专利名称：民用铝合金导体、布线及其制备方法
技术领域：
本发明属于电线电缆制造工艺设计领域，具体涉及一种民用铝合金导体、布线及 其制备方法。
背景技术：
现在的民用、商业及工业用电线电缆导体，特别是民用布线，使用的都是铜导体。 上世纪80、90年代，由于当时铜价高涨，铜资源处于紧张状况，国家提出以铝节铜的经济政 策，当时铝导体电线电缆比较普通，使用的也较为广泛，但随着时间的推移，人们在使用过 程中发现纯铝导体在使用过程中出现各种各样的情况，其中常见的有，纯铝导体在使用弯 曲过程中易开裂或折断现象，易发生氧化以及电化学腐蚀，特别是在连接头部位，以及铝电 线与铜电线的直接连接部位。因而人们对于铝电线的印象逐渐变差，铝电线也逐渐远离人 们的视线，铝导体的应用领域缩减至架空导线为主。在新版的GB/T3956-2008中明确规定，铝或铝合金导体只适用于IOmm2以上的截 面，对于IOmm2以下的只适宜采用铜导体。这一标准的规定，是建立在对铝导体实际情况总 结的基础上得出的，因而也大大限制了铝或铝合金的应用范围，也不利于实行以铝节铜的 推行。尽管铜导体布线具有优于铝布线的多方面特性，但铜布线也存在许多不足之处， 一是随着国家铜资源的紧缺，铜布线的成本太高；二是现在使用的民用铜布线采用的基本 是聚氯乙烯绝缘和聚氯乙烯护套，如BV、BVV，虽然聚氯乙烯材料具有一定的阻燃性能，但由 于聚氯乙烯含有氯元素，燃烧时释放的氯化氢气体对人体和建筑物都会造成危害，不符合 环保要求，且聚氯乙烯材料使用寿命短，最多不超过三十年，聚氯乙烯铜导体布线不是民用 布线有利的发展趋势。
发明内容
本发明提供一种环保性能好的民用铝合金导体、布线及其制备方法，采用的方法 简单，毒性低，产品机械性能好，氧指数高、毒性低。一种民用铝合金导体，该铝合金线的成分配比为0. 3-1. 5wt % 的铁，0. 001-0. 02wt % 的硼，0. Ol-Iwt % 混合稀土 元素，不超过 0. 硅，其余为铝及不可避免的杂质。上述技术方案中，合金中的钒钛铬锰等重金属重量百分总含量< 0.01%，杂质元 素重量百分总含量< 0.2%。一种民用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤1)将纯度不低于99. 70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720_780°C，随后加入 铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸 条；2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，终轧温
3度为 250-3300C ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2的铝合金线；4)将所述铝合金线在温度300_340°C下，经过15_24小时退火处理，再在空气中自 然冷却，获得所述民用铝合金导体。一种民用铝合金布线，将所述的民用铝合金导体周围挤包绝缘材料，绝缘材料为 经过处理后的硅烷交联聚乙烯材料。一种所述民用铝合金布线的制造方法，包括以下步骤1)将纯度不低于99. 70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780°C，随后加入 铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸 条；2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，终轧温 度为 250-330 ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2以下的铝合金 线.
一入 ，4)将所述铝合金线在温度300_340°C下，经过15_24小时退火处理，再在空气中自 然冷却，获得所述民用铝合金导体，5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚 乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例比例 (9-5) (1-5) 0.05混合，搅拌均勻，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在14-220°C，各区间 的温度为加料段140-150°C，熔融段160-170°C，均化段180-190°C，机勃195_210°C，机头 210-220°C，模口 215-225°C，螺杆转速 80-100r/min，牵引出线速度 30_40m/s。6)挤包绝缘后，在70_80°C的温水浸泡8_12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15_25h，得 到布线。本发明获得如下技术效果所述合金中加入0. 3-1. 5%的重量百分含量的铁，铁可以起到对铝合金增强而有 会过多对铝合金导电性能造成影响，同时加入适量的铁有利于提高连接的热稳定性及减小 蠕变的效果，本发明中铁的含量太小会起不到预期的效果，太大会导致电阻过多增大，导电 率达不到61% IACS，且影响耐腐蚀性能。本发明加入的铁元素完全能够满足强度的要求， 同时使得铝合金导体的高温性能、抗蠕变等性能得到大大的提高。加入0.001-0. 2%的重量百分含量的硼，可以起到析出钒、钛、铬、锰等重金属的目 的，减小这些杂质元素对导电率的危害，同时有助于细化铝合金晶粒，增加强度和韧性，改 善铝合金的拉伸性能，使得含铁量较高的铝合金能拉制成IOmm2以下的截面。加入0. 01-1 %的重量百分含量的混合稀土，稀土元素能起到除杂作用，特别是降 低硅的含量，且稀土能有效优化的晶体结构，改善铝合金的强度和提高延伸性能，稀土对于 提高合金的氧化性和耐电化学腐蚀起到积极的效果；此外，稀土铈元素的加入，能够增加含 铁及硼铝合金熔体的流动性，大大降低铝合金熔体的表面张力，从而减少上述含量的铁元 素的比重偏析和成分偏析，使得铁元素能够更均勻地分布在铝合金基体内，获得更均勻的 性能，避免了因铁元素含量过多而造成的容易开裂、性能催化的现象；由于稀土铈元素的特 殊作用以及与硼的综合作用，使得铁元素能够均勻分布，还细化了含铁、硼元素的铝合金的
