CN117428026A - 一种复合线杆材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合线杆材及其制备方法，属于线材制备技术领域。本发明的复合线杆材的制备方法，通过同时将熔体和金属绞合线输送至挤出口，可以有效提高熔体在金属绞合线表面的包覆的均匀性和密实性，冷却凝固后，可以提高复合线杆材表面的金属层的均匀性和密实性，从而有效提高复合线杆材的强度和导电性，金属层可以保护绞合线表面的石墨烯涂层，防止石墨烯脱落，提高复合线杆材的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合线杆材及其制备方法，属于线材制备技术领域。
背景技术
金属线材在工业和日常生活领域应用广泛，如输变电线缆使用铜线材或铝线材，手机等消费类电子产品使用铜及铜合金线材，不同类型的电机使用铜或铝电线，真空电子元器件使用镍丝，线切割领域使用钼丝等。铜的导电率高，一般用作导电、信号传输或散热材料。在铜等金属线材表面涂覆石墨烯，可以提高金属线材的导电性、耐腐蚀性和散热性能。例如，中国专利文献CN109003742A公开了一种金属基石墨烯复合线材的加工设备及工艺，该工艺通过在金属线材表面涂覆石墨烯分散液后再进行干燥，可得到具有良好导电性、耐腐蚀性和散热性能的金属基石墨烯复合线材，且可规模化生产。
为了进一步提高金属基石墨烯复合线材的导电性，可以对复合线材进行绞合，得到金属绞合线，从而进一步提高金属线材的强度和导电性。例如，中国专利文献CN114472579A公开了一种金属基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：将至少两股复合金属线进行绞合得到金属绞合线，再将金属绞合线进行连续挤压成型；所述复合金属线包括金属基线和涂覆在金属基线表面的石墨烯层，但是该方法制备的金属绞合线中的石墨烯层有部分裸露在外，造成石墨烯层易脱落，并且石墨烯层的强度偏低，影响产品使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合线杆材的制备方法，可以解决目前制备的含有石墨烯层的金属绞合线存在使用寿命较短的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种复合线杆材，可以解决目前的金属绞合线中的石墨烯层存在易脱落、强度低的问题。
为了实现上述目的，本发明的复合线杆材的制备方法所采用的技术方案为：
一种复合线杆材的制备方法，包括以下步骤：采用空心螺杆将熔体连续挤压输送至挤出口，同时将金属绞合线沿着延伸方向由空心螺杆的中空腔室连续移动至挤出口，熔体与金属绞合线接触后包覆至金属绞合线的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出后冷却凝固，得到复合线杆材；所述熔体为铝、铝合金、镁、镁合金、锡或锡合金；所述金属绞合线由至少两股金属基线进行绞合得到或者由至少两股复合金属线进行绞合得到，所述复合金属线包括金属基线和包覆在所述金属基线周向表面的石墨烯层。
本发明的复合线杆材的制备方法，通过同时将熔体和金属绞合线输送至挤出口，可以有效提高熔体在金属绞合线表面的包覆的均匀性和密实性，冷却凝固后，可以提高复合线杆材表面的金属层的均匀性和密实性，从而有效提高复合线杆材的强度和导电性，金属层可以保护绞合线表面的石墨烯涂层，防止石墨烯脱落，提高复合线杆材的使用寿命。
为了更好地实现连续化生产，优选地，所述中空腔室具有A口和B口，A口、B口和挤出口在一条直线上，A口远离挤出口，B口靠近挤出口，金属绞合线沿着延伸方向由空心螺杆的中空腔室的A口移动至中空腔室的B口，再由中空腔室的B口移动至挤出口。
为了避免空心螺杆转动时带动位于中空腔室中的金属绞合线一起转动，造成金属绞合线的缠绕，本发明中，空心螺杆转动时，位于中空腔室中的金属绞合线不会随空心螺杆的转动而发生转动。
为了避免熔体进入空心螺杆的中空腔室中，所述B口处设置有密封装置，密封装置能够确保金属绞合线自由地从B口穿出，同时能够确保熔体不会从B口进入空心螺杆的中空腔室中。例如，所述密封装置为密封圈。
为了更好地输送熔体，并且将熔体更加均匀密实地包覆至金属绞合线的表面，从而提高熔体冷却后形成的金属层的致密性和均匀度，优选地，所述空心螺杆的挤压压力为35～55MPa。
在空心螺杆的挤压压力确定的情况下，需要控制金属绞合线的移动速率，为了提高金属绞合线表面包覆的熔体的致密性和均匀度，优选地，所述金属绞合线的移动速率为100mm/min～150mm/min。
