专利名称：一种碳纤维复合导线芯及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纤维复合导线芯及其制备方法。
背景技术：
随着近些年国民经济的快速发展，电力需求的迅速增加，电力输送走廊的增加与日亦紧张的土地资源之间矛盾不断加剧，如何提高输电线路走廊单位土地面积的输送容量、节约走廊用地，减少输电线路对环境的影响、降低建设投资，是电力基础建设必须关注的一个问题。同时部分早期建成的输电线路的输送能力已经不能满足日益增长的输送负荷要求，需要进行增容改造，而这些线路由于受到土地、路径、拆迁及赔偿等因素影响，新开辟线路通道日益困难，且政策处理难度高，建设工期长，工程投资大。因此，采用新技术和新材料，在原有设施基础上，通过更换导线来实现增容目的成为了最佳选择。现有的导线多采用金属材料，具有耗电量大，热转化效率低，易烧断，易损耗，使用寿命短，很难满足在恶劣环境下耐长久且高导电率等要求。·
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维复合导线芯、其制备方法及其包含它的导线。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种碳纤维复合导线芯，包括铝合金柱体和均匀分布在铝合金柱体中、带有二氧化硅涂层的碳纤维。发明人认为将碳纤维表面涂布二氧化硅涂层，可改善纤维与铝合金熔体的润湿性能，从而提高导线芯的强度、降低线损率、提高导电率。为了保证导线芯的强度和导电率，所述的二氧化硅涂层的厚为40_60nm。为了使用方便，所述的铝合金柱体为圆柱体。为了提高导线芯的工作温度，保证导电率，减轻导线芯重量，所述碳纤维的直径为5-8 μ m0为了保证导线芯性能的同时，减轻导线芯的重量，所述碳纤维和铝合金的密度分别为I. 7-1. 9克/立方厘米和2. 6-2. 8克/立方厘米。包含所述的碳纤维复合导线芯的导线。所述的碳纤维复合导线芯的制备方法，其特征在于包括如下步骤A、将碳纤维上涂布二氧化硅涂层，固化；B、将步骤A所得物料预热至温度为400°C -500°C ；C、将步骤B所得物料置于模具中，用铝合金熔体浇注于模具中，挤压浸渗将铝合金熔体浸渗到纤维间隙，成型，得铝合金包裹碳纤维的碳纤维复合导线芯。为了保证涂布质量，同时方便省工，步骤A中涂布方法为将碳纤维浸溃在硅溶胶中进行表面涂布，使固化后二氧化硅涂层的厚为40-60nm。为了保证导线芯的强度，步骤C中浇注温度为740_780°C。
为了保证导线芯的质量，步骤C中成型时，压力为10MPa_50MPa，保压时间为l-3min。本发明所得导线芯，强度高，比一般钢芯的抗拉强度几乎高I倍，比高强度钢芯的抗拉强度高40%，因此有利于直线管、耐张线夹与导线的压接强度；线损低、导电率高，不存在钢丝材料引起的磁损热效应，输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6% ;弧垂小，导线与常规导线相比具有显著的低弛度特性，允许工作温度高；载流量大，相同质量时碳纤维芯导线的铝材截面为常规ACSR (钢芯铝绞线)导线的I. 29倍，增加了导电面积；重量轻，碳纤维和铝合金的密度分别为I. 8克/立方厘米和2. 7克/立方厘米；耐腐蚀，使用寿命长，延缓了导线的老化，延长了导线的使用寿命。
图I为本发明导线芯横截面结构示意图。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例I如图I所示的碳纤维复合导线芯，包括铝合金柱体I和均匀分布在铝合金柱体I中、带有50nm厚二氧化硅涂层2的碳纤维3 ;铝合金柱体为圆柱体；碳纤维的直径为7 μ m ;碳纤维和铝合金的密度分别为I. 8克/立方厘米和2. 7克/立方厘米。上述的碳纤维复合导线芯的制备方法，包括如下步骤A、将碳纤维浸溃在硅溶胶中进行表面涂布，使固化后二氧化硅涂层的厚为40_60nm,固化；
