专利名称：一种铝基碳纤维复合材料芯导线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种架空输电线路用导线，具体涉及一种铝基碳纤维复合材料芯 导线，属于架空导线制造领域。
背景技术：
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。近年来我国工农业生产迅猛发展，部分 地区的电力线路已经跟不上发展的需要，急需改造，但基于投资成本和投资时间 的约束，使如何利用有效的走廊资源提高输电容量成为电力建设的一大课题。对 于一般采用的提高电压等级、改造线路或使用大截面导线等方法，都可能解决短 暂的问题，但这些方法的采用也带来了很多问题，如必须更换原来的杆塔设备、 提高绝缘水平、新征土地、而且要研究可行的实施方案。这些问题不仅带来经济 上的巨大投入，而且经常在时间上也满足不了线路增容的迫切需求。因此，探索 新的导线线型、以高效低耗地传送电能是我国电力科技工作者的不断追求。
美国CTC公司于2003年推出了型号为ACCC的复合材料合成导线，它的芯线 是由碳纤维和玻璃纤维混合制成的单根芯棒，外层与邻外层铝线股为梯形截面。 这种新型导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、电导率高、线膨胀系数小、 耐腐蚀使用寿命长等优点。我国已经进口 CTC公司的ACCC导线至少500公里， 目前ACCC导线只能进口，其价格约为普通导线的3倍，这样就增加了电网改造 的成本。ACCC导线整体上无疑是一种性能优良的新型架空输电导线，但也有其 自身的弱点，碳纤维芯的抗剪强度很低，延伸率小，应力应变关系曲线近乎直线， 没有塑性平台，从这个意义上，碳纤维芯是一种脆性材料，导线在承受弯曲应力 时容易破裂。并且由于碳纤维和玻璃纤维膨胀系数相差近10倍导致ACCC导线的 内芯在高温形变时产生热应力，当降至常温时发生残余变形出现"竹节"现象。
发明内容
本发明是针对ACCC复合材料合成导线存在的缺陷，提供一种铝基碳纤维复合材料芯导线，它是导电率更高、强度更大、更耐高温并且没有"竹节"现象的 新型架空导线，而且利用现有的杆塔设备在短时间内即可实现电网的改造。
本发明的技术方案是 一种铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯及其 外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在导线内芯周围，其特征在于采用铝基碳 纤维复合材料作为导线内芯，其中碳纤维的表面镀有铜镀层，导线内芯中碳纤维 体积百分比为1-2%、铜体积百分比为1.2-1.5%,其余为工业原铝。
如上所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线内芯中碳纤维体 积百分比为2%、铜体积百分比为1.5%，其余为工业原铝。
如上所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线总截面积为 349. 4咖2 -1469. 5,2，导线内芯截面积为39. 8mm2 -87. 7mm2。
本发明的有益效果是本发明采用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，代替 ACCC导线树脂基碳纤维复合材料内芯，与ACCC导线相比，本发明具有以下的一 些特征
1、 没有"竹节"现象。由于金属铝基在高温时相比玻璃纤维延伸率较低， 与碳纤维延伸率相差不太大，因此不会出现"竹节"现象。
2、 电导率高。由于金属铝基比树脂基体具有更高的导电性，因此本发明导 线具有比ACCC导线更好的导电性能。
3、 抗弯曲强度大。由于金属铝基比树脂基体具有更高的强度并且金属铝的 力学性能是各向同性的，因此用铝基碳纤维复合材料具有更高的抗弯曲强度，承 受弯曲应力时不易破裂。
4、 抗拉强度大。由于金属铝基比树脂基体具有更高的机械强度，因此本发 明导线具有比ACCC导线更高的抗拉强度。铝基碳纤维复合材料的抗拉强度是一 般钢丝抗拉强度的L93倍，是高强度钢丝的1.7倍。这样可以提高杆、塔之间 的跨距，降低工程成本。
5、 更耐高温。由于金属铝基比树脂基体更耐高温，因此本发明导线具有比 ACCC导线更高的耐热性。