B口的形状和大小决定了复合线杆材的周向截面的形状和面积，B口的形状和大小可以根据复合线杆材的实际使用要求确定，同时需要考虑金属绞合线的周向截面的形状和面积，需要确保B口与金属绞合线相匹配。
为了确保熔体有足够的时间均匀密实地包覆在金属绞合线的表面，优选地，所述B口和挤出口之间的距离为24～40mm。
为了使复合线杆材表面的金属层更加均匀，优选地，包覆线材穿出挤出口时，包覆线材的轴线与挤出口的中心线重合。
优选地，所述金属基线的材质为铜或铜合金。纯铜线材相较于其他铜基线材具有更好的导电性，能够显著提高制得的材料的导电性。铜合金为铜银合金，铜银合金中的银含量为1％～20％，例如，可以采用市售的Cu-1Ag、Cu-2Ag、Cu-4Ag和Cu-20Ag线材。
优选地，所述金属基线的径向截面积为0.00785～0.785mm2。例如，金属基线的径向截面积为0.19625mm2。金属基线的径向截面积过大会导致动力传输困难，在某些应用领域中，例如，传输电能或信号领域，如果金属基线的径向截面积过大，会导致电流或信号的传输受到限制，从而影响系统的正常运行。如果金属基线的截面积过小，会导致导热性能受到限制，导致热量在基线中积聚，可能导致系统过热。
本发明中，金属基线的周向截面的形状可以为圆形、方形、椭圆形等，具体可根据实际使用要求而定。例如，所述金属基线的周向截面的形状为圆形，所述金属基线的直径为0.1～1mm。
金属绞合线的半径的最大值与挤出口半径之间的差值决定了包覆在金属绞合线表面的熔体的厚度，为了同时提高复合线杆材的强度和导电性，优选地，所述金属绞合线的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1～2mm。
优选地，所述复合金属线是将金属基线的周向表面涂覆石墨烯分散液后进行干燥而得。在具体制备复合金属线时，可以参考中国专利文献CN113058818B中的实施例2的方法，本发明中所用的石墨烯分散液可以采用现有技术中的石墨烯分散液，例如，中国专利文献CN113058818B的实施例2中的石墨烯涂渡液。
优选地，所述石墨烯层的厚度为30～100nm。石墨烯层的厚度过小会造成以下问题：1、石墨烯作为一个单原子厚度的材料，具有极高的电子迁移率和良好的导电性能；但是，当石墨烯层的厚度较小时，由于电流只能通过单层的石墨烯进行传输，电流密度会受到限制，这会导致电流传输的能力受到限制。2、石墨烯的机械特性优异，但其单层结构使得其在垂直方向上的机械稳定性相对较差。当石墨烯层非常薄时，其容易受到外界压力或拉伸力的影响，导致其机械性能下降，容易发生变形或破裂。石墨烯层的厚度过大也会带来一些问题：1、石墨烯的电子迁移率受到层数影响，随着层数的增加，电子迁移率会逐渐降低；当石墨烯层数较多时，电子传输受到层与层之间相互作用的影响，导致电子迁移率下降，降低了导电性能。2、石墨烯的单层结构相对较容易制备，但当厚度逐渐增加时，制备工艺将变得更加复杂和昂贵。此外，厚石墨烯层的生产也容易引入缺陷和杂质，进一步降低其性能和应用潜力。
优选地，所述金属熔体为铝，金属熔体的温度为680～720℃；所述金属熔体为镁，金属熔体的温度为680～720℃；所述金属熔体为锡，金属熔体的温度为280～320℃。金属熔体的温度过低，造成金属熔体的粘度偏大，流动性差，不易在绞合线材的外周面上包覆，金属熔体的温度过高，会引起热应力，导致线材或其他材料变形、破裂或损坏。高温条件下，金属熔体很容易发生反应，与周围环境中的氧气、湿气或其他杂质发生氧化、腐蚀或其他化学反应，导致金属质量的损失或品质下降。
优选地，冷却是将包覆在金属绞合线表面上的熔体在5～15min内冷却至室温。冷却速率过快，导致金属防护层中的晶粒小，有利于提高金属防护层的强度，冷却速率过慢，导致生产效率偏低，同时不利于提高金属防护层的强度。
本发明的复合线杆材所采用的技术方案为：
一种如上所述的复合线杆材的制备方法制备的复合线杆材。
本发明的复合线杆材，外层是具有起到增强增导作用的低熔点金属防护层，内部是具有纤维组织的金属绞合线，金属防护层可以起到增强增导的作用，又可以起到防止绞合线表面石墨烯涂层脱落的作用。另外，外层的金属防护层具有较好的均匀性和密实性，可进一步提高复合线杆材的强度和导电性。
附图说明
图1为本发明实施例1中的挤出包覆装置使用时的状态示意图；
附图标记如下：1-金属绞合线；2-坩埚；3-熔体；4-电机；5-减速器；6-联轴器；7-料桶；8-空心螺杆；9-密封圈；10-陶瓷引流管；11-石墨结晶器；12-复合线杆材。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
