一种碳纤维复合导线的制作方法
【专利摘要】本发明属于电力材料领域，公开了一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得：步骤1）制备物料A，步骤2）制备物料B，步骤3）制备物料C，步骤4）制备物料D，步骤5）制备碳纤维复合导线。本发明碳纤维复合导线重量轻、耐腐蚀，使用寿命长，较好的解决了铝导线长期运行的老化问题，使用寿命明显高于普通导线，应用范围广泛。
【专利说明】
一种碳纤维复合导线
技术领域
[0001] 本发明属于电力材料领域，具体涉及一种碳纤维复合导线。
【背景技术】
[0002] 碳纤维(carbon fiber，简称CF)，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维 的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石 墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢 铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳 材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
[0003] 架空输电导线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来， 架空导线主要使用钢芯铝绞线。钢芯铝绞线存在如下缺陷：一是强度低;二是导电率低，载 流量小，导线运行中存在钢丝材料引起的磁损和热效应，运行温度高;三是线膨胀系数大； 四是重量重;五是不耐腐蚀、重量大;五是不耐腐蚀，通过线铝线与镀锌钢线之间存在电化 腐蚀的问题。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的钢芯铝绞线存在的缺陷，本发明提供了一种高导电率、力学 性能好、质量轻、耐腐蚀耐高温的碳纤维复合导线。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下： 一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得： 步骤1)制备物料A:取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800 °C煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A; 步骤2)制备物料B:将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡 略烧酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60°C、相对湿度为80 %的湿热环境中6小 时，最后冷却至室温，即得物料B;其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的 质量比为1:1:2; 步骤3)制备物料C:将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min 搅拌5min，然后预热到100°C，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂 中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纤维以 及双酸A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35; 步骤4)制备物料D:将铝在600°C下保温30min，升温至700 °C，然后加入锗、钽、钇、铼、 钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为lOmin，然后升温至740°C，再将物料 C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟;保温，静置3分钟得到物料 D;其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1_ 2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50; 步骤5)制备碳纤维复合导线:将物料D注入结晶器进行连铸连乳，控制铸坯进入乳机的 温度为500 °C-560 °C，乳机出口处合金杆温度为300 °C-320 °C ;合金杆经拉丝得到合金线;将 合金线进行退火处理，退火温度350°C，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。 [0006] 优选地，纳米二氧化娃和纳米氧化错的粒径均为50-100nm。
[0007] 本发明取得的有益效果主要包括： 本发明制备的碳纤维复合导线重量轻、耐腐蚀，使用寿命长，较好的解决了铝导线长期 运行的老化问题，使用寿命明显高于普通导线，应用范围广泛;本发明制得的碳纤维复合导 线具备高电导率，优良的力学性能、耐热耐腐蚀性能等优点，可使杆、塔之间的跨距增大、高 度降低、同样容量线路成本比普通导线低;本发明中稀土金属改善了导线中晶体的组织结 构，提高了加工性能和耐腐蚀性能;本发明对纳米材料进行了改性，提高了其与树脂材料和 碳纤维材料的相容性;本发明碳纤维进行了改性和修饰，提高导线芯的工作温度，保证导电 率，减轻导线芯重量，耐磨损耐疲劳，与合金材料的相容性更好;本发明合金材料配伍合理， 制备工艺简单可行，通过控制工艺参数，改善了应力作用对导体组织的不利影响，使得导线 的耐挠曲疲劳特性提高。
[0008]
【具体实施方式】
[0009] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具 体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出 创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0010] 实施例1 一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得： 步骤1)制备物料A:取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700°C 煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A; 步骤2)制备物料B:将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡 略烧酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60°C、相对湿度为80 %的湿热环境中6小 时，最后冷却至室温，即得物料B;其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的 质量比为1:1:2; 步骤3)制备物料C:将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min 搅拌5min，然后预热到100°C，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂 