CN103730203A - 一种复合芯高导电率硬铝导线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合芯高导电率硬铝导线及其制造方法，加工制得高导电硬铝单线，其直径或等效直径为1.50～5.00mm、20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥150MPa、伸长率≥2.5%、导电率≥62%IACS；将多根该高导电硬铝单线与复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于绞线内部、高导电硬铝线位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯高导电率硬铝导线成品，成品中绞合后的各高导电硬铝单线满足20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥136MPa、伸长率≥2.2%、导电率62%IACS～63.5%IACS。本发明将复合芯和硬铝完美结合，并提供了三种具体工艺，生产出来的复合芯高导电率硬铝导线拉断力大、导电性能好、表面硬度较大、敷设时不易擦伤。
Description
技术领域
本发明公开了一种复合芯高导电率硬铝导线及其制造方法，提供一种导电性能好、强度大、方便施工的一种复合芯高导电率硬铝导线及其制造方法。
背景技术
纤维增强树脂基复合导线因其具有质量轻、抗张强度大、耐温高、高比模、线膨胀系数小等特点，在电力输送受到人们的广泛关注及逐步推广应用。
目前纤维增强树脂基复合导线一种主要为纤维增强树脂基复合芯软铝导线。该导线结构为复合芯外采用软铝导体，软铝导体因其电阻率相对普通硬铝导体要低，导电率能达到62.5～63.5%IACS，相对于普通的硬铝线其导电率提高1%～2%。有统计资料显示，导电率提高1%，输电线路的损耗将降低1%左右，因此，为提高电能传输效率通常选择采用复合芯软铝导线。然而软铝导体的一个主要缺点是其质地相对较软，表面硬度相对较低，施工过程中极易造成导线表面擦伤，导致导线表面不光滑，容易产生电晕，从而引起电晕损耗造成电能的浪费；同时，软铝的强度相对较低，软铝的强度一般在50～90MPa，在导线架设和运行过程中铝部分发挥的力较小，导致导线整根拉断力相对较低。
另外一种纤维增强树脂基复合导线为纤维增强树脂基复合芯耐热铝合金导线，该导线结构为在复合芯外部绞合耐热铝合金线，该结构提高了导体的表面硬度和提高了导线的运行温度。但是采用的耐热铝合金线存在以下的缺点：其一，耐热铝合金丝在铝里面添加了一些合金元素，导致导电性能下降，其导电率仅在58%IACS～60%IACS；其二，耐热铝合金线的伸长率在1.5%～2.0%左右，而复合芯的伸长率在2.0～3.0%，由这两种材料组成的复合芯耐热铝合金导线在受拉力时，由于耐热铝合金的伸长率小于复合芯的伸长了，耐热铝合金先达到极限时断裂，而复合芯的强度仅达到50%～70%，而未能完全发挥其额定强度，导致导线整根拉断力偏小。
因此由上述分析可知，现有的两种形式的复合导线均存在着缺点。因此，需要开发一种能实现复合芯和外面的铝导电层完美结合的导线，即能充分发挥复合芯力的性能优势，同时提高铝的导电性能，又要降低敷设时被擦伤的风险，能满足在新建线路、老线路改造中实现大档距、大长度场合下使用的低成本的新型复合导线是业内的研发方向。
发明内容
本发明的第一个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种拉断力大、导电性能好、 表面硬度较大、敷设时不易擦伤的一种新型复合芯高导电率硬铝导线。
实现本发明第一个目的的技术方案是一种新型复合芯高导电率硬铝导线，包括内部的纤维增强树脂基复合芯和外部绞合的高导电率硬铝层；所述外部绞合的高导电率硬铝线的绞合后各单线满足20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥136MPa、伸长率≥2.2%、导电率62%IACS～63.5%IACS；所述高导电率硬铝线可以是圆形线，也可以为型线如：截面为“凹”形、“凸”形、梯形或瓦形，也可以是圆形和型线的组合体，硬铝单线直径或等效直径为1.50～5.00mm；所述绞合的高导电率硬铝线可以采用紧密绞合方式，也可以采用疏绕方式；所述内部的纤维增强树脂基复合芯抗拉强度在1800～3200MPa之间，伸长率在1.5%～3.5%之间；所述内部的纤维增强树脂基复合芯由单一纤维构成或者两种或两种以上纤维材料组合；所述内部的纤维增强树脂基复合芯可以是一根也可以是两根或两根以上。
本发明的第二个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种复合芯高导电率硬铝导线的加工工艺方法：
步骤一：加工制得高导电硬铝单线，硬铝单线性能控制：其直径或等效直径为1.50～5.00mm、20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥150MPa、伸长率≥2.5%、导电率≥62%IACS；
