锡焊容器。粉末状的灰锡可重熔成为白锡。因此当采用现有技术焊接时，不能避免其低温条件下时锡疫发生的发生。
另外，碳纤维的纤维丝与导电铜丝直接需要在暖气横管部分进行连接，连接后，导电铜丝给碳纤维丝加热，实现整个暖气的加热，现有中，导电铜丝与碳纤维采用铜管卡紧连接，将纤维丝和铜丝进行重叠放置，外部铜管同轴包裹，然后用钳子卡紧，外部再套装绝缘热塑管，这种连接的缺点是，由于碳纤维丝和铜丝之间因为卡子铜管的反复热胀冷缩，造成两个不同材料丝之间产生空隙，当电流过来时，瞬间增大，造成电火花，直接将碳纤维烧断，造成整片电暖气断电。
CN102357704A公开一种实现碳纤维与金属的焊接方法，该方法包括以下步骤：涂浆：将碳纤维原丝头外皮剥开，将稀释的铜浆涂抹在碳纤维原丝头上；固化：将上述上浆的碳纤维原丝头置于130℃～150℃的恒温炉中25～35分钟；涂锡：用低温烙铁将低温焊锡涂抹到碳纤维原丝头上；焊接：用高温烙铁快速将碳纤维原丝头与金属线焊接。
CN109014533A金属和碳纤维复合材料的连接方法，在金属侧实施双电极电阻点焊方法，采用铜电极，其接触端直径6-10mm，施加压力为0.8-3kN，电极间距为40-70mm，电极通电电流4-8kA，通电时间200-350ms。
CN208046946U公开了一种碳纤维金属低温发热管，它涉及建筑节能环保技术领域，它包括碳纤维发热丝、绝缘体、金属保护套管、电源线、碳纤维发热丝与电源线连接处和密封胶圈，碳纤维发热丝外部包裹有绝缘体，碳纤维发热丝两端与电源线相连，被绝缘体包裹的碳纤维发热丝设置在金属保护套管内，碳纤维发热丝与电源线连接处设置在金属保护套管内部，金属保护套管端头与电源线连接处设置有密封胶圈。
上述专利与本专利差异较大，不影响本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种焊接牢固、导电性好、不易被击穿的碳纤维与铜导线的焊接方法，本焊接方法焊接的复合焊锡能够克服零下40℃的低温，保证高寒地区的使用的效果和发热效果。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种碳纤维与铜导线的焊接方法，步骤如下：
⑴用剥线钳将碳纤维和高温线分别剥出10-15mm长度接头；
⑵将碳纤维接头充分的混匀裹上高性能焊接剂；
⑶将铜导线接头镀上低温锡丝；
⑷将两根线接头部分重叠，从碳纤维端将提前套上的透明热缩管向高温线方向移动至覆盖重合的接头；
⑸将热缩管继续向铜导线方向移动，覆盖铜导线的绝缘层2-3mm；
⑹加热热缩管使其缩紧；
⑺将初步做好的接头放入准备好的热合机加工4-10分钟，热合机温度设定为210-250℃；
⑻检查接头质量，剥去透明热缩管，清洁碳纤维及高温线外皮上残留的铜浆，刮去接头部位存在的尖锐凸起；
⑼套上黑色热缩管并热缩，完成接头制作的过程。
而且，高性能焊接剂为导混合比例为铜浆：锌浆体积比＝1：1-5：1；再加入铜浆：锌浆总重量的5％左右的树脂 。
而且，所述树脂 为双酚A型环氧树脂(E-03型)。
而且，将铜导线接头镀上相当于三根直径1mm、长度10mm的低温锡丝。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明提供的碳纤维与铜导线的焊接方法中采用自配的耐寒新型铜浆、锌浆混合物的锌铜复合焊接剂，复合焊接剂解决了一般锡丝在零下13.2℃时，开始粉化，到零下32℃时，变成粉末状态的问题。
2、本焊接剂能够将导电铜丝和不导电碳纤维丝有机牢固的结合在一起，形成真正的焊接，而取代现有的连接，通过本发明的焊接后，其性能达到了空前的高度，标准可通过电流大于7A，工作时通过电流约为1A。
2、本发明提供的碳纤维与铜导线的焊接方法中高温固化将碳纤维和铜丝一起固化，而不是像对比文件一样的单独固化，固化过程中，铜桨和焊锡能够更加充分的熔融在一起，形成一个坚固导电性更好的一体，完全实现一体化，达到最后的连接度和导电性能效果，实现可耐拉力增加到30kg。