图1本发明实施例铝基碳纤维复合材料芯导线结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。 图l中标记的说明l一铝基碳纤维复合芯，2—铝合金导体。 如图1所示，本发明实施例由铝基碳纤维复合芯1和外层铝合金导体2组成， 铝合金导体2铰合在铝基碳纤维复合芯1周围，铝合金导体2截面可以是梯形或 圆形或其它形状;导线总截面积349. 4mm2 -1469. 5mm2，铝基碳纤维复合芯1 截面积39.8國2 -87. 7薩2，在铝基碳纤维复合芯1中，碳纤维体积百分比占 1-2% ，铜体积百分比占1.2-1.5% ，其余为工业原铝，其中碳纤维的表面镀有 铜镀层。
本发明实施例利用金属具有高强度、高耐热性、优异的导电导热性及抗老化 等性能的特点，用铝代替传统的环氧树脂作为基体，高性能碳纤维为增强体开发 性能优异的导线的复合芯。将得到的铝基碳纤维复合芯与铝合金导体绞合便得到 了铝基碳纤维复合导线。根据碳纤维与金属铝基配比的不同，可以制备出具有不 同力学性能的复合芯，如密度、抗拉强度、弹性模量等。
由于铝熔体与碳纤维的润湿性不是很好，因此首先对碳纤维的表面进行预处 理，釆用高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化，除去碳纤维表面的有机胶膜，增大碳纤 维的比表面积，改善碳纤维的疏水性，提高其表面粗糙度，并对碳纤维进行敏化、 活化处理。
接着在碳纤维的表面进行镀铜处理来改善碳纤维与铝液的润湿性。在碳纤维 的表面镀上具有一定厚度、均匀的铜镀层，增强了碳纤维与金属铝基的界面结合 力。对碳纤维先进行化学镀铜再电镀铜，即解决了碳纤维束的黑心问题，又可获 得较厚的镀层，使镀层与碳纤维的结合力更好。将镀铜碳纤维浸泡在1%硼酸溶 液中，大大降低了铜的氧化程度，解决了在高温复合过程中碳纤维表面铜镀层的 氧化难题。
釆用熔体搅拌法将经过表面处理的碳纤维与金属铝液制备成铝基碳纤维复 合材料，先将铝熔化，利用机械搅拌搅动液体金属，使铝熔体强烈流动形成旋涡， 依靠旋涡的负压抽吸作用将经过抗氧化处理的镀铜碳纤维加入到铝熔体中，均匀 分布，最后形成复合材料。将得到的铝基碳纤维复合芯1与铝合金导体2铰合便 得到铝基碳纤维复合导线。
权利要求
1、一种铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在导线内芯周围，其特征在于采用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，其中碳纤维的表面镀有铜镀层，导线内芯中碳纤维体积百分比为1-2％、铜体积百分比为1.2-1.5％，其余为工业原铝。
2、 根据权利要求1所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于导线内芯中碳纤维体积百分比为2%、铜体积百分比为1.5%，其余为工业原铝。
3、 根据权利要求1或2所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于-导线总截面积为349. 4咖2 -1469. 5咖2，导线内芯截面积为39. 8mm2 -87. 7mm2。
全文摘要
本发明涉及一种铝基碳纤维复合材料芯导线，它是一种导电率更高、强度更大、耐高温并且没有“竹节”现象的新型架空导线，并可利用现有的杆塔设备在短时间内即可实现线路的增容。本发明利用铝基碳纤维复合材料作为导线内芯，代替ACCC导线树脂基碳纤维复合材料内芯，在复合内芯的外层铰合铝合金导体。本发明利用金属比树脂基体具有更高的强度、耐热性、导电导热性及抗老化性能的特点来制备比树脂基复合材料性能更为优异的导线复合内芯。对碳纤维采取高温灼烧除胶和过硫酸铵氧化以及敏化、活化，并在纤维表面镀铜等一系列表面处理手段解决了铝熔体与碳纤维润湿不良，界面结合强度低的问题从而制得铝基碳纤维复合材料内芯导线。
文档编号H01B5/10GK101620894SQ20091006274
公开日2010年1月6日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者飞 刘, 冰 张, 柳欢欢, 军 赵 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司