4晶粒，并且在温度300-340°C下，经过15-24小时的退火处理中，均勻分布于合金导体内的 富铁物相能够均勻的析出而弥散分布，从而大大增加了导电性，同时铝合金的韧性和强度 得到进一步的提高。因此，本发明通过将铁元素、硼元素以及稀土元素铈的合适配比，并结 合适当的退火处理工艺，不仅使得铝合金导体的导电性满足标准，同时提高了导体的强度 和韧性。由于硅及重金属钒、钛、铬、锰对导体的导电性能影响较大，为了尽量减小这些杂 质元素的影响，使影响减小至最低，本发明对硅的重量百分含量控制在0. 以内，钒、钛、 铬、锰等重金属元素总百分含量控制在0. 01 %以内，杂质元素总含量不超过0. 2 %。将铝合金线放在退火炉中，在温度300 340°C下，经过15 24小时的退火处理 是为了使铝合金线消除拉伸过程中的应变，提高了导电率，使导电率达到61% IACS，且具 有较好的延伸性能和安全性能，断裂伸长率达到20%，避免在使用弯折过程中发生开裂或 折断的缺陷。绝缘材料采用硅烷接枝的聚乙烯料，通过催化剂二月桂酸丁基锡在70-80°C的温 水中引发交联，或在蒸汽房交中引发交联，交联度达到60 %。交联后的聚乙烯耐老化性能 更好，使用寿命可以达40年之久，且交联后聚乙烯绝缘在燃烧时不会出现滴落现象，更适 合于阻燃民用铝合金布线。加入低卤或无卤阻燃剂是为了起到阻止燃烧时出现沿燃的现象 发生，燃烧时氧指数> 30%，毒性指数彡5，且能达到UL1581标准中的VW-I级，安全性能较 好。由此本发明制造的民用铝合金布线只需截面积比铜导体布线大1. 5倍，具有铜导 体布线相同的性能，相比于传统铜芯布线，成本低、重量轻、弯曲性能更好、耐腐性能更强， 且使用的绝缘材料具有更加优异的机械性能、抗紫外、抗老化性能和电气性能，相比于聚氯 乙烯材料，阻燃性能更优，且不会造成对环境造成危害，使用更加安全可靠，且使用寿命更长。
具体实施例方式下面通过两个实施例对本发明进行说明。实施例1一种民用铝合金导体，该铝合金线的成分配比为0. 3-1. 5% 的铁，譬如可以选取为 0. 4%,0. 5%,0. 7%,0. 9%,1. 15%,1.3%, 1. 4%,0. 001-0. 02% 的硼，譬如 0. 004%,0. 009%,0. 012%,0. 018%,0. 019%,0. 01-1%M 合稀土元素，譬如可以选取为0. 05 %，0. 07 %，0. 1 %，0. 5 %，0. 6 %，0. 9 %，不超过0. 1 %的
硅，其余为铝及不可避免的杂质。上述技术方案中，合金中的钒钛铬锰等重金属重量百分总含量< 0.01%，杂质元 素重量百分总含量< 0.2%。一种所述民用铝合金导体的制备方法，包括以下步骤1)将纯度不低于99. 70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780°C，譬如温度 为740V，7600C，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，中间合金的成 分根据最终合金的成分要求，并适当控制烧损，熔炼使得成分符合要求(在熔炼期间不断 地进行炉前分析，直至成分符合要求)，铸造，制成铝合金铸条；轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，例如可 以选取为465°C，480°C，490°C，终轧温度为250_330°C，例如可以选取为280°C，290°C， 305°C, 3200C ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2的铝合金线，例如 面积可以为 8mm2，7mm2，5mm2，4mm2，3mm2 ；4)将所述铝合金线在温度300_340°C下，例如温度可以选取为310°C，320°C， 330°C，经过15-24小时退火处理，退货时间可以选取为22小时，18小时，16小时，再在空气 中自然冷却，获得所述民用铝合金导体。实施例2一种民用铝合金布线，将实施例1所述的民用铝合金导体周围挤包绝缘材料，绝 缘材料为经过处理后的硅烷交联聚乙烯材料。一种所述民用铝合金布线的制造方法，包括以下步骤1)将纯度不低于99. 70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720_78(TC，譬如温度 为740°C，760°C，随后加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，中间合金的成 分根据最终合金的成分要求，并适当控制烧损，熔炼使得成分符合要求(在熔炼期间不断 地进行炉前分析，直至成分符合要求)，铸造，制成铝合金铸条；2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，例如可 以选取为465°C，480°C，490°C，终轧温度为250_330°C，例如可以选取为280°C，290°C， 305°C, 3200C ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2的铝合金线，例如 面积可以为 6mm2,4mm2，2. 5mm2,1. 