一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法与流程

本发明涉及铝合金电缆领域，尤其涉及到一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法。

背景技术：

变频电缆适用于交流额定电压0.6/1kv及以下变频控制系统作供电电缆或电气连接，广泛用于冶金、电力、石化等行业。现有变频电缆中，常用的有铜电缆、铝电缆和铝合金电缆，众所周知，铜电缆在电气、机械、耐久等性能方面具有诸多优越性，但铜的价格比铝高很多，长期以来铜的价格均是铝的3倍以上；同时基于电气化、信息化以及网络化的发展对电缆需求量的大幅增加，铝电缆和铝合金电缆越来越多的取代了铜电缆，由于普通铝电缆的机械性能和抗腐蚀性能较差，铝合金电缆就逐渐占据了主要位置，但现有铝合金电缆普遍存在抗拉强度、断裂伸长率、导电率、平均蠕变速率等方面的参数性能差等问题。此外，现有的变频电缆还普遍存在耐电压冲击性不达标，造成使用寿命短；屏蔽性能不达标，导致设备信号干扰和变频器误动作，用电安全性不高且保证不了系统稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，以解决现有技术中的电缆导电率低、柔韧性差和屏蔽性能差等的技术问题，本发明具有导电率高、柔韧性好、耐电压冲击性好和屏蔽性能好等优点。

本发明通过以下技术方案实现：本发明公开了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，稀土铝合金电缆由内向外依次设置的稀土铝合金导体、交联聚乙烯混合物制成的绝缘层、无纺布材料制成的内衬包带、复合屏蔽层和聚氯乙烯材料制成的外护层，稀土铝合金导体由al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr和稀土元素组成；复合屏蔽层包括铜丝编织屏蔽层和设置在铜丝编织屏蔽层的外周的铜带屏蔽层；稀土铝合金导体的数量为不少于3束，且每束稀土铝合金导体由不少于30根的稀土铝合金线绞合而成。

优选地，为了提高电缆导体的导电率和抗蠕变性能，稀土铝合金导体的组分重量百分比如下：

al的密度小，且导电性能好，有一定的绝缘性和良好的延展性，铝表面形成的氧化膜还有耐腐蚀的能力；

zn的化学性质活泼,在铝合金中加入zn能够提高其致密性，利于脱模和提高铝合金的强度；

mg密度小，在铝合金中加入mg能够提高铝合金的耐腐蚀性，此外，mg还能够大大提高铝合金的抗拉强度；

cu有很好的延伸性和导电性，在铝合金中加入cu能够增强铝合金的硬度，提高铝合金的耐热强度；

si具有较高的熔点和密度；化学性质比较稳定，同时是改善铝合金流动性能的主要成分，另外，si可改善抗拉强度、硬度、切削性以及高温时强度，而使延伸率降低；

fe的化学性质比较活泼，在铝合金铸造过程中能够和al产生反应会生成针状结晶，使铝合金的流动性降低，增加铝合金的抗蠕变性能的同时还会大大减轻铸造过程中的粘模现象，有益于铸造工作的进行；

mn的化学性质比较活泼，加入到铝合金中能减少铁的有害影响，能使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织，但含锰量过高时，会引起偏析；

sr是表面活性元素，在结晶学上锶能改变金属间化合物相的行为，用锶元素进行变质处理能改善合金的塑性加工性、提高材料力学性能和改善制品表面粗糙度；

稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少合金中的气体和夹杂；还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。

优选地，为了能够进一步的提高电缆导体的强度、硬度、伸长率、耐磨性能等综合力学性能和导电性能，稀土为ce和la组成的混合稀土且重量百分比如下：

ce60-74wt％

la26-40wt％；

ce的存在能够中和铝合金中fe和si的有害作用；

la是一种活泼金属，延展性好，作为一种合金添加剂可使铝合金的抗拉强度增强，相对延伸率增加。

以上所提及的稀土铝合金变频电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤a：熔炼，将含有al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr、ce和la的稀土铝合金混合材料放入熔化炉熔化，熔化温度设置在900-1000℃，得到熔体稀土铝合金；

步骤b：铸造，首先将熔体稀土铝合金放在保温炉内静置20-28min，保温炉的温度设置为730-760℃；接着将所得熔体冷却到680-700℃进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

步骤c：压制拉丝，将铝合金铸锭压制成稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆送入拉丝机拉丝成所需要的直径，得到粗制稀土铝合金线；

步骤d：退火，将粗制稀土铝合金线进行退火处理，退火炉温度设置为380-410℃，得到稀土铝合金线；拉丝后得到的粗制稀土铝合金线会硬化和变脆，退火处理是为了恢复其塑性，保持良好的电气性能；