中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纤维以 及双酸A型环氧树脂的质量比为4:3:7:25; 步骤4)制备物料D:将铝在600°C下保温30min，升温至700 °C，然后加入锗、钽、钇、铼、 钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为lOmin，然后升温至740°C，再将物料 C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟;保温，静置3分钟得到物料 D;其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200:1:1:1:1:1:2:3: 4:4:6:30; 步骤5)制备碳纤维复合导线:将物料D注入结晶器进行连铸连乳，控制铸坯进入乳机的 温度为500°C，乳机出口处合金杆温度为300°C ;合金杆经拉丝得到合金线;将合金线进行退 火处理，退火温度350°C，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。
[0011] 其中，纳米二氧化娃和纳米氧化错的粒径均为50nm。
[0012] 实施例2 一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得： 步骤1)制备物料A:取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于800°C 煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A; 步骤2)制备物料B:将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡 略烧酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60°C、相对湿度为80 %的湿热环境中6小 时，最后冷却至室温，即得物料B;其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的 质量比为1:1:2; 步骤3)制备物料C:将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min 搅拌5min，然后预热到100°C，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂 中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纤维以 及双酸A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35; 步骤4)制备物料D:将铝在600°C下保温30min，升温至700 °C，然后加入锗、钽、钇、铼、 钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为lOmin，然后升温至740°C，再将物料 C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟;保温，静置3分钟得到物料 D;其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为300: 2:2: 2: 2:2: 3:5: 7:7:9:50; 步骤5)制备碳纤维复合导线:将物料D注入结晶器进行连铸连乳，控制铸坯进入乳机的 温度为560°C，乳机出口处合金杆温度为320°C ;合金杆经拉丝得到合金线;将合金线进行退 火处理，退火温度350°C，退火时间20分钟，自然冷却，即得碳纤维复合导线。
[0013] 其中，纳米二氧化娃和纳米氧化错的粒径均为lOOnm。
[0014] 实施例3 1. 导电率试验： 将实施例1-2制备的碳纤维复合导线进行导电率实验，按照国标GB/T12966-2008的测 试方法进行检测，其结果如表1所示： 表1
2. 力学试验： 将实施例1-2制备的导线进行室温拉伸实验，按照国标GB/T228-2002制成标准拉伸试 样，在拉伸速度为0.5mm/min，30KN拉力试验机上拉伸，测量长度为50mm，测定抗拉强度、延 伸率，其结果如表2所示： 表2
3.耐热耐腐蚀试验： 将实施例1制备的导线进行耐热性能测试，用200°C保温240小时，抗拉强度保持率在 98.3%，延伸率保持率在97.4%，导电率维持在98.6%。
[0015]将实施例1制备的导线进行耐腐蚀性能测试，置于10%的氯化钠溶液240小时，抗拉 强度保持率在99.7%，延伸率保持率在99.4%，导电率维持在99.3% 以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描 述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精 神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种碳纤维复合导线，其按照如下方法制备而得： 步骤1)制备物料A，步骤2 )制备物料B，步骤3 )制备物料C，步骤4 )制备物料D，步骤5 )制 备碳纤维复合导线。2. 根据权利要求1所述的导线，其特征在于，所述导线按照如下方法制备而得： 步骤1)制备物料A:取石墨放入坩埚中，置于马弗炉中煅烧，在氮气的保护下，于700-800 °C煅烧3min，取出，粉碎成粉末状，得到物料A; 步骤2)制备物料B:将纳米二氧化硅和纳米氧化铝混合搅拌均匀，然后添加到聚乙烯吡 略烧酮中，300转/min搅拌5min，然后置于温度为60 °C、相对湿度为80 %的湿热环境中6小 时，最后冷却至室温，即得物料B;其中，纳米二氧化硅、纳米氧化铝以及聚乙烯吡咯烷酮的 质量比为1:1:2; 步骤3 )制备物料C:将物料A、物料B以及碳纤维依次添加到高速搅拌器中，1000转/min 搅拌5min，然后预热到100°C，静置3min，得到混合料，将混合料再浸入到双酚A型环氧树脂 中，通过赋形模头以丝条的形式将其拉出并切碎，得到物料C;其中，物料A、物料B、碳纤维以 及双酸A型环氧树脂的质量比为4-7:3-5:7-12:25-35; 步骤4)制备物料D:将铝在600°C下保温30min，升温至700°C，然后加入锗、钽、钇、铼、 钒、钼、锌、锰、铬、钛，进行熔炼形成合金液，熔炼时间为lOmin，然后升温至740°C，再将物料 C投入到合金液中，同时采用电磁搅拌器搅拌，搅拌时间为8分钟;保温，静置3分钟得到物料 D;其中，铝、锗、钽、钇、铼、钒、钼、锌、锰、铬、钛以及物料C的质量比为200-300:1-2:1-2:1_ 2:1-2:1-2:2-3:3-5:4-7:4-7:6-9:30-50; 步骤5)制备碳纤维复合导线:将物料D注入结晶器进行连铸连乳，控制铸坯进入乳机的 温度为500 °C-560 °C，乳机出口处合金杆温度为300 °C-320 °C ;合金杆经拉丝得到合金线;将 合金线进行退火处理，退火温度350°C，退火时间20分钟，自然冷却，即得。3. 根据权利要求2所述的导线，其特征在于，优选地，所述纳米二氧化硅和纳米氧化铝 的粒径为IOOnm。
【文档编号】H01B13/00GK105895263SQ201610261670
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】孙运东, 闫加允
【申请人】国网山东省电力公司莒南县供电公司, 莒南县美达电力实业有限公司