CN114783648A - 一种碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米管石墨烯电缆，包括采用碳纳米管石墨烯单丝绞合的导体，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.05‑0.1％，硅0.04‑0.08％，铁0.05‑0.08％，锶0.03‑0.06％，碳纳米管1‑1.5％，导电浆料1‑1.5％，磷酸铁锂0.4‑0.8％，炭墨0.03‑0.06％，导电剂0.05‑0.11％，杂质≤0.1，余量铝。本发明还公开了一种碳纳米管石墨烯电缆的制备方法。本发明采用上述碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法，能够解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。

Description

一种碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及电力电缆技术领域，尤其是涉及一种碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法。
背景技术
由于铜良好的导电性，电线电缆多采用铜作为导体。由于我国的铜资源紧缺，电线电缆的价格比较高；铝合金电缆由于其较低的重量和价格，得到了应用。铝合金电缆多采用8000系列铝合金线进行加工，加工出的铝合金脆度高，扭转导体容易产生裂纹，并且裂口发热、腐蚀，是出现火灾的重要原因，也是不能被市场广泛应用的一个致命原因，限制了铝合金电缆的应用。另外，现有的铝合金电缆的导电率比较低，限制了铝合金电缆的应用。在保证铝合金强度和韧性满足使用条件的情况下，如何尽可能的提高铝合金电缆的导电率是需要努力克服的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纳米管石墨烯电缆，解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。本发明的另一个目的是提供一种碳纳米管石墨烯电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种碳纳米管石墨烯电缆，包括采用碳纳米管石墨烯单丝绞合的导体，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.05-0.1％，硅0.04-0.08％，铁0.05-0.08％，锶0.03-0.06％，碳纳米管1-1.5％，导电浆料1-1.5％，磷酸铁锂0.4-0.8％，炭墨0.03-0.06％，导电剂0.05-0.11％，杂质≤0.1，余量铝。
优选的，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.06％，硅0.08％，铁0.06％，锶0.03％，碳纳米管1.0％，导电浆料1.5％，磷酸铁锂0.4％，炭墨0.06％，导电剂0.05％，杂质≤0.1，余量铝。
优选的，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.08％，硅0.04％，铁0.07％，锶0.05％，碳纳米管1.5％，导电浆料1.0％，磷酸铁锂0.6％，炭墨0.03％，导电剂0.1％，杂质≤0.1，余量铝。
优选的，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.1％，硅0.04％，铁0.06％，锶0.06％，碳纳米管1.2％，导电浆料1.3％，磷酸铁锂0.8％，炭墨0.04％，导电剂0.08％，杂质≤0.1，余量铝。
优选的，所述导电浆料包括以下质量百分比的成分：70％-80％的Ag、8％-12％环氧树脂和8％-22％玻璃粉；Ag为粒径3-5μm的片状微粒。
优选的，所述导电剂为石墨导电剂。
上述碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纳米管石墨烯液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纳米管石墨烯液除气后进行浇铸，浇铸成碳纳米管石墨烯条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纳米管石墨烯条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纳米管石墨烯杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纳米管石墨烯杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用硅烷交联料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层导电塑胶带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用聚乙烯护套料挤出外护套，得到碳纳米管石墨烯电缆。
优选的，所述步骤S8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h。
本发明所述的一种碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法的优点和积极效果是：
1、本发明中单丝为菱形结构，菱形的单丝绞合成圆柱形的导体，菱形的单丝之间能够更紧密的贴合在一起，从而提高导体的密实度，紧压密度高达96％，有利于增加单位面积内单丝的数量，提高导体的强度。
2、磷酸铁锂对整个组分具有稳定的作用，使得碳纳米管石墨烯单丝具有更稳定的热稳定性、力学性能和导电性能。
3、导电剂能够收集单丝中的微电流，减小单丝的电阻率，加速电子的移动速率，提高单丝的导电性能。
4、石墨烯的强度、导电性和导热性能优异，有利于提高单丝的电力学性能。石墨烯优异的耐高温和导热性能，有利于提高电缆的使用温、度。
5、碳纳米管是一维纳米材料，具有极大的纵横比，强度非常高，有利于提高导体的强度。碳纳米管的电导率非常高，高达1000-2000S/cm，能够改善单丝的导电性能。并且碳纳米管在单丝中形成网络结构，也有利于提高单丝的导电率。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.06％，硅0.08％，铁0.06％，锶0.03％，碳纳米管1.0％，导电浆料1.5％，磷酸铁锂0.4％，炭墨0.06％，导电剂0.05％，杂质≤0.1，余量铝。
导电浆料包括以下质量百分比的成分：70％的Ag、10％环氧树脂和20％玻璃粉；Ag为粒径3-5μm的片状微粒。
导电剂为KS-6石墨导电剂。
碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纳米管石墨烯液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纳米管石墨烯液除气后进行浇铸，浇铸成碳纳米管石墨烯条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纳米管石墨烯条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纳米管石墨烯杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纳米管石墨烯杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为6h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用硅烷交联料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层导电塑胶带，形成电缆；导电塑胶带具有较好的屏蔽作用，提高屏蔽效果；
