一种增容导线的制备方法与流程

1.本发明涉及导线技术领域，特别涉及一种增容导线的制备方法。


背景技术：

2.随着经济的发展，社会对环境的日益重视，现有输电线路输送容量逼近上限，而开辟新的输电廊道难度日益加大。因此在长三角等经济发达地区，线路增容改造的需求很大。
3.为了提高经济性以及降低政策处理的难度，增容改造过程中对杆塔的改造量越小越好。这就要求增容导线在大输送容量情况下有较小的弧垂、有较轻的重量。
4.目前国内常用的增容导线有以下几种：钢芯耐热铝合金绞线、铝包殷钢芯耐热铝合金绞线、间隙型耐热铝合金绞线、碳纤维复合芯铝绞线。同时还有国外厂家生产的铝基陶瓷纤维芯铝绞线。
5.钢芯耐热铝合金绞线：芯线为和普通导线(钢芯铝绞线)一致的钢绞线，外层起主要导电作用的铝丝采用耐热铝合金，从而可以提高导线运行的温度。
6.铝包殷钢芯耐热铝合金绞线：芯线为铝包殷钢绞线，改种芯线温度膨胀系数小，但重量和普通钢材一样重；外层绞线为耐热铝合金绞线。从而在较高温度时，导线的弧垂增大幅度较小。
7.间隙型耐热铝合金绞线：该种导线新线为普通钢绞线，外层为耐热铝合金绞线，但是外层绞线和内层绞线之间有较大的间隙，并注入半固体润滑材料。该种导线的热膨胀系数和弹性模量主要取决于钢芯。
8.碳纤维复合芯铝绞线：芯线为树脂基碳纤维和玻璃纤维组成的一个整体芯棒，外层绞线为软铝或者耐热铝合金绞线。
9.铝基陶瓷纤维芯铝绞线：芯线为铝基陶瓷纤维芯绞线，外层绞线为耐热铝合金绞线。
10.钢芯耐热铝合金绞线，和普通钢芯铝绞线相比，在相同输送容量时弧垂基本一致；在增容时其弧垂显著增大，因此对杆塔改造的需求较大，增容工程中实际使用不多。铝包殷钢芯耐热铝合金绞线在增容时弧垂较小，但是钢芯较重，为了保证殷钢芯的安全系数往往采取减小铝合金截面增加殷钢芯截面的方法，从而导线的电阻较大，线路损耗较高；同时导线价格较贵、经济性较差。间隙型耐热铝合金绞线性能优异但结构特殊，施工难度较高，因而很多用户并不希望采用此种导线。碳纤维复合芯铝绞线，性能优异，但又有以下缺点：芯棒易老化寿命短、不可回收对环境不友好、芯棒抗弯折能力差、施工工艺复杂且易使导线受损、芯棒受损易整根断裂，因而近期用户对采用此种导线采取保守态度。陶瓷纤维铝绞线为3m公司在国外生产价的导线，虽然机械性能较为优异(略逊于碳纤维复合芯铝绞线)其价格十分昂贵。
11.以上增容导线中碳纤维复合芯铝绞线、陶瓷纤维铝绞线与本发明的相似性较高。其中碳纤维复合芯铝绞线与本发明的相似之处为都采用了碳纤维这种材料，从而使芯棒有较高的弹性模量和抗拉强度以及较低的温度膨胀系数。碳纤维与本发明的不同点在于：碳
纤导线芯棒是采用环氧树脂热固化而成，近2/3非碳纤维组分，属于热固化产品、老这种复合材料加工较为简易，但易老化，老化寿命理论不足10年。碳纤维导线作为环氧树脂和碳纤维丝的粘合产物，它的老化意味着整根复合芯的崩解，且外层软铝不受力，碳纤维导线会直接断裂，在有缺陷的情况下也容易整根断裂。此种碳纤维芯棒本身存在弯曲和扭转性能差的特性、使得导线的弯曲性能差，对施工技术提出更高的要求，一半的施工技术易使导线受损，增加断裂的可能性。
12.其中陶瓷纤维铝绞线与本发明的相似之处在于：都采用了铝作为金属基底，从而整根导线的抗弯折能力较好、施工较为方便、耐老化、抗电化学腐蚀。其中陶瓷纤维铝绞线与本发明的不同之处在于：陶瓷纤维与熔融铝结合较为容易，而碳纤维直接与熔融铝结合易发生反应使材料特性变差，所以碳纤维和熔融铝结合需要采取覆膜的特殊手段。同时，生产大长度小直径的陶瓷纤维技术难度大，目前只有一家公司掌握，其成本较高。


技术实现要素：

13.本发明解决了相关技术中导线容易老化、不可回收、成本高的问题，提出一种增容导线的制备方法，通过将铝基陶瓷膜碳纤维在铝液中连续拉铸而成铝基陶瓷膜碳纤维单线，若干根铝基陶瓷膜碳纤维单线绞合而成铝基陶瓷膜碳纤维芯线，然后将铝基陶瓷膜碳纤维芯线与若干根耐热铝合金绞线进行绞合得到不容易老化、可回收、成本低的增容导线。