5mm2,1. Omm2 ；4)将所述铝合金线在温度300_340°C下，例如温度可以选取为310°C，320°C， 330°C，经过15-24小时退火处理，退货时间可以选取为22小时，18小时，16小时，再在空气 中自然冷却，获得所述民用铝合金导体；5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚 乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例比例 (9-5) (1-5) 0. 05 混合，例如可以选取为9 1 0. 05,8 1 0. 05,7 1 0. 05, 6:1: 0.05,9 3 0.05,9 4 0.05,8 4 0.05,8 2 0.05,7 3 0.05, 7 4 0.05,6 4 0.05,6 2 0. 05，搅拌均勻，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在 140-220°C，各区间的温度为加料段140-150°C，熔融段160_170°C，均化段180_190°C， 机勃195-210°C，机头210-220°C，模口 215-225°C，螺杆转速80_100r/min，牵引出线速度 30-40m/so6)挤包绝缘后，在70_80°C的温水浸泡8_12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15_25h，得 到布线。实施例3在竖炉中加入纯度为99. 70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720_760°C，随后 在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，加入精炼剂，经搅拌进行 精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，使熔体中各金属元素的重量百分含量为 0. 35%的铁，0. 005%的硼，0. 1 %的稀土，其余为铝及不可避免的杂质。在铸机中铸造成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为450-480°C，终轧温度为250-280°C。轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金 线在退火炉中，在温度300-340°C下，经过15小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自 然冷却。在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接 枝聚乙烯母料、低卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产 的)按的9 1 0.05的比例混合，搅拌均勻，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公 司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220°C，各区间的温度为加料段140-150°C，熔 融段 160-170°C，均化段 180-190°C，机勃 195_210°C，机头 210_220°C，模口 215_225°C。螺 杆转速80r/min，牵引出线速度30m/s，挤包绝缘后，铝合金电线在70_80°C的温水浸泡IOh。由此制造的铝合金布线经检测，导电率为62% IACS，断裂伸长率为25%，抗拉强 度为130Mpa，氧指数31，毒性指数2. 1，通过UL1581标准VW-I试验。实施例4在竖炉中加入纯度为99. 75%的铝锭，加热融化，使温度保持在720-760°C，随后 在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，使熔体中各金属元素的重 量百分含量为1. 35%的铁，0. 20%的硼，0. 95%的稀土，其余为铝及不可避免的杂质。加入精炼剂，经搅拌进行精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，在铸机 中铸造成铝合金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为470-500°C，终轧温度为 290-330 "C。轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金 线在退火炉中，在温度300-340°C下，经过18小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自 然冷却。在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接 枝聚乙烯母料、无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产 的)按的8 2 0.05的比例混合，搅拌均勻，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公 司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220°C，各区间的温度为加料段140-150°C，熔 融段 160-170°C，均化段 180-190°C，机勃 195_210°C，机头 210_220°C，模口 215_225°C。螺 杆转速80r/min，牵弓|出线速度30m/s挤包绝缘后，铝合金电线在70_80°C的温水浸泡12h。