3、本发明提供的碳纤维与铜导线的焊接方法中加入自制锌铜复合焊接剂，在助焊剂中加入5-10％的双酚A型环氧树脂(E-03型)，能够增加焊接热合过程中对焊锡中锡的包裹和粘性，在增加焊接强度的同时，增加了锡的牢固度，增加了锡与铜桨等的固接程度，有效的克服了焊锡在低温寒冷(-13.2℃)地区粉化，使焊口开裂的隐患，提高了产品的安全系数，保证了焊口质量的稳定性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种碳纤维与铜导线的焊接方法，步骤如下：
⑴用剥线钳将碳纤维和高温线分别剥出10mm长度接头。
⑵将碳纤维接头充分的混匀裹上高性能焊接剂，高性能粘接剂为导电铜浆和焊锡膏(混合后含5-10％的树脂 )复合焊接剂。
⑶将铜导线接头镀上相当于三根直径1mm、长度10mm的低温锡丝。
⑷将两根线接头部分重叠，从碳纤维端将提前套上的透明热缩管向高温线方向移动至覆盖重合的接头。
⑸将热缩管继续向铜导线方向移动，覆盖铜导线的绝缘层2-3mm。
⑹加热热缩管使其缩紧。
⑺将初步做好的接头放入准备好的热合机加工4分钟(热合机温度设定为 230℃，其中210-250℃均可)。
⑻检查接头质量，剥去透明热缩管，清洁碳纤维及高温线外皮上残留的铜浆，刮去接头部位存在的尖锐凸起(可能没有)。
⑼套上黑色热缩管并热缩，完成接头制作的过程。
其中，透明热缩管套在被套物体处,加热收缩包覆用,起到密封防水防漏气, 绝缘的效果，能有效防止焊接剂向加热磨具外部泄露或流淌。
其中，高性能焊接剂为导电铜浆和焊锡膏混合物，混合比例为铜浆：锌浆体积比＝1：1-5：1；再加入铜浆：锌浆总重量的5％左右的双酚A型环氧树脂(E-03 型)
本工艺碳纤维接头的检验数据
1.检测接头拉力：将做好的接头用力拉(不超过30kg)，不应出现接头脱落现象。如出现应重新做接头。
2.检视平整度：将碳纤维接头的热缩管剥离并用刀具轻轻刮干净后检视，碳纤维应与高温线一起被铜浆和锡包裹，不应出现碳纤维丝完全裸露的现象。如出现不合格产品，该产品重新做接头。
3.经检视合格的接头重新套上热缩管热缩后为成品。
4.全部产品应通过耐压测试。
5、根据日常测试需求设置大小合适的水槽，水槽上方设置接线架和接线夹。将待测线一端绝缘层剥去，用接线夹夹住金属部位并使待测线浸入水槽水中。水槽内水面与待测线的金属裸露部分距离不小于40mm，不大于70mm。热缩管部分应全部浸入水中。耐压测试仪设置为3000V60S。
6.抽检：用拉力计检查接头拉力应大于30kg
7.低温检测：本接头在零下40℃，120天不发生任何变化。
本发明中金属线与碳纤维接头的物理特性
1.标准可通过电流大于7A。
2.工作时通过电流约为1A。
3.工作时碳纤维会产生一定的热量，使接头温度上升，且升高幅度受环境温度及散热条件影响。一般情况下在环境温度为20℃，散热条件良好时温升不会超过80℃。
4.铜浆与焊锡膏的比例不同时对接头的导电性的影响可忽略不计。
5.树脂 加入量：加入5-10％不影响导热，不影响粘结力，加入超过10％，影响导热。

Claims (1)

1.一种碳纤维与铜导线的焊接方法，其特征在于：步骤如下：
⑴用剥线钳将碳纤维和铜导线分别剥出10-15mm长度接头；
⑵将碳纤维接头充分的混匀裹上高性能焊接剂；
⑶将铜导线接头镀上低温锡丝；
⑷将两根线接头部分重叠，从碳纤维端将提前套上的透明热缩管向铜导线方向移动至覆盖重合的接头；
⑸将热缩管继续向铜导线方向移动，覆盖铜导线的绝缘层2-3mm；
⑹加热热缩管使其缩紧；
⑺将初步做好的接头放入准备好的热合机加工4-10分钟，热合机温度设定为210-250℃；
⑻检查接头质量，剥去透明热缩管，清洁碳纤维及铜导线外皮上残留的高性能焊接剂，刮去接头部位存在的尖锐凸起；
⑼套上黑色热缩管并热缩，完成接头制作的过程；
高性能焊接剂为混合比例为铜浆：锌浆体积比=1：1-5：1；再加入铜浆：锌浆总重量的5%的树脂 ；
所述树脂 为双酚A型环氧树脂；
其中步骤⑶中将铜导线接头镀上三根直径1mm、长度10mm的低温锡丝。
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