14.为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种增容导线的制备方法，步骤如下：将铝基陶瓷膜碳纤维在铝液中连续拉铸而成铝基陶瓷膜碳纤维单线，若干根铝基陶瓷膜碳纤维单线绞合而成铝基陶瓷膜碳纤维芯线，然后将铝基陶瓷膜碳纤维芯线与若干根耐热铝合金绞线进行绞合。
15.作为优选方案，所述铝基陶瓷膜碳纤维的制备方法如下：
16.s1、制备tio2溶胶：20～30℃温度下，钛酸丁酯/正丁醇溶液和纯冰醋酸混匀，剧烈搅动下滴加正丁醇稀释的二次蒸馏去离子水，得到tio2溶胶；
17.s2、碳纤维超声浸胶：20～30℃温度下，将碳纤维浸入tio2溶胶中，并通过超声波振动器振荡使得碳纤维散开；
18.s3、干燥：浸胶后的碳纤维在干燥炉中干燥处理，干燥温度为40～150℃；
19.s4、煅烧：干燥后的浸胶碳纤维在惰性气体保护下在煅烧炉中经800～1000℃煅烧转化为覆陶瓷膜的碳纤维；
20.s5、超声浸铝：覆陶瓷膜后的碳纤维和铝液放入超声浸铝炉中，通过超声波振动器振荡覆铝；
21.s6、经连续拉铸模具连续拉铸：覆铝后的陶瓷膜碳纤维经过连续拉铸模具铸成圆形预制丝，即铝基陶瓷膜碳纤维。
22.作为优选方案，碳纤维表面有浸润剂时，在进行碳纤维超声浸胶之前要进行碳纤维预处理，使碳纤维经过去胶炉去除表面浸润剂，该过程炉管两端需用惰性气体气封以防止碳纤维氧化。
23.作为优选方案，所述碳纤维由供线轮供线，在制备过程中经过若干绕线轮延伸，最终得到的铝基陶瓷膜碳纤维由收线轮收线。
24.作为优选方案，步骤s1中，得到的tio2溶胶可封装低温保存。
25.作为优选方案，步骤s1中，[ti]《0.4mol/l，[ac]与[ti]的摩尔比为1.5，[h2o]与[ti]的摩尔比为4。
[0026]
作为优选方案，步骤s4中，煅烧时间为15～25min。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0028]
(1)芯线采用金属基材料，金属材料加热可融化，进而可以回收，环境友好；
[0029]
(2)在碳纤维外涂敷陶瓷膜，陶瓷膜的作用是在高温时组织碳纤维与铝液或其他气体成分发生反应，从而使铝基陶瓷膜碳纤维芯既保持了碳纤维的优良机械特性，也具有金属芯线的优点；
[0030]
(3)铝基陶瓷膜碳纤维芯综合了铝基金属芯线和碳纤维芯线的优点：既具有碳纤维抗拉强度大、热膨胀系数小、重量轻的优点；又具有金属铝材料与外层铝线不发生电腐蚀的优点，且相对碳纤维芯棒提高了抗弯折老化性能、耐振性能，且金属基芯棒使施工难度大大降低，易于施工；
[0031]
(4)因所有材料均耐高温，导线耐高温，达到增容目的；
[0032]
(5)因采用铝基陶瓷膜碳纤维材料，导线重量轻，热膨胀系数小，弹性系数小，抗拉强度大，从而减小高温情况下导线弧垂，降低杆塔造价；
[0033]
(6)芯线为金属铝基材料，对比传统树脂基碳纤维耐老化性能、机械性能更为优秀，故障率降低、使用寿命增加；
[0034]
(7)制造流程简单，故造价便宜，低于金属基陶瓷纤维芯导线。
附图说明
[0035]
图1是本发明增容导线的结构示意图；
[0036]
图2是本发明的工艺流程图。
[0037]
图中：
[0038]
1、供线轮，2、去胶炉，3、溶胶浸胶池，4、超声波振动器，5、干燥炉，6、煅烧炉，7、超声浸铝炉，8、连续拉铸模具，9、收线轮，10、绕线轮，11、铝基陶瓷膜碳纤维单线，12、耐热铝合金绞线，ⅰ、覆膜过程，ⅱ、覆铝过程。
具体实施方式
[0039]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0040]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0041]