一、本发明的复合线杆材的制备方法的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的复合线杆材的制备方法，采用如图1所示的挤出包覆装置进行连续生产，在对制备方法进行叙述前，先对挤出包覆装置进行简单介绍说明。
挤出包覆装置使用时的状态示意图如图1所示，包括坩埚2、电机4、减速器5、联轴器6、料桶7、空心螺杆8、密封圈9、陶瓷引流管10和石墨结晶器11；其中，坩埚2安装在料桶7的上方，坩埚2用于存放熔体3，坩埚2底部开有出液孔，在重力的作用下，熔体3流入料桶7中。熔体3的成分可以根据需要来进行更换，比如可以设定为铝液、锡液等。料桶7中设置有空心螺杆8，在料桶7的外部接连设置有电机4、减速器5以及联轴器6，通过联轴器6完成电机4和减速器5与空心螺杆8的连接。在电机4的作用下，使得空心螺杆8得以旋转，并带动流入料桶7中的熔体3向料桶7的出口(挤出口)处流动，空心螺杆8具有进口和出口，内部设置有金属绞合线1，金属绞合线1的材质可以和熔体3相同或者不同，金属绞合线也可以是由两根以上的外部涂覆有石墨烯层的金属线经过绞合得到。空心螺杆8的出口处设置有密封圈9，用于防止料桶7中的熔体3进入空心螺杆8的中空腔室中。陶瓷引流管10的进口与料桶7的出口尾部相连，陶瓷引流管10内部设置有石墨结晶器11，用于使熔融状态的熔体3凝固。金属绞合线1在外部缠绕在线辊上，在料桶7内部则是穿过空心螺杆8的中空腔室，并穿过料桶7中的熔体3，当金属绞合线1继续延伸至石墨结晶器11中后，金属绞合线1表面的熔体3开始凝固，并最终形成复合线杆材12。为避免高温下金属发生氧化，挤出包覆装置在使用时通入氩气以置换装置中的空气。
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将6根金属基线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线1；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(3)采用上述的挤出包覆装置将金属绞合线由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120mm/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为铝液，熔体3的温度为700℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
实施例2
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将6根金属基线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线1；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(3)采用实施例1中的挤出包覆装置将金属绞合线1由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120mm/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为锡液，熔体3的温度为300℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
实施例3
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将6根金属基线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线1；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(3)采用实施例1中的挤出包覆装置将金属绞合线1由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120mm/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为镁液，熔体3的温度为700℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
实施例4