步骤e：绞丝，将稀土铝合金线进行绞合，得到稀土铝合金导体；

步骤f：挤制绝缘层，将稀土铝合金导体通入绝缘挤塑机，将绝缘材料挤制在稀土铝合金导体的外周形成绝缘层，得到绝缘导体；绝缘挤塑机的温度设置为300-330℃；绝缘材料采用交联聚乙烯混合物；

步骤g：绞合，将绝缘导体按规则排列组合，绞制成缆芯；

步骤h：绕包，在缆芯的外周绕上内衬包带，得到包带缆芯；内衬包带采用无纺布；对缆芯进行绑扎固定，且起到控制缆芯外形尺寸的作用；

步骤i：复合屏蔽层加工，复合屏蔽层为铜丝编织屏蔽层和铜带屏蔽层的复合结构，首先利用编织机对包带缆芯的外周采用铜丝编织形成铜丝编织屏蔽层；接着将加工后的包带缆芯通入纵包模具中，使得铜带连续包裹在绝缘导体上形成铜带屏蔽层，纵包成型后得到粗制电缆；

步骤j：挤制外护层，采用护套挤塑机将护层材料挤制到粗制电缆的外周形成外护层，护套挤塑机的挤出温度范围为290-390℃，获得稀土铝合金电缆；外护层材料采用聚氯乙烯。

优选地，为了提高电缆的耐电压冲击性能和提高电缆使用寿命，在步骤f中，交联聚乙烯混合物由交联聚乙烯、氟塑料、硅橡胶和增塑剂组成且重量百分比为：

交联聚乙烯具有很好的耐压性能，耐腐蚀性能好，且能够任意弯曲不会脆裂抗蠕变强度高；氟橡胶具有高度的化学稳定性，优良的物理机械性能，耐老化性能好且电绝缘性能良好；增塑剂可以使其柔韧性增强，容易加工；润滑剂在成型过程中能在熔料与模具间形成一层很薄的隔离膜，使塑料不粘住模具表面，易于加工，且使得加工后的绝缘层的外周圆整度高。

优选地，为了提高铜丝编织屏蔽层的屏蔽性能，在步骤h中，铜丝的直径为0.20-0.24mm，且密度设置在75-85％。

优选地，为了提高铜带屏蔽层的屏蔽性能，在步骤h中，纵包成型过程中对铜带的两纵向边缘搭接处进行加热，直至两纵向边缘粘接在一起，冷却后铜带形成稳定的管状结构，纵包成型后的铜带搭盖率不小于25％，加热温度设置在76-85℃。

与现有的变频电缆相比，本发明采用稀土铝合金作为电缆导体，在铝合金的基础上加入了稀土元素提高了电缆的电导率，电缆的抗蠕变性大大提高，其电缆的导体的强度、硬度、伸长率和耐磨等性能均有了不同程度的提高，且降低了电缆的热膨胀系数，使用安全性能高；此外，本发明还采用交联聚乙烯混合物作为导体的绝缘层，除了具有好的热老化性能外，还具有较强的耐电压冲击性，能经受高速、频繁变频时的脉冲电压，延长电缆的使用寿命；本发明还采用铜带屏蔽层和铜丝编织屏蔽层的复合屏蔽层结构，且规定了一定的编织密度和铜带搭盖率，使得电缆具有很好的屏蔽性能，很好的抑制电磁波对外发射，提高了系统运行的稳定性。本发明具有导电率高、耐电压冲击性好和屏蔽性能好等优点。

附图说明

图1为变频电缆截面结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

实施例1公开了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，如图1所示，稀土铝合金电缆包括由内向外依次设置的稀土铝合金导体1、交联聚乙烯混合物制成的绝缘层2、无纺布材料制成的内衬包带3、复合屏蔽层4和聚氯乙烯材料制成的外护层5，稀土铝合金导体1由al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr和稀土元素组成；复合屏蔽层4包括铜丝编织屏蔽层41和设置在铜丝编织屏蔽层41的外周的铜带屏蔽层42；稀土铝合金导体1的数量为6束，且每束稀土铝合金导体1由30根的稀土铝合金线11绞合而成。

稀土铝合金导体1的组分重量百分比如下：

稀土为ce和la组成的混合稀土且所述稀土各组分重量百分比如下:

ce60wt％

la40wt％。

以上提及到的稀土铝合金变频电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤a：熔炼，将含有al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr、ce和la的稀土铝合金混合材料放入熔化炉熔化，熔化温度设置在900℃，得到熔体稀土铝合金；