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部
分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0042]
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0043]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0044]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0045]
实施例1
[0046]
(一)铝基陶瓷膜陶瓷纤维的制备
[0047]
s1、制备tio2溶胶：25℃温度下，在溶胶浸胶池3中将钛酸丁酯/正丁醇溶液和纯冰醋酸混匀，剧烈搅动下滴加正丁醇稀释的二次蒸馏去离子水，得到tio2溶胶，其中，[ti]《0.4mol/l，摩尔比[ac]/[ti]＝1.5，摩尔比[h2o]/[ti]＝4，得到的tio2溶胶可封装低温保存；
[0048]
s2、碳纤维超声浸胶：25℃温度下，将碳纤维浸入溶胶浸胶池3中的tio2溶胶中，并通过超声波振动器4振荡使得碳纤维散开，具体的振荡频率和振荡时间以纤维散开为宜；
[0049]
s3、干燥：浸胶后的碳纤维在100℃环境下经过干燥炉5干燥处理，大约干燥4小时；
[0050]
s4、煅烧：干燥后的浸胶碳纤维在惰性气体保护下经煅烧炉6中900℃煅烧20min转化为覆陶瓷膜的碳纤维；
[0051]
s5、超声浸铝：覆陶瓷膜后的碳纤维和铝液放入超声浸铝炉7中，通过超声波振动器4振荡覆铝，使得铝液均匀的沉积在覆陶瓷膜后的碳纤维表面，具体的振荡时间和振荡频率可以根据实际情况进行调整；
[0052]
s6、经连续拉铸模具8连续拉铸：覆铝后的陶瓷膜碳纤维经过连续拉铸模具8铸成圆形预制丝，从而得到铝基陶瓷膜陶瓷纤维。
[0053]
此外，当碳纤维表面有浸润剂时，在进行碳纤维超声浸胶之前要进行碳纤维预处
理，使碳纤维经过去胶炉2去除表面浸润剂，该过程炉管两端需用惰性气体气封以防止碳纤维氧化。
[0054]
其中，碳纤维由供线轮1供线，在制备过程中经过若干绕线轮10延伸，最终得到的铝基陶瓷膜碳纤维由收线轮9收线。
[0055]
为了提高对碳纤维的保护能力，进而提高铝基陶瓷膜碳纤维芯线的机械性能，可多次覆陶瓷膜以增加陶瓷膜的致密程度和厚度，即重复步骤s3、s4和s5。
[0056]
(二)铝基陶瓷膜陶瓷纤维单线的制备
[0057]
将铝基陶瓷膜碳纤维在铝液中连续拉铸而成铝基陶瓷膜碳纤维单线10。
[0058]
(三)铝基陶瓷膜陶瓷纤维芯线的制备
[0059]
将若干根直径为数微米的铝基陶瓷膜碳纤维单线绞合而成铝基陶瓷膜碳纤维芯线。
[0060]
(四)增容导线的制备
[0061]
将铝基陶瓷膜碳纤维芯线与若干根耐热铝合金绞线11进行绞合，得到增容导线。
[0062]
实施例2
[0063]
(一)铝基陶瓷膜陶瓷纤维的制备
[0064]
s1、制备tio2溶胶：20℃温度下，在溶胶浸胶池3中将钛酸丁酯/正丁醇溶液和纯冰醋酸混匀，剧烈搅动下滴加正丁醇稀释的二次蒸馏去离子水，得到tio2溶胶，其中，[ti]《0.4mol/l，摩尔比[ac]/[ti]＝1.5，摩尔比[h2o]/[ti]＝4，得到的tio2溶胶可封装低温保存；
[0065]
s2、碳纤维超声浸胶：20℃温度下，将碳纤维浸入溶胶浸胶池3中的tio2溶胶中，并通过超声波振动器4振荡使得碳纤维散开，具体的振荡频率和振荡时间以纤维散开为宜；
[0066]
s3、干燥：浸胶后的碳纤维在40℃环境下经过干燥炉5干燥处理，大约干燥8小时；
[0067]
s4、煅烧：干燥后的浸胶碳纤维在惰性气体保护下经煅烧炉6中800℃煅烧25min转化为覆陶瓷膜的碳纤维；