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物，以提高石墨烯层在金属基线表面的附着；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将石墨烯分散液刷涂在金属基线的表面，然后在室温下静置干燥，得到复合金属线，复合金属线中的石墨烯层的厚度为30nm；本实施例中所用的石墨烯分散液为中国专利文献CN113058818B的实施例2中的涂渡液，该涂渡液包括以下质量百分比的组份：单层石墨烯纳米片5％、溶剂82％、添加剂13％；其中，溶剂由质量比为17:20:25:20的乙醇、乙二醇、聚乙二醇600和聚乙二醇800组成，添加剂由质量比为6:2:4.5:0.5的分散剂、缓蚀剂、成膜剂和调节剂组成，分散剂由质量比为5:1的油酸和十二烷基苯磺酸钠组成，缓蚀剂为聚天冬氨酸，成膜剂由质量比为3.5:1的聚丙烯酰胺改性松香和壳聚糖组成，调节剂为精氨酸；
(3)将6根复合金属线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(4)采用实施例1中的挤出包覆装置将金属绞合线1由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120m/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为铝液，熔体3的温度为700℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
实施例5
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物，以提高石墨烯层在金属基线表面的附着；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将石墨烯分散液刷涂在金属基线的表面，然后在室温下静置干燥，得到复合金属线，复合金属线中的石墨烯层的厚度为100nm；本实施例中所用的石墨烯分散液为中国专利文献CN113058818B的实施例2中的涂渡液，该涂渡液包括以下质量百分比的组份：单层石墨烯纳米片5％、溶剂82％、添加剂13％；其中，溶剂由质量比为17:20:25:20的乙醇、乙二醇、聚乙二醇600和聚乙二醇800组成，添加剂由质量比为6:2:4.5:0.5的分散剂、缓蚀剂、成膜剂和调节剂组成，分散剂由质量比为5:1的油酸和十二烷基苯磺酸钠组成，缓蚀剂为聚天冬氨酸，成膜剂由质量比为3.5:1的聚丙烯酰胺改性松香和壳聚糖组成，调节剂为精氨酸；
(3)将6根复合金属线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(4)采用实施例1中的挤出包覆装置将金属绞合线1由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120m/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为铝液，熔体3的温度为700℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
实施例6
本实施例的复合线杆材的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将直径为1mm的金属基线进行表面清洁，去除金属基线表面的油污等杂物，以提高石墨烯层在金属基线表面的附着；本实施例中的金属基线为铜线；
(2)将石墨烯分散液刷涂在金属基线的表面，然后在室温下静置干燥，得到复合金属线，复合金属线中的石墨烯层的厚度为65nm；本实施例中所用的石墨烯分散液为中国专利文献CN113058818B的实施例2中的涂渡液，该涂渡液包括以下质量百分比的组份：单层石墨烯纳米片5％、溶剂82％、添加剂13％；其中，溶剂由质量比为17:20:25:20的乙醇、乙二醇、聚乙二醇600和聚乙二醇800组成，添加剂由质量比为6:2:4.5:0.5的分散剂、缓蚀剂、成膜剂和调节剂组成，分散剂由质量比为5:1的油酸和十二烷基苯磺酸钠组成，缓蚀剂为聚天冬氨酸，成膜剂由质量比为3.5:1的聚丙烯酰胺改性松香和壳聚糖组成，调节剂为精氨酸；
(3)将6根复合金属线进行绞合，得到最大外直径为6mm的金属绞合线；绞合时的参数为：绞合速度为1.5m/min、绞合张力为10N、绞合角度为30°、绞合节距为0.5mm；