由此制造的铝合金布线经检测，导电率为61. 5% IACS，断裂伸长率为27%，抗拉 强度为125Mpa，氧指数34，毒性指数0. 7，通过UL1581标准VW-I试验。实施例5在竖炉中加入纯度为99. 80%的铝锭，加热融化，使温度保持在740_780°C，随后 在熔炉中加入铝铁中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，加入精炼剂，经搅拌进行 精炼、除渣，静置保温30分钟后取样做炉前分析，使熔体中各金属元素的重量百分含量为 0. 75%的铁，0. 10%的硼，0. 5 %的稀土，其余为铝及不可避免的杂质，在铸机中铸造成铝合 金铸条。将铝合金铸条导入轧机，导入轧机的温度为460-490°C，终轧温度为250-280°C。轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于6mm2的铝合金线。铝合金
7线在退火炉中，在温度300-340°C下，经过20小时的退火处理。退火后，铝合金在空气中自 然冷却。在45挤塑机上对铝合金线挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯材料，将硅烷接 枝聚乙烯母料、无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂(如上海新上化高分子有限公司生产 的)按的6 4 0.05的比例混合，搅拌均勻，加入45挤塑机(合肥神马科技股份有限公 司制造的)中，挤塑机工艺温度控制在140-220°C，各区间的温度为加料段140-150°C，熔 融段 160-170°C，均化段 180-190°C，机勃 195_210°C，机头 210_220°C，模口 215_225°C。螺 杆转速80r/min，牵弓|出线速度30m/s挤包绝缘后，铝合金电线在在蒸汽房中蒸汽交联15_25h。由此制造的铝合金布线经检测，导电率为61.0% IACS，断裂伸长率为21%，抗拉 强度为135Mpa，氧指数36，毒性指数1. 2，通过UL1581标准VW-I试验。
权利要求
一种民用铝合金导体，其特征在于该铝合金线的成分配比为0.3 1.5wt％的铁，0.001 0.02wt％的硼，0.01 1wt％的混合稀土元素，不超过0.1wt％的硅，其余为铝及不可避免的杂质。
2.根据权利要1所述的民用铝合金导体，其特征在于合金中的钒钛铬锰等重金属重量 百分总含量< 0. 01%，杂质元素重量百分总含量< 0. 2%。
3.一种根据权利要求1所述的民用铝合金导体的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将纯度不低于99.70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780°C，随后加入铝铁 中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸条；2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，终轧温度为 250-330 0C ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2的铝合金线；4)将所述铝合金线在温度300-340°C下，经过15-24小时退火处理，再在空气中自然冷 却，获得所述民用铝合金导体。
4.一种民用铝合金布线，其特征在于在权利要求1所述的民用铝合金导体周围挤包 绝缘材料，绝缘材料为经过处理后的硅烷交联聚乙烯材料。
5.一种根据权利要求4所述的民用铝合金布线的制造方法，其特征在于包括以下步骤1)将纯度不低于99.70%的铝锭，加热融化，使温度保持在720-780°C，随后加入铝铁 中间合金、铝硼中间合金及铝稀土中间合金，并熔炼使得成分符合要求，制成铝合金铸条；2)将铝合金铸条导入轧机制成铝合金杆，导入轧机的温度为450-500°C，终轧温度为 250-330 ；3)轧制成的铝合金杆经冷拉制加工，拉制加工成截面小于IOmm2以下的铝合金线；4)将所述铝合金线在温度300-340°C下，经过15-24小时退火处理，再在空气中自然冷 却，获得所述民用铝合金导体，5)在45挤塑机上对所述民用铝合金导体挤包绝缘材料，绝缘材料为硅烷交联聚 乙烯材料，将硅烷接枝聚乙烯母料、低卤或无卤阻燃剂、二月桂酸丁基锡催化剂按比例 (9-5) (1-5) 0.05混合，搅拌均勻，进行挤塑，挤塑工艺温度控制在140-220°C，各区间 的温度为加料段140-150°C，熔融段160-170°C，均化段180-190°C，机勃195_210°C，机头 210-220°C，模口 215-225°C，螺杆转速 80-100r/min，牵引出线速度 30_40m/s。6)挤包绝缘后，在70-80°C的温水浸泡8-12h，或在蒸汽房中蒸汽交联15_25h，得到布线。
全文摘要
一种民用铝合金布线的制造方法，属于电线电缆设计制造技术领域。其制造方法为，在竖炉中加入铝锭、铝铁中间合金、铝硼中间合金以及铝稀土中间合金，熔炼后铸成铸条，再经轧机轧制成铝合金杆，铝合金杆经冷拉制成铝合金单丝，再经退火处理，退火处理后对铝合金线进行挤包绝缘，绝缘材料为硅烷交联聚乙烯绝缘，绝缘中加入低卤或无卤阻燃剂，铝合金布线在挤包绝缘结束后进行温水交联或蒸汽交联处理。该铝合金布线具有优良的导电性、拉伸性能和弯曲性能，且电线的阻燃性能较好，使用寿命更长。
文档编号H01B7/04GK101937733SQ20101022538
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者林泽民 申请人:安徽欣意电缆有限公司