一种铝基碳纤维复合材料芯导线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了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，导线内芯采用铝基碳纤维复合材料制成；导线内芯的外表面设置铜镀层，所述镀铜层外包裹有热解碳层，所述热解碳层包裹在铝合金导体的里面；铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为2～5%，铜镀层体积百分比为1.2～1.5%，热解碳层体积百分比1～10%，其余为工业原铝。本发明的铝基碳纤维复合材料芯导线没有“竹节”现象，电导率高、抗弯曲强度大、抗拉强度大、更耐高温、耐热。
【专利说明】 一种铝基碳纤维复合材料芯导线
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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己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。
[0003]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。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】
[0004]本发明的目的在于提供一种铝基碳纤维复合材料芯导线，以克服现有技术的ACCC复合材料合成导线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”现象的缺陷。
[0005]为了实现上述目的，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，导线内芯采用铝基碳纤维复合材料制成；导线内芯的外表面设置铜镀层，所述镀铜层外包裹有热解碳层，所述热解碳层包裹在铝合金导体的里面；铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为2?5%，铜镀层体积百分比为1.2?1.5%，热解碳层体积百分比I?10%，其余为工业原铝。
[0006]作为对上述技术方案的改进，铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为3%，铜镀层体积百分比为1.5%，热解碳层体积百分比5%，其余为工业原铝。
[0007]作为对上述技术方案的改进，所述热解碳层具有完整的三维石墨晶体结构，晶体尺寸La彡150nm,石墨晶粒的取向高度一致。
[0008]作为对上述技术方案的改进，所述热解碳层与镀铜层、铝合金导体紧密结合，界面清晰干净，热解碳层的晶面与导线内芯的碳纤维的晶面平行。
[0009]与现有技术相比，本发明的铝基碳纤维复合材料芯导线具有如下优点:
1、没有“竹节”现象。由于金属铝基、镀铜层在高温时相比玻璃纤维延伸率较低，与碳纤维、热解碳层的延伸率相差不太大，因此不会出现“竹节”现象。
[0010]2、电导率高。由于金属铝基、镀铜层比树脂基体具有更高的导电性，因此本发明的导线具有更好的导电性能。
[0011]3、抗弯曲强度大。由于镀铜层、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。
[0012]4、抗拉强度大。由于镀铜层、金属铝基比树脂基体具有更高的机械强度，因此本发明的导线具有更高的抗拉强度。铝基碳纤维复合材料的抗拉强度是一般钢丝抗拉强度的3倍，是高强度钢丝的2倍。这样可以提高杆、塔之间的跨距，降低工程成本。
[0013]5、更耐高温。由于镀铜层、金属铝基比树脂基体更耐高温，因此本发明的导线具有更高的耐热性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的铝基碳纤维复合材料芯导线的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图及具体的实施例对本发明作进一步地说明。
[0016]如图1所示，本发明的铝基碳纤维复合材料芯导线，包括导线内芯I及其外层的铝合金导体4，铝合金导体4铰合在导线内芯I周围，导线内芯I采用铝基碳纤维复合材料制成；导线内芯I的外表面设置铜镀层2，所述镀铜层2外包裹有热解碳层3，所述热解碳层3包裹在铝合金导体4的里面；铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为2?5%，铜镀层2体积百分比为1.2?1.5%，热解碳层3体积百分比I?10%，其余为工业原铝。
[0017]铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为3%，铜镀层2体积百分比为1.5%，热解碳层3体积百分比5%，其余为工业原铝。
[0018]所述热解碳层3具有完整的二维石墨晶体结构，晶体尺寸La ^ 150nm,石墨晶粒的取向高度一致。
[0019]所述热解碳层3与镀铜层2、铝合金导体4紧密结合，界面清晰干净，热解碳层3的晶面与导线内芯I的碳纤维的晶面平行。
[0020]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【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，导线内芯采用铝基碳纤维复合材料制成；导线内芯的外表面设置铜镀层，所述镀铜层外包裹有热解碳层，所述热解碳层包裹在铝合金导体的里面；铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为2?5%，铜镀层体积百分比为1.2?1.5%，热解碳层体积百分比I?10%，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:铝基碳纤维复合材料芯导线中碳纤维体积百分比为3%，铜镀层体积百分比为1.5%，热解碳层体积百分比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:所述热解碳层具有完整的二维石墨晶体结构，晶体尺寸La ^ 150nm,石墨晶粒的取向闻度一致。
4.根据权利要求3所述的铝基碳纤维复合材料芯导线，其特征在于:所述热解碳层与镀铜层、铝合金导体紧密结合，界面清晰干净，热解碳层的晶面与导线内芯的碳纤维的晶面平行。
【文档编号】H01B9/00GK104517674SQ201310463295
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】韦强启, 张洪涛, 韩爱芝, 刘守明, 李现春, 姜新斌, 祝炳臣, 史宏伟, 苗雪鹏, 梁晓东, 王桂花 申请人:国家电网公司, 河南省电力公司周口供电公司, 河南科信电缆有限公司