(4)采用实施例1中的挤出包覆装置将金属绞合线1由空心螺杆8的进口(A口)穿入并从出口(B口)穿出，然后牵引至料桶7的出口(挤出口)，A口、B口和挤出口在一条直线上，同时开启电机4，使空心螺杆8旋转将熔体3连续挤压输送至挤出口，空心螺杆8转动时，位于中空腔室中的金属绞合线1不会随空心螺杆8的转动而发生转动，熔体3与金属绞合线1在B口与挤出口之间接触后包覆至金属绞合线1的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出进入陶瓷引流管10中，熔体3冷却凝固后形成金属防护层，得到复合线杆材12；
本实施例中，空心螺杆8的挤压压力为45MPa，金属绞合线1的移动速率为120m/min，B口和挤出口之间的距离为30mm，熔体3为铝液，熔体3的温度为700℃，挤出口为圆形，金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1mm，冷却是将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3在10min内冷却至室温。
对比例1
本对比例的复合线杆材的制备方法与实施例1的复合线杆材的制备方法的区别仅在于，本对比例的复合线杆材的制备方法中空心螺杆8的挤压压力为0，即不通过空心螺杆8将熔体3挤压输送至挤出口，而是直接依靠熔体3的流动性将熔体3包覆于金属绞合线1的表面。
对比例2
本对比例的复合线杆材的制备方法与实施例4的复合线杆材的制备方法的区别仅在于，本对比例的复合线杆材的制备方法中空心螺杆8的挤压压力为0，即不通过空心螺杆8将熔体3挤压输送至挤出口，而是直接依靠熔体3的流动性将熔体3包覆于金属绞合线1的表面。
对比例3
本对比例的复合线杆材的制备方法与实施例1的复合线杆材的制备方法的区别仅在于，本对比例的复合线杆材的制备方法中采用常规挤压包覆装置，即采用挤出机和包覆机头的组合，挤出机中的螺杆为实心螺杆，其他参数与实施例1中所用的空心螺杆的参数相同，挤出机的出口连接包覆机头，包覆机头的进料口与挤出机的出口连通，包覆机头具有进线口和出线口，进线口和出线口的形状和尺寸分别与实施例1中的空心螺杆的A口和B口的形状和尺寸相同，且进线口和出线口的连线与挤出机中的实心螺杆的延伸方向垂直，本对比例在具体实施时，金属绞合线由包覆机头的进线口进入并由出线口穿出，运动速率和实施例1中的金属绞合线的运动速率相同，在金属绞合线连续运动的同时，实心螺杆连续地熔体挤出至包覆机头中，熔体在包覆机头中与金属绞合线接触并包覆在金属绞合线上，形成包覆线材，包覆线材从出线口穿出并进入冷却装置中，熔体冷却凝固后，形成金属防护层，得到复合线杆材；本对比例中的冷却方法与实施例1中的冷却方法相同；本对比例中，进线口和出线口形成的直线与挤出机的挤出口之间的距离与实施例1中的B口和挤出口之间的距离相等。
对比例4
本对比例的复合线杆材的制备方法与实施例4的复合线杆材的制备方法的区别仅在于，本对比例的复合线杆材的制备方法中采用常规挤压包覆装置，即采用挤出机和包覆机头的组合，挤出机中的螺杆为实心螺杆，其他参数与实施例4中所用的空心螺杆的参数相同，挤出机的出口连接包覆机头，包覆机头的进料口与挤出机的出口连通，包覆机头具有进线口和出线口，进线口和出线口的形状和尺寸分别与实施例4中的空心螺杆的A口和B口的形状和尺寸相同，且进线口和出线口的连线与挤出机中的实心螺杆的延伸方向垂直，本对比例在具体实施时，金属绞合线由包覆机头的进线口进入并由出线口穿出，运动速率和实施例4中的金属绞合线的运动速率相同，在金属绞合线连续运动的同时，实心螺杆连续地熔体挤出至包覆机头中，熔体在包覆机头中与金属绞合线接触并包覆在金属绞合线上，形成包覆线材，包覆线材从出线口穿出并进入冷却装置中，熔体冷却凝固后，形成金属防护层，得到复合线杆材；本对比例中的冷却方法与实施例4中的冷却方法相同；本对比例中，进线口和出线口形成的直线与挤出机的挤出口之间的距离与实施例1中的B口和挤出口之间的距离相等。
二、本发明的复合线杆材的具体实施例如下：
本实施例的复合线杆材采用实施例1-6中任一复合线杆材的制备方法制备得到，此处不再赘述。
实验例
为了评价实施例1-6和对比例1-4制备的复合线杆材的强度和导电性能，按照相同的方法分别测试实施例1-6和对比例1-4制备的复合线杆材的拉伸强度和导电性，同时按照相同的方法测试了实施例1-6中的金属绞合线的拉伸强度和导电性，为了便于对比，将实施例1-6中的金属绞合线的拉伸强度和导电性分别均定为100，然后分别计算得到实施例1、对比例1和3制备的复合线杆材的拉伸强度与实施例1中的金属绞合线的拉伸强度的比值，然后将计算的比值乘以100，得到相对拉伸强度；然后按照上述方法分别计算得到实施例1、对比例1和3制备的复合线杆材的相对导电性，结果如表1所示。
