RU2709025C1 - Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber - Google Patents

Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber Download PDF

Info

Publication number
RU2709025C1
RU2709025C1 RU2019115904A RU2019115904A RU2709025C1 RU 2709025 C1 RU2709025 C1 RU 2709025C1 RU 2019115904 A RU2019115904 A RU 2019115904A RU 2019115904 A RU2019115904 A RU 2019115904A RU 2709025 C1 RU2709025 C1 RU 2709025C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
furnace
vacuum chamber
coating
aluminum composite
Prior art date
Application number
RU2019115904A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эдуард Леонидович Варданян
Алмаз Юнирович Назаров
Камиль Нуруллаевич Рамазанов
Рида Фадисовна Галлямова
Андрей Игоревич Гомзин
Сергей Николаевич Галышев
Фаниль Фанусович Мусин
Дамир Вагизович Тагиров
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет"
Priority to RU2019115904A priority Critical patent/RU2709025C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709025C1 publication Critical patent/RU2709025C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06Insulating conductors or cables
    • H01B13/16Insulating conductors or cables by passing through or dipping in a liquid bath; by spraying

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to machine building and is intended for production of long-length composite articles based on ceramic, boron or carbon fibers. In method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber, in which fiber from coils is pulled through furnace for thermal cleaning of fiber from opret, then fiber is evacuated in vacuum chamber, further placed in crucible with melt and ultrasonic waveguide, passed through outlet draw plate, after which finished article is wound on coil, according to invention coating is applied in bath with chemical reagent, which is sol-gel, which is installed between furnace for thermal cleaning fibers from opret and vacuum chamber next to furnace, after which coatings are dried.
EFFECT: invention improves mechanical and strength characteristics of a power transmission line core.
3 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для изготовления длинномерных композитных изделий на основе керамических, борных или углеродных волокон.The invention relates to mechanical engineering and is intended for the manufacture of lengthy composite products based on ceramic, boron or carbon fibers.

Алюминиевый композитный провод предназначен для замены традиционно используемого стального сердечника сталеалюминевого провода, применяемого в линии электропередач (ЛЭП). В сравнении с обычным стальным сердечником такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик алюминиевый композитный сердечник увеличивает пропускную способность, что позволяет решить проблему нехватки пропускной способности ЛЭП, не прокладывая новые линии.The aluminum composite wire is designed to replace the traditionally used steel core of the steel-aluminum wire used in power lines. Compared to a conventional steel core of the same cross section, while improving the mechanical and strength characteristics, the aluminum composite core increases the throughput, which allows us to solve the problem of lack of throughput of power lines without laying new lines.

Известен способ, в котором упрочняющий сердечник провода покрывают слоем металлического проводникового материала высокой проводимости, при этом сердечник выполняют из композитного материала с матрицей из синтетической смолы, модифицированной углеродными нанокластерами фуллероидного типа. В качестве металлического проводникового материала высокой проводимости могут быть использованы медь и/или алюминий или сталь или их сплавы с другими веществами (патент РФ №2387035, МПК Н01В 5/10, В82В 1/00, опубл. 20.04.2010).A known method in which the reinforcing core of the wire is coated with a layer of metallic conductive material of high conductivity, the core being made of a composite material with a synthetic resin matrix modified with carbon nanoclusters of the fulleroid type. As a metal conductive material of high conductivity, copper and / or aluminum or steel or their alloys with other substances can be used (RF patent No. 2387035, IPC Н01В 5/10, В82В 1/00, publ. 04/20/2010).

Недостатком аналога является невысокие прочностные характеристики сердечника и полное отсутствие у него проводимости.The disadvantage of the analogue is the low strength characteristics of the core and its complete lack of conductivity.

Известен способ изготовления композитного провода, в котором армирующие волокна сматывают с катушек, пропитывают полимерным связующим, наматывают изготовленную проволоку провода на катушки крутильной машины, скручивают проволоку в провод на крутильных машинах и намотку готового провода на приемный барабан, при этом после смотки армирующих волокон с катушек полученный жгут затягивают в металлическую трубу, пропитывают жгут армирующих волокон в металлической трубе, формуют профиль проволоки провода, при волочении металлической трубы через волоки волочильного стана (патент РФ №2568188, МПК Н01В 5/04, опубл. 10.11.2015).A known method of manufacturing a composite wire, in which the reinforcing fibers are wound from coils, impregnated with a polymer binder, wound the manufactured wire wire onto the coils of a twisting machine, twist the wire into a wire on twisting machines and winding the finished wire onto a receiving drum, while after winding the reinforcing fibers from the coils the resulting tow is pulled into a metal pipe, the tow of reinforcing fibers in the metal pipe is impregnated, the wire profile is formed, while drawing the metal pipe through the dies of the drawing mill (RF patent No. 2568188, IPC НВВ 5/04, publ. 10.11.2015).