步骤b：铸造，首先将熔体稀土铝合金放在保温炉内静置20min，保温炉的温度设置为730℃；接着将熔体冷却到680℃进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

步骤c：压制拉丝，将铝合金铸锭压制成稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆送入拉丝机拉丝成所需要的直径，利用拉丝机将稀土铝合金杆拉丝成直径为1mm和直径为0.5mm两种规格的粗制稀土铝合金线；

步骤d：退火，将粗制稀土铝合金线进行退火处理，退火炉温度设置为380℃，得到稀土铝合金线11；

步骤e：绞丝，将直径为1mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束主线稀土铝合金导体；将直径为0.5mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束零线稀土铝合金导体；

步骤f：挤制绝缘层2，将以上6束稀土铝合金导体1通入绝缘挤塑机，将绝缘材料挤制在稀土铝合金导体1的外周形成绝缘层2，得到绝缘导体；绝缘挤塑机的温度设置为300℃；绝缘材料采用交联聚乙烯混合物；

交联聚乙烯混合物由交联聚乙烯、氟塑料、硅橡胶和增塑剂组成且重量百分比为：

步骤g：绞合，将6束绝缘导体按规则排列组合(3束火线绝缘导体和3束零线绝缘导体交错排列成圆形，且3束火线绝缘导体两两相嵌)，绞制成缆芯；

步骤h：绕包，在缆芯的外周绕上内衬包带3，得到包带缆芯；内衬包带3采用无纺布；

步骤i：复合屏蔽层4加工，复合屏蔽层4为铜丝编织屏蔽层41和铜带屏蔽层42的复合结构，首先利用编织机对包带缆芯的外周采用直径为0.20的铜丝编织形成铜丝编织屏蔽层41且密度设置在75％；接着将加工后的包带缆芯通入纵包模具中，使得铜带连续包裹在绝缘导体上形成铜带屏蔽层42，纵包成型后得到粗制电缆；纵包成型过程中对铜带的两纵向边缘搭接处进行加热，直至两纵向边缘粘接在一起，冷却后铜带形成稳定的管状结构，纵包成型后的铜带搭盖率为25％，加热温度设置在76℃。

步骤j：挤制外护层5，采用护套挤塑机将护层材料挤制到粗制电缆的外周形成外护层5，护套挤塑机的挤出温度为290℃，获得稀土铝合金电缆；外护层5材料采用聚氯乙烯。

实施例2

实施例2公开了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，稀土铝合金电缆包括由内向外依次设置的稀土铝合金导体1、交联聚乙烯混合物制成的绝缘层2、无纺布材料制成的内衬包带3、复合屏蔽层4和聚氯乙烯材料制成的外护层5，稀土铝合金导体1由al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr和稀土元素组成；复合屏蔽层4包括铜丝编织屏蔽层41和设置在铜丝编织屏蔽层41的外周的铜带屏蔽层42；稀土铝合金导体1的数量为6束，且每束稀土铝合金导体1由34根的稀土铝合金线11绞合而成。

稀土铝合金导体1的组分重量百分比如下：

稀土为ce和la组成的混合稀土且所述稀土各组分重量百分比如下:

ce74wt％

la26wt％。

以上提及到的稀土铝合金变频电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤a：熔炼，将含有al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr、ce和la的稀土铝合金混合材料放入熔化炉熔化，熔化温度设置在1000℃，得到熔体稀土铝合金；

步骤b：铸造，首先将熔体稀土铝合金放在保温炉内静置28min，保温炉的温度设置为760℃；接着将熔体冷却到700℃进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

步骤c：压制拉丝，将铝合金铸锭压制成稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆送入拉丝机拉丝成所需要的直径，利用拉丝机将稀土铝合金杆拉丝成直径为1mm和直径为0.5mm两种规格的粗制稀土铝合金线；

步骤d：退火，将粗制稀土铝合金线进行退火处理，退火炉温度设置为410℃，得到稀土铝合金线11；

步骤e：绞丝，将直径为1mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束主线稀土铝合金导体；将直径为0.5mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束零线稀土铝合金导体；

步骤f：挤制绝缘层2，将以上6束稀土铝合金导体1通入绝缘挤塑机，将绝缘材料挤制在稀土铝合金导体1的外周形成绝缘层2，得到绝缘导体；绝缘挤塑机的温度设置为330℃；绝缘材料采用交联聚乙烯混合物；