同样地，按照上述方法计算得到实施例4、对比例2和4制备的复合线杆材的拉伸强度与实施例4中的金属绞合线的拉伸强度的比值，再将计算的比值乘以100，得到实施例4、对比例2和4制备的复合线杆材的相对拉伸强度，然后分别采用同样的方法，计算得到实施例4、对比例2和4制备的复合线杆材的相对导电性，结果如表2所示。
最后，按照相同的方法分别计算得到实施例2-3和实施例5-6制备的复合线杆材的相对拉伸强度和相对导电性，结果如表3所示。
另外，为了考察复合线杆材外的金属层对线材的性能的影响，将实施例1-6和对比例1-4制备的复合线杆材进行人工加速老化实验(人工加速老化实验在QUV老化试验机(Q-Lab,Westlake,OH,USA)内进行，实验时的相对湿度(Relative humidity,RH)为100％，为了加速水分在线材中的扩散速率，促进材料老化过程而又不造成材料过早降解，将老化温度设置为70℃，实验时间为7d)，然后再测试老化后的复合线杆材的拉伸强度和导电性，然后计算老化后的复合线杆材的拉伸强度与老化前的复合线杆材的拉伸强度的比值A以及老化后的复合线杆材的导电性与老化前的复合线杆材的导电性的比值B，结果如表4所示。
表1实施例1、对比例1和3制备的复合线杆材的相对拉伸强度和相对导电性
| 线材类型 | 相对拉伸强度 | 相对导电性 |
| 实施例1中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例1制备的复合线杆材 | 99 | 96 |
| 对比例1制备的复合线杆材 | 97 | 94 |
| 对比例3制备的复合线杆材 | 97 | 95 |
表2实施例4、对比例2和4制备的复合线杆材的相对拉伸强度和相对导电性
| 线材类型 | 相对拉伸强度 | 相对导电性 |
| 实施例4中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例4制备的复合线杆材 | 100 | 93 |
| 对比例2制备的复合线杆材 | 87 | 77 |
| 对比例4制备的复合线杆材 | 100 | 92 |
表3实施例2-3和5-6制备的复合线杆材的相对拉伸强度和相对导电性
| 线材类型 | 相对拉伸强度 | 相对导电性 |
| 实施例2中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例2制备的复合线杆材 | 91 | 81 |
| 实施例3中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例3制备的复合线杆材 | 93 | 86 |
| 实施例5中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例5制备的复合线杆材 | 100 | 96 |
| 实施例6中的金属绞合线 | 100 | 100 |
| 实施例6制备的复合线杆材 | 100 | 93 |
表4实施例1-6和对比例1-4制备的复合线杆材的老化测试结果
| 复合线杆材 | 比值A | 比值B |
| 实施例1 | 0.960 | 0.958 |
| 实施例2 | 0.967 | 0.963 |
| 实施例3 | 0.978 | 0.977 |
| 实施例4 | 0.970 | 0.968 |
| 实施例5 | 0.990 | 0.990 |
| 实施例6 | 0.980 | 0.978 |
| 对比例1 | 0.953 | 0.951 |
| 对比例2 | 0.958 | 0.956 |
| 对比例3 | 0.959 | 0.945 |
| 对比例4 | 0.960 | 0.962 |
为了考察工艺参数对实验结果的影响，按照实施例1的方法重复制备复合线杆材，区别在于，将金属基线的直径由1mm调整至0.1mm或者0.5mm，或者将空心螺杆8的挤压压力由45MPa调整为35MPa或55MPa，或者将金属绞合线1的移动速率由120mm/min调整为100mm/min或150mm/min，或者将B口和挤出口之间的距离由30mm调整为24mm或40mm，或者将金属绞合线1的半径的最大值与挤出口半径之间的差值由1mm调整为2mm，或者将熔体3的温度由600℃调整为680℃或720℃，或者将包覆在金属绞合线1的表面上的熔体3冷却至室温的时间由10min调整为5min或者15min，然后按照上述方法测试调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能，结果发现，调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能与实施例1制备的复合线杆材的性能一致。