Недостатком аналога является полное отсутствие проводимости полимерного сердечника.The disadvantage of this analogue is the complete lack of conductivity of the polymer core.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления композитных изделий из металлической матрицы и керамических, борных или углеродных волокон, в котором армирующие волокна сматывают с катушек, проводят термическую очистку волокна в трубчатой печи, очищенное волокно вакуумируют в вакуумной печи, протягивают через тигель с расплавленным матричным металлом, в котором расположен ультразвуковой волновод, способствующий проникновению расплава в внутрь волокна, а выходную фильеру устанавливают при выходе волокна из тигля, после чего готовое изделие наматывают на катушку (патент US №6485796, МПК B05D 3/00, B05D 1/18, опубл. 26.11.2002).Closest to the claimed invention is a method of manufacturing composite products from a metal matrix and ceramic, boron or carbon fibers, in which the reinforcing fibers are wound from coils, the fiber is thermally cleaned in a tube furnace, the purified fiber is vacuumized in a vacuum furnace, pulled through a crucible with molten matrix the metal in which the ultrasonic waveguide is located, which facilitates the penetration of the melt into the inside of the fiber, and the output die is installed when the fiber exits from glya, whereupon the finished product is wound on a spool (patent US №6485796, IPC B05D 3/00, B05D 1/18, publ. 26.11.2002).

Недостатком ближайшего аналога является то, что в нем не предусмотрено нанесение защитного покрытия на волокна для исключения химического взаимодействия с расплавом матричного металла в одном технологическом цикле.The disadvantage of the closest analogue is that it does not provide for the application of a protective coating on the fibers to exclude chemical interaction with the molten matrix metal in one technological cycle.

Задача изобретения заключается в увеличении пропускной способности провода линии электропередач, за счет улучшения механических и прочностных характеристик сердечника.The objective of the invention is to increase the bandwidth of the wires of the power line, by improving the mechanical and strength characteristics of the core.

Технический результат заключается в улучшении механических и прочностных характеристик сердечника линии электропередач.The technical result is to improve the mechanical and strength characteristics of the core of the power line.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе для получения алюминиевых композитных проводов, армированных длинномерным волокном, в котором волокно с катушек протягивают через печь для термической очистки волокна от опрета, затем вакуумируют волокно в вакуумной камере, далее помещают в тигель с расплавом и ультразвуковым волноводом, пропускают через выходную фильеру, после чего готовое изделие наматывают на катушку, в отличие от ближайшего аналога, наносят покрытие в ванне с химическим реактивом, являющимся золь-гелем, которую устанавливают между печью для термической очистки волокна от опрета и вакуумной камерой рядом с печью, после чего сушат покрытие.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the method for producing aluminum composite wires reinforced with a long fiber, in which the fiber from the coils is pulled through the furnace for thermal cleaning of fiber from the sizing, then the fiber is vacuumized in a vacuum chamber, then placed in a crucible with with a melt and an ultrasonic waveguide, they are passed through an output die, after which the finished product is wound on a coil, unlike the closest analogue, is coated in a bath with a chemical reagent, which is a sol-gel, which is installed between the furnace for thermal cleaning of fiber from the sizing and the vacuum chamber next to the furnace, after which the coating is dried.

Кроме того, в качестве химического реактива может быть использован золь-гель для нанесения покрытия SiO2.In addition, as a chemical reagent can be used sol-gel for coating SiO 2 .

Кроме того, в качестве химического реактива может быть использован золь-гель для нанесения покрытия TiO2.In addition, a sol-gel for coating TiO 2 can be used as a chemical reagent.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