[0068]
s5、超声浸铝：覆陶瓷膜后的碳纤维和铝液放入超声浸铝炉7中，通过超声波振动器4振荡覆铝，使得铝液均匀的沉积在覆陶瓷膜后的碳纤维表面，具体的振荡时间和振荡频率可以根据实际情况进行调整；
[0069]
s6、经连续拉铸模具8连续拉铸：覆铝后的陶瓷膜碳纤维经过连续拉铸模具8铸成圆形预制丝，从而得到铝基陶瓷膜陶瓷纤维。
[0070]
此外，当碳纤维表面有浸润剂时，在进行碳纤维超声浸胶之前要进行碳纤维预处理，使碳纤维经过去胶炉2去除表面浸润剂，该过程炉管两端需用惰性气体气封以防止碳纤维氧化。
[0071]
其中，碳纤维由供线轮1供线，在制备过程中经过若干绕线轮10延伸，最终得到的铝基陶瓷膜碳纤维由收线轮9收线。
[0072]
为了提高对碳纤维的保护能力，进而提高铝基陶瓷膜碳纤维芯线的机械性能，可多次覆陶瓷膜以增加陶瓷膜的致密程度和厚度，即重复步骤s3、s4和s5。
[0073]
(二)铝基陶瓷膜陶瓷纤维单线的制备
[0074]
将铝基陶瓷膜碳纤维在铝液中连续拉铸而成铝基陶瓷膜碳纤维单线10。
[0075]
(三)铝基陶瓷膜陶瓷纤维芯线的制备
[0076]
将若干根直径为数微米的铝基陶瓷膜碳纤维单线绞合而成铝基陶瓷膜碳纤维芯线。
[0077]
(四)增容导线的制备
[0078]
将铝基陶瓷膜碳纤维芯线与若干根耐热铝合金绞线11进行绞合，得到增容导线。
[0079]
实施例3
[0080]
(一)铝基陶瓷膜陶瓷纤维的制备
[0081]
s1、制备tio2溶胶：30℃温度下，在溶胶浸胶池3中将钛酸丁酯/正丁醇溶液和纯冰醋酸混匀，剧烈搅动下滴加正丁醇稀释的二次蒸馏去离子水，得到tio2溶胶，其中，[ti]《0.4mol/l，摩尔比[ac]/[ti]＝1.5，摩尔比[h2o]/[ti]＝4，得到的tio2溶胶可封装低温保存；
[0082]
s2、碳纤维超声浸胶：30℃温度下，将碳纤维浸入溶胶浸胶池3中的tio2溶胶中，并通过超声波振动器4振荡使得碳纤维散开；
[0083]
s3、干燥：浸胶后的碳纤维在150℃环境下经过干燥炉5干燥处理，大约干燥2小时；
[0084]
s4、煅烧：干燥后的浸胶碳纤维在惰性气体保护下经煅烧炉6中1000℃煅烧15min转化为覆陶瓷膜的碳纤维；
[0085]
s5、超声浸铝：覆陶瓷膜后的碳纤维和铝液放入超声浸铝炉7中，通过超声波振动器4振荡覆铝，使得铝液均匀的沉积在覆陶瓷膜后的碳纤维表面，具体的振荡时间和振荡频率可以根据实际情况进行调整；
[0086]
s6、经连续拉铸模具8连续拉铸：覆铝后的陶瓷膜碳纤维经过连续拉铸模具8铸成圆形预制丝，从而得到铝基陶瓷膜陶瓷纤维。
[0087]
此外，当碳纤维表面有浸润剂时，在进行碳纤维超声浸胶之前要进行碳纤维预处理，使碳纤维经过去胶炉2去除表面浸润剂，该过程炉管两端需用惰性气体气封以防止碳纤维氧化。
[0088]
其中，步骤s1中正丁醇可以替换为无水乙醇，冰醋酸可以替换为硝酸。
[0089]
其中，碳纤维由供线轮1供线，在制备过程中经过若干绕线轮10延伸，最终得到的铝基陶瓷膜碳纤维由收线轮9收线。
[0090]
为了提高对碳纤维的保护能力，进而提高铝基陶瓷膜碳纤维芯线的机械性能，可多次覆陶瓷膜以增加陶瓷膜的致密程度和厚度，即重复步骤s3、s4和s5。
[0091]
(二)铝基陶瓷膜陶瓷纤维单线的制备
[0092]
将铝基陶瓷膜碳纤维在铝液中连续拉铸而成铝基陶瓷膜碳纤维单线10。
[0093]
(三)铝基陶瓷膜陶瓷纤维芯线的制备
[0094]
将若干根直径为数微米的铝基陶瓷膜碳纤维单线绞合而成铝基陶瓷膜碳纤维芯线。
[0095]
(四)增容导线的制备
[0096]
将铝基陶瓷膜碳纤维芯线与若干根耐热铝合金绞线11进行绞合，得到增容导线。
[0097]
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。