另外，按照实施例2的方法重复制备复合线杆材，区别在于，将熔体3的温度由300℃调整为280℃或320℃，然后按照上述方法测试调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能，结果发现，调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能与实施例2制备的复合线杆材的性能一致。
最后，按照实施例3的方法重复制备复合线杆材，区别在于，将熔体3的温度由700℃调整为680℃或720℃，然后按照上述方法测试调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能，结果发现，调整工艺参数后制备的复合线杆材的性能与实施例3制备的复合线杆材的性能一致。
Claims (10)
1.一种复合线杆材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用空心螺杆将熔体连续挤压输送至挤出口，同时将金属绞合线沿着延伸方向由空心螺杆的中空腔室连续移动至挤出口，熔体与金属绞合线接触后包覆至金属绞合线的表面形成包覆线材，包覆线材沿着延伸方向由挤出口连续穿出后冷却凝固，得到复合线杆材；所述熔体为铝、铝合金、镁、镁合金、锡或锡合金；所述金属绞合线由至少两股金属基线进行绞合得到或者由至少两股复合金属线进行绞合得到，所述复合金属线包括金属基线和包覆在所述金属基线周向表面的石墨烯层。
2.如权利要求1所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述中空腔室具有A口和B口，A口、B口和挤出口在一条直线上，A口远离挤出口，B口靠近挤出口，金属绞合线沿着延伸方向由空心螺杆的中空腔室的A口移动至中空腔室的B口，再由中空腔室的B口移动至挤出口。
3.如权利要求2所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述B口处设置有密封装置，密封装置能够确保金属绞合线自由地从B口穿出，同时能够确保熔体不会从B口进入空心螺杆的中空腔室中。
4.如权利要求2所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述B口和挤出口之间的距离为24～40mm。
5.如权利要求1-4中任一项所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述空心螺杆的挤压压力为35～55MPa。
6.如权利要求1-4中任一项所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述金属绞合线的移动速率为100mm/min～150mm/min。
7.如权利要求1-4中任一项所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，包覆线材穿出挤出口时，包覆线材的轴线与挤出口的中心线重合。
8.如权利要求1-4中任一项所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述金属绞合线的半径的最大值与挤出口半径之间的差值为1～2mm。
9.如权利要求1-4中任一项所述的复合线杆材的制备方法，其特征在于，所述金属熔体为铝，金属熔体的温度为680～720℃；所述金属熔体为镁，金属熔体的温度为680～720℃；所述金属熔体为锡，金属熔体的温度为280～320℃；冷却是将包覆在金属绞合线表面上的熔体在5～15min内冷却至室温。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的复合线杆材的制备方法制备的复合线杆材。
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| CN (1) | CN117428026A (zh) |
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2023
- 2023-11-03 CN CN202311457529.1A patent/CN117428026A/zh active Pending
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