Существо изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для получения алюминиевых композитных проводов, армированных длинномерным волокном, на фиг. 2 изображена зависимость массы углеродного волокна от времени отжига при температуре 600°С покрытия SiO2, на фиг. 3 изображена зависимость массы углеродного волокна от времени отжига при температуре 600°С покрытия TiO2. На схеме обозначено: волокно 1, катушки 2, печь термической очистки волокна от опрета 3, ванна с химическим реактивом 4, печь для сушки покрытия 5, вакуумная камера 6, тигель 7 с расплавом матричного металла, тянущий механизм 8, ультразвуковым волновод 9, выходная фильера 10. Готовое изделие 11 наматывают на катушки 12. Трубки печь-вакуум 13 и трубки вакуум-расплав 14 соединенны последовательно.The invention is illustrated by drawings, in FIG. 1 shows a schematic diagram of an apparatus for producing aluminum composite wires reinforced with long fiber, FIG. 2 shows the dependence of the mass of carbon fiber on the annealing time at a temperature of 600 ° C of the SiO 2 coating; FIG. Figure 3 shows the dependence of the mass of carbon fiber on the annealing time at a temperature of 600 ° С for TiO 2 coating. The diagram shows: fiber 1, coils 2, a furnace for thermal cleaning of fiber from shedding 3, a bath with a chemical reagent 4, a furnace for drying the coating 5, a vacuum chamber 6, a crucible 7 with a molten matrix metal, a pulling mechanism 8, an ultrasonic waveguide 9, the output die 10. The finished product 11 is wound on coils 12. The furnace-vacuum tubes 13 and the vacuum-melt tubes 14 are connected in series.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Непрерывные керамические борные или углеродные волокна 1 подаются из катушек 2 и собираются в круглый пучок. Далее пучок непрерывных волокон подается в печь для термической очистки волокна от опрета 3. Далее на волокно наносится защитное покрытие в ванне с химическим реактивом 4. После этого полученное покрытие подвергают сушке при прохождении пучка волокон через печь для сушки покрытия 5. Затем пучок волокон с покрытием вакуумируют в вакуумной камере 6 перед введением в тигель 7 с расплавом матричного металла. Волокна вытягиваются из подающих катушек тянущем механизмом 8. В тигле с расплавом матричного металла установлен ультразвуковой волновод 9, расположенный в расплаве вблизи волокна, чтобы способствовать проникновению расплава между волокнами. Расплавленный матричный металл композитного изделия охлаждается и кристаллизуется после выхода из тигля через выходную фильеру 10. Готовое изделие 11 собирают на катушку 12.Continuous ceramic boron or carbon fibers 1 are fed from coils 2 and collected in a round bundle. Next, a bundle of continuous fibers is fed into the furnace for thermal cleaning of fiber from shedding 3. Next, a protective coating is applied to the fiber in a bath with chemical reagent 4. After that, the resulting coating is dried by passing a bundle of fibers through the oven to dry the coating 5. Then, the bundle of coated fibers vacuum in a vacuum chamber 6 before introducing into the crucible 7 with a molten matrix metal. The fibers are pulled from the supply coils by the pulling mechanism 8. An ultrasonic waveguide 9 is installed in the crucible with the matrix metal melt, located in the melt near the fiber to facilitate the penetration of the melt between the fibers. The molten matrix metal of the composite product is cooled and crystallized after exiting the crucible through the outlet die 10. The finished product 11 is collected on a coil 12.

Покрытие SiO2 и TiO2 были нанесены на углеродное волокно двумя разными составами (табл. 1, 2). Нанесение покрытия проводилось посредством погружения волокон в приготовленный золь из растворов.Coating SiO 2 and TiO 2 were deposited on a carbon fiber with two different compositions (Tables 1, 2). The coating was carried out by immersing the fibers in the prepared sol from solutions.

Figure 00000001
Figure 00000001

Для оценки защитных свойств покрытия проводили термическую обработку при температуре 600°C с выдержкой от 1 до 6 ч. Углеродные волокна взвешивались на аналитических весах для оценки изменения массы в процессе отжига. Изменение массы углеродного волокна в процессе выдержки показано на фиг. 2, фиг. 3. Из фиг. 2, фиг. 3 видно, что нанесение покрытия на углеродное волокно препятствует окислению углеродного волокна, тем самым его можно использовать в качестве защитного покрытия.To assess the protective properties of the coating, heat treatment was carried out at a temperature of 600 ° C with a holding time of 1 to 6 hours. Carbon fibers were weighed on an analytical balance to assess the change in mass during annealing. The change in carbon fiber mass during the holding process is shown in FIG. 2, FIG. 3. From FIG. 2, FIG. 3 shows that the coating on the carbon fiber prevents the oxidation of the carbon fiber, thereby it can be used as a protective coating.

Итак, заявляемое изобретение позволяет улучшить механические и прочностные характеристики сердечника провода линии электропередач, тем самым увеличивает его пропускную способность.So, the claimed invention allows to improve the mechanical and strength characteristics of the core of the wire of the power line, thereby increasing its throughput.