交联聚乙烯混合物由交联聚乙烯、氟塑料、硅橡胶和增塑剂组成且重量百分比为：

步骤g：绞合，将6束绝缘导体按规则排列组合(3束火线绝缘导体和3束零线绝缘导体交错排列成圆形，且3束火线绝缘导体两两相嵌)，绞制成缆芯；

步骤h：绕包，在缆芯的外周绕上内衬包带3，得到包带缆芯；内衬包带3采用无纺布；

步骤i：复合屏蔽层4加工，复合屏蔽层4为铜丝编织屏蔽层41和铜带屏蔽层42的复合结构，首先利用编织机对包带缆芯的外周采用直径为0.24mm的铜丝编织形成铜丝编织屏蔽层41且密度设置在85％；接着将加工后的包带缆芯通入纵包模具中，使得铜带连续包裹在绝缘导体上形成铜带屏蔽层42，纵包成型后得到粗制电缆；纵包成型过程中对铜带的两纵向边缘搭接处进行加热，直至两纵向边缘粘接在一起，冷却后铜带形成稳定的管状结构，纵包成型后的铜带搭盖率为30％，加热温度设置在85℃。

步骤j：挤制外护层5，采用护套挤塑机将护层材料挤制到粗制电缆的外周形成外护层5，护套挤塑机的挤出温度为390℃，获得稀土铝合金电缆；外护层5材料采用聚氯乙烯。

实施例3

实施例3公开了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，稀土铝合金电缆包括由内向外依次设置的稀土铝合金导体1、交联聚乙烯混合物制成的绝缘层2、无纺布材料制成的内衬包带3、复合屏蔽层4和聚氯乙烯材料制成的外护层5，稀土铝合金导体1由al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr和稀土元素组成；复合屏蔽层4包括铜丝编织屏蔽层41和设置在铜丝编织屏蔽层41的外周的铜带屏蔽层42；稀土铝合金导体1的数量为6束，且每束稀土铝合金导体1由38根的稀土铝合金线11绞合而成。

稀土铝合金导体1的组分重量百分比如下：

稀土为ce和la组成的混合稀土且所述稀土各组分重量百分比如下:

ce65wt％

la35wt％。

以上提及到的稀土铝合金变频电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤a：熔炼，将含有al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr、ce和la的稀土铝合金混合材料放入熔化炉熔化，熔化温度设置在935℃，得到熔体稀土铝合金；

步骤b：铸造，首先将熔体稀土铝合金放在保温炉内静置23min，保温炉的温度设置为740℃；接着将熔体冷却到688℃进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

步骤c：压制拉丝，将铝合金铸锭压制成稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆送入拉丝机拉丝成所需要的直径，利用拉丝机将稀土铝合金杆拉丝成直径为1mm和直径为0.5mm两种规格的粗制稀土铝合金线；

步骤d：退火，将粗制稀土铝合金线进行退火处理，退火炉温度设置为380℃，得到稀土铝合金线11；

步骤e：绞丝，将直径为1mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束主线稀土铝合金导体；将直径为0.5mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束零线稀土铝合金导体；

步骤f：挤制绝缘层2，将以上6束稀土铝合金导体1通入绝缘挤塑机，将绝缘材料挤制在稀土铝合金导体1的外周形成绝缘层2，得到绝缘导体；绝缘挤塑机的温度设置为310℃；绝缘材料采用交联聚乙烯混合物；

交联聚乙烯混合物由交联聚乙烯、氟塑料、硅橡胶和增塑剂组成且重量百分比为：

步骤g：绞合，将6束绝缘导体按规则排列组合(3束火线绝缘导体和3束零线绝缘导体交错排列成圆形，且3束火线绝缘导体两两相嵌)，绞制成缆芯；

步骤h：绕包，在缆芯的外周绕上内衬包带3，得到包带缆芯；内衬包带3采用无纺布；

步骤i：复合屏蔽层4加工，复合屏蔽层4为铜丝编织屏蔽层41和铜带屏蔽层42的复合结构，首先利用编织机对包带缆芯的外周采用直径为0.22mm的铜丝编织形成铜丝编织屏蔽层41且密度设置在78％；接着将加工后的包带缆芯通入纵包模具中，使得铜带连续包裹在绝缘导体上形成铜带屏蔽层42，纵包成型后得到粗制电缆；纵包成型过程中对铜带的两纵向边缘搭接处进行加热，直至两纵向边缘粘接在一起，冷却后铜带形成稳定的管状结构，纵包成型后的铜带搭盖率为35％，加热温度设置在80℃。