B、将步骤A所得物料预热至温度为400°C -500°C ；C、将步骤B所得物料置于模具中，用铝合金熔体浇注于模具中，挤压浸渗将铝合金熔体浸渗到纤维间隙，成型，得铝合金包裹碳纤维的碳纤维复合导线芯，浇注温度为750°C，成型时，压力为40MPa，保压时间为2min。将上述的碳纤维复合导线芯外套上绝缘层得导线。以河南郑州恒发电材有限公司的普通强度级钢芯铝绞线、高强度级钢芯铝绞线为对比例，比较结果如下(I)强度高比一般钢芯的抗拉强度几乎高I倍，比高强度钢芯的抗拉强度高40%，因此有利于直线管、耐张线夹与导线的压接强度。(2)线损低、导电率高不存在钢丝材料引起的磁损热效应，输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。(3)弧垂小导线与常规导线相比具有显著的低弛度特性。(4)允许工作温度高，载流量大相同质量时本发明碳纤维芯导线的铝材截面为钢芯铝绞线的I. 29倍，增加了导电面积。(5)重量轻本发明碳纤维和铝合金的密度分别为I. 8克/立方厘米和2. 7克/立方厘米。
(6)耐腐蚀， 使用寿命长延缓了导线的老化，延长了导线的使用寿命。
权利要求
1.一种碳纤维复合导线芯，其特征在于包括铝合金柱体和均匀分布在铝合金柱体中、带有二氧化硅涂层的碳纤维。
2.如权利要求I所述的碳纤维复合导线芯，其特征在于所述的二氧化硅涂层的厚为40_60nmo
3.如权利要求I或2所述的碳纤维复合导线芯，其特征在于所述的铝合金柱体为圆柱体。
4.如权利要求I或2所述的碳纤维复合导线芯，其特征在于所述碳纤维的直径为5-8 μ m0
5.如权利要求I或2所述的碳纤维复合导线芯，其特征在于所述碳纤维和铝合金的 密度分别为I. 7-1. 9克/立方厘米和2. 6-2. 8克/立方厘米。
6.包含权利要求I至5任意一项所述的碳纤维复合导线芯的导线。
7.权利要求I至5任意一项所述的碳纤维复合导线芯的制备方法，其特征在于包括如下步骤 A、将碳纤维上涂布二氧化硅涂层，固化； B、将步骤A所得物料预热至温度为400°C-500°C ； C、将步骤B所得物料置于模具中，用铝合金熔体浇注于模具中，挤压浸渗将铝合金熔体浸渗到纤维间隙，成型，得铝合金包裹碳纤维的碳纤维复合导线芯。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于步骤A中涂布方法为将碳纤维浸溃在硅溶胶中进行表面涂布，使固化后二氧化硅涂层的厚为40-60nm。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于步骤C中浇注温度为740-780°C。
10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于步骤C中成型时，压力为10MPa-50MPa，保压时间为l_3min。
全文摘要
本发明公开了一种碳纤维复合导线芯、其制备方法及其包含它的导线。一种碳纤维复合导线芯，包括铝合金柱体和均匀分布在铝合金柱体中、带有二氧化硅涂层的碳纤维。本发明所得导线芯，强度高，比一般钢芯的抗拉强度几乎高1倍，比高强度钢芯的抗拉强度高40%；线损低、导电率高，不存在钢丝材料引起的磁损热效应，输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%；弧垂小，导线与常规导线相比具有显著的低弛度特性，允许工作温度高；载流量大，相同质量时碳纤维芯导线的铝材截面为常规ACSR导线的1.29倍；重量轻，碳纤维和铝合金的密度分别为1.8克/立方厘米和2.7克/立方厘米；耐腐蚀，使用寿命长。
文档编号H01B13/00GK102903416SQ20121035544
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者左洪运, 李险峰 申请人:左洪运