Claims (3)

1. Способ получения алюминиевых композитных проводов, армированных длинномерным волокном, в котором волокно с катушек протягивают через печь для термической очистки волокна от опрета, затем вакуумируют волокно в вакуумной камере, далее помещают в тигель с расплавом и ультразвуковым волноводом, пропускают через выходную фильеру, после чего готовое изделие наматывают на катушку, отличающийся тем, что наносят покрытие в ванне с химическим реактивом, являющимся золь-гелем, которую устанавливают между печью для термической очистки волокна от опрета и вакуумной камерой рядом с печью, после чего сушат покрытия.1. A method of producing aluminum composite wires reinforced with a long fiber, in which fiber from the coils is pulled through a furnace for thermal cleaning of fiber from a sizing, then the fiber is vacuumized in a vacuum chamber, then placed in a crucible with a melt and an ultrasonic waveguide, passed through an exit spinneret, after whereby the finished product is wound on a spool, characterized in that it is coated in a bath with a chemical agent, which is a sol-gel, which is installed between the furnace for thermal cleaning of fiber about t is determined and with a vacuum chamber next to the furnace, after which the coatings are dried. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве химического реактива используют золь-гель для нанесения покрытия SiO2.2. The method according to p. 1, characterized in that as a chemical reagent use sol-gel for coating SiO 2 . 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве химического реактива используют золь-гель для нанесения покрытия TiO2.3. The method according to p. 1, characterized in that as a chemical reagent use sol-gel for coating TiO 2 .
RU2019115904A 2019-05-23 2019-05-23 Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber RU2709025C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115904A RU2709025C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115904A RU2709025C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709025C1 true RU2709025C1 (en) 2019-12-13

Family

ID=69006864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115904A RU2709025C1 (en) 2019-05-23 2019-05-23 Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709025C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759840C1 (en) * 2020-09-29 2021-11-18 Общество с ограниченной ответственностью «ЦФАЛ» Composite material with aluminum matrix and carbon fiber and method for its production

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913657A (en) * 1974-07-17 1975-10-21 Us Energy Method and apparatus for fabricating a composite structure consisting of a filamentary material in a metal matrix
US6485796B1 (en) * 2000-07-14 2002-11-26 3M Innovative Properties Company Method of making metal matrix composites
RU2387035C1 (en) * 2009-04-10 2010-04-20 Фердинанд Иренеушевич Стасюлевич Wire with composite material core
RU2568188C2 (en) * 2013-06-14 2015-11-10 Дмитрий Григорьевич Сильченков Wire for overhead transmission lines and method of its manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913657A (en) * 1974-07-17 1975-10-21 Us Energy Method and apparatus for fabricating a composite structure consisting of a filamentary material in a metal matrix
US6485796B1 (en) * 2000-07-14 2002-11-26 3M Innovative Properties Company Method of making metal matrix composites
RU2387035C1 (en) * 2009-04-10 2010-04-20 Фердинанд Иренеушевич Стасюлевич Wire with composite material core
RU2568188C2 (en) * 2013-06-14 2015-11-10 Дмитрий Григорьевич Сильченков Wire for overhead transmission lines and method of its manufacturing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759840C1 (en) * 2020-09-29 2021-11-18 Общество с ограниченной ответственностью «ЦФАЛ» Composite material with aluminum matrix and carbon fiber and method for its production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108580578B (en) A kind of manufacturing method of II grade of loose aluminum cald steel wire of bridge cable
RU2709025C1 (en) Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber
CN101036923A (en) Prestressed aluminum-cladding stranded wire
CN102664086B (en) Insulation processing method of MgB2 wire strip
CN103193398A (en) Preparation method of high-temperature-resistant optical fiber by carrying out high-speed drawing forming once
US9460830B2 (en) Particle loaded, fiber-reinforced composite materials
CN103172265B (en) A kind of high strength glass fiber and preparation method thereof
CN108773997B (en) Production process of basalt chopped fibers
RU2013126953A (en) WIRING FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES AND METHOD FOR ITS MANUFACTURE
WO2013131220A1 (en) Aluminum-clad steel stranded wire and production method therefor
JP2014145123A (en) Method of producing high strength steel wire
RU93736U1 (en) INSTALLATION FOR PRODUCING COMPOSITE POLYMERIC REINFORCEMENT
CN102491635A (en) Production process and equipment of glass fiber strands
CN202369499U (en) Split glass fiber drawing machine
RU2413799C1 (en) Procedure for strengthening carbon fibres
CN106637559A (en) Making method of polyester thread
CN102179944A (en) Process for producing large-caliber epoxy glass fiber pultruded pipe
CN108515086A (en) A kind of manufacturing method of the continuous aluminum alloy fiber of micron order super-strength
RU2648900C2 (en) Method of production of composite fittings and device for its implementation
CN101814338A (en) Composite material reinforcing lead and production method thereof
CN106128567A (en) A kind of high temperature resistant radioprotective electric wire and preparation method thereof
US20210198811A1 (en) Multi-Component Fibre and Production Method
CN101789289B (en) Manufacturing method of carbon fiber composite core
CN110325297B (en) Method for manufacturing copper wire
JP2008284581A (en) Method for manufacturing wire rod, and wire drawing equipment