S11、护套，在成型的电缆上用聚乙烯护套料挤出外护套，得到碳纳米管石墨烯电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为185MPa，屈服强度为75MPa，伸长率为31％，导电率为63％IACS，使用寿命达到40年。
实施例2
碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.08％，硅0.04％，铁0.07％，锶0.05％，碳纳米管1.5％，导电浆料1.0％，磷酸铁锂0.6％，炭墨0.03％，导电剂0.1％，杂质≤0.1，余量铝。
导电浆料包括以下质量百分比的成分：80％的Ag、10％环氧树脂和10％玻璃粉；Ag为粒径3-5μm的片状微粒。
导电剂为KS-6石墨导电剂。
碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为770℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纳米管石墨烯液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纳米管石墨烯液除气后进行浇铸，浇铸成碳纳米管石墨烯条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纳米管石墨烯条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纳米管石墨烯杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纳米管石墨烯杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为8h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用硅烷交联料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层导电塑胶带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用聚乙烯护套料挤出外护套，得到碳纳米管石墨烯电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为175MPa，屈服强度为72MPa，伸长率为32％，导电率为64.8％IACS，使用寿命达到40年。
实施例3
碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.1％，硅0.04％，铁0.06％，锶0.06％，碳纳米管1.2％，导电浆料1.3％，磷酸铁锂0.8％，炭墨0.04％，导电剂0.08％，杂质≤0.1，余量铝。
导电浆料包括以下质量百分比的成分：75％的Ag、8％环氧树脂和17％玻璃粉；Ag为粒径3-5μm的片状微粒。
导电剂为KS-6石墨导电剂。
碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纳米管石墨烯液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纳米管石墨烯液除气后进行浇铸，浇铸成碳纳米管石墨烯条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纳米管石墨烯条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纳米管石墨烯杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纳米管石墨烯杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；退火温度为300℃±10℃，退火时间为9h；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用硅烷交联料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层导电塑胶带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用聚乙烯护套料挤出外护套，得到碳纳米管石墨烯电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为190MPa，屈服强度为75MPa，伸长率为35％，导电率为66.0％IACS，使用寿命达到40年。
因此，本发明采用上述碳纳米管石墨烯电缆及其制备方法，能够解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：包括采用碳纳米管石墨烯单丝绞合的导体，所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.05-0.1％，硅0.04-0.08％，铁0.05-0.08％，锶0.03-0.06％，碳纳米管1-1.5％，导电浆料1-1.5％，磷酸铁锂0.4-0.8％，炭墨0.03-0.06％，导电剂0.05-0.11％，杂质≤0.1，余量铝。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.06％，硅0.08％，铁0.06％，锶0.03％，碳纳米管1.0％，导电浆料1.5％，磷酸铁锂0.4％，炭墨0.06％，导电剂0.05％，杂质≤0.1，余量铝。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.08％，硅0.04％，铁0.07％，锶0.05％，碳纳米管1.5％，导电浆料1.0％，磷酸铁锂0.6％，炭墨0.03％，导电剂0.1％，杂质≤0.1，余量铝。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：所述碳纳米管石墨烯单丝包括以下质量百分比的成分：石墨烯0.1％，硅0.04％，铁0.06％，锶0.06％，碳纳米管1.2％，导电浆料1.3％，磷酸铁锂0.8％，炭墨0.04％，导电剂0.08％，杂质≤0.1，余量铝。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：所述导电浆料包括以下质量百分比的成分：70％-80％的Ag、8％-12％环氧树脂和8％-22％玻璃粉；Ag为粒径3-5μm的片状微粒。
6.根据权利要求5所述的碳纳米管石墨烯电缆，其特征在于：所述导电剂为石墨导电剂。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼、精炼和除气，熔化均匀后保温，得到碳纳米管石墨烯液；
S4、浇铸成形，将精炼好的碳纳米管石墨烯液除气后进行浇铸，浇铸成碳纳米管石墨烯条；
S5、轧制，将浇铸成的碳纳米管石墨烯条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的碳纳米管石墨烯杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将碳纳米管石墨烯杆拉拔成菱形的单丝；
S7、绞线，采用异型绞丝模，将单丝在框绞机上绞合成圆柱形的导体；
S8、热处理，将导体放入退火炉中进行退火；
S9、绝缘，冷却后在导体的外部用硅烷交联料挤出绝缘层，形成线芯；
S10、成缆，在线芯之间放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层导电塑胶带，形成电缆；
S11、护套，在成型的电缆上用聚乙烯护套料挤出外护套，得到碳纳米管石墨烯电缆。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管石墨烯电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S8中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h。
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