步骤j：挤制外护层5，采用护套挤塑机将护层材料挤制到粗制电缆的外周形成外护层5，护套挤塑机的挤出温度为320℃，获得稀土铝合金电缆；外护层5材料采用聚氯乙烯。

实施例4

实施例4公开了一种稀土铝合金变频电缆及其制造方法，稀土铝合金电缆包括由内向外依次设置的稀土铝合金导体1、交联聚乙烯混合物制成的绝缘层2、无纺布材料制成的内衬包带3、复合屏蔽层4和聚氯乙烯材料制成的外护层5，稀土铝合金导体1由al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr和稀土元素组成；复合屏蔽层4包括铜丝编织屏蔽层41和设置在铜丝编织屏蔽层41的外周的铜带屏蔽层42；稀土铝合金导体1的数量为6束，且每束稀土铝合金导体1由42根的稀土铝合金线11绞合而成。

稀土铝合金导体1的组分重量百分比如下：

稀土为ce和la组成的混合稀土且所述稀土各组分重量百分比如下:

ce70wt％

la30wt％。

以上提及到的稀土铝合金变频电缆的制造方法，包括以下步骤：

步骤a：熔炼，将含有al、zn、mg、cu、si、fe、mn、sr、ce和la的稀土铝合金混合材料放入熔化炉熔化，熔化温度设置在970℃，得到熔体稀土铝合金；

步骤b：铸造，首先将熔体稀土铝合金放在保温炉内静置26min，保温炉的温度设置为750℃；接着将熔体冷却到690℃进行铸造，得到稀土铝合金铸锭；

步骤c：压制拉丝，将铝合金铸锭压制成稀土铝合金杆；将稀土铝合金杆送入拉丝机拉丝成所需要的直径，利用拉丝机将稀土铝合金杆拉丝成直径为1mm和直径为0.5mm两种规格的粗制稀土铝合金线；

步骤d：退火，将粗制稀土铝合金线进行退火处理，退火炉温度设置为400℃，得到稀土铝合金线11；

步骤e：绞丝，将直径为1mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束主线稀土铝合金导体；将直径为0.5mm的稀土铝合金线30根一起进行绞合，重复前面操作2次，得到3束零线稀土铝合金导体；

步骤f：挤制绝缘层2，将以上6束稀土铝合金导体1通入绝缘挤塑机，将绝缘材料挤制在稀土铝合金导体1的外周形成绝缘层2，得到绝缘导体；绝缘挤塑机的温度设置为320℃；绝缘材料采用交联聚乙烯混合物；

交联聚乙烯混合物由交联聚乙烯、氟塑料、硅橡胶和增塑剂组成且重量百分比为：

步骤g：绞合，将6束绝缘导体按规则排列组合(3束火线绝缘导体和3束零线绝缘导体交错排列成圆形，且3束火线绝缘导体两两相嵌)，绞制成缆芯；

步骤h：绕包，在缆芯的外周绕上内衬包带3，得到包带缆芯；内衬包带3采用无纺布；

步骤i：复合屏蔽层4加工，复合屏蔽层4为铜丝编织屏蔽层41和铜带屏蔽层42的复合结构，首先利用编织机对包带缆芯的外周采用直径为0.23mm的铜丝编织形成铜丝编织屏蔽层41且密度设置在83％；接着将加工后的包带缆芯通入纵包模具中，使得铜带连续包裹在绝缘导体上形成铜带屏蔽层42，纵包成型后得到粗制电缆；纵包成型过程中对铜带的两纵向边缘搭接处进行加热，直至两纵向边缘粘接在一起，冷却后铜带形成稳定的管状结构，纵包成型后的铜带搭盖率为40％，加热温度设置在83℃。

步骤j：挤制外护层5，采用护套挤塑机将护层材料挤制到粗制电缆的外周形成外护层5，护套挤塑机的挤出温度为350℃，获得稀土铝合金电缆；外护层5材料采用聚氯乙烯。

将实施例1-4所得的变频电缆进行性能测试，并采用现有的变频电缆作为对比例在相同的测试条件下测试，具体结果如下表所示。

表1为本发明与现有的变频电缆制造方法制备的电缆的对比数据

由表1可以看出，与现有变频电缆相比，本发明中电缆导电率有了明显的提高，且断裂伸长率也增加了30％左右，屏蔽抑制常数也有了相当好的提高，屏蔽抑制常数基本接近于0说明屏蔽效果很好，在通过交流50hz3500v/5分钟电压3500v/5分钟电压现有电缆和本发明中电缆均为被击穿，但在交流50hz4000v电压下现有电缆经过20分钟后被击穿，而本实施例中的所有电缆基本都是经过50分钟左右才被击穿，耐电压冲击性能也有一定的提高。