步骤二：将多根高导电硬铝单线与复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于绞线内部，高导电硬铝线位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯高导电率硬铝导线成品，绞合后的成品中各高导电硬铝单线满足20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥136MPa、伸长率≥2.2%、导电率62%IACS～63.5%IACS；
步骤一的实现方法有三种：
方法一：将铝通过连铸连轧工序形成强度为75～100MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线；
方法二：将铝通过连铸连轧工序形成强度为90～130MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线，然后再经200℃～280℃高温热处理，热处理时间20～100min；
方法三：将铝通过连铸连轧形成直径是15mm的铝杆，将铝杆通过康仿挤出至直径为￠5.0～￠8.0mm的铝坯，再将铝坯通过拉丝机拉拔成各种规格、各种形状的铝单线；
所述方法一的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强度为75～100MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆（根据成品铝丝导电率和强度要求的不 一样，高导电率铝杆的性能控制也不一样），将高导电率铝杆通过拉丝机冷拉拔形成各种规格、各种形状的高导电率铝单线；
所述方法二的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强度为90～130MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆（根据成品铝丝导电率和强度要求的不一样，高导电率铝杆的性能控制也不一样），将高导电率铝杆通过拉丝机冷拉拔形成各种规格、各种形状的高导电率铝单线，然后再经200℃～280℃高温热处理，热处理时间20～100min。
所述方法三的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃导体电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强度为85～115MPa、直径￠15mm的铝杆，将铝杆通过康仿挤出至直径为￠5.0～￠8.0mm的铝坯，再将铝坯通过拉丝机拉拔成各种规格、各种形状的铝单线。
所述高导电硬铝绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的优点：（1）现有技术中硬铝不要求伸长率，本发明控制硬铝线的伸长率和强度，同时为了做到高导电也把电阻加了限制，主要目的是里面的复合芯和外面的导电层伸率达到最佳配合，使加强芯和导电层的强度都能充分发挥出来，因此本发明采用复合芯与高导电硬铝结合的结构，因此本发明不仅具有相对常规硬铝及各类铝合金有较高的导电率，而且具有较高的整体拉断力，同时解决了常规纤维增强树脂基复合芯软铝导线表面硬度低,在敷设过程中容易擦伤等问题，其可以满足在各种新建线路或改造线路输电要求，也可满足大档距、大风区等环境恶劣的输电线路要求。
（2）本发明为了将这两种材料发挥最大的力学性能，必须确保外面高导电硬铝的伸长率与复合芯的伸长率同步，因此限制了高导电硬铝丝的电性能、机械强度和伸长率；而为了确保高导电硬铝丝的性能，特别是强度和伸长率，本发明对高导电硬铝丝的生产工艺进行了创新，提供了三种效果非常好的生产工艺。
（3）本发明的结构多样，可以根据使用场合灵活选择。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的复合芯高导电率硬铝导线的第一种结构图。
图2为本发明的复合芯高导电率硬铝导线的第二种结构图。
图3为本发明的复合芯高导电率硬铝导线的第三种结构图。
图4为本发明的复合芯高导电率硬铝导线的第四种结构图。
图5为本发明的复合芯高导电率硬铝导线的第五种结构图。
附图中的标号为：
纤维增强树脂基复合芯1、高导电硬铝绞合层2。
具体实施方式
本发明的生产工艺为：
步骤一：加工制得高导电硬铝单线，硬铝单线性能控制其直径或等效直径为1.50～5.00mm、20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥150MPa、伸长率≥2.5%、导电率≥62%IACS；
步骤一的实现方法有三种：
方法一：将铝通过连铸连轧工序形成强度为75～100MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线；方法一的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强度为75～100MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆（根据成品铝丝导电率和强度要求的不一样，高导电率铝杆的性能控制也不一样），将高导电率铝杆通过拉丝机冷拉拔形成各种规格、各种形状的高导电率铝单线；
方法二：将铝通过连铸连轧工序形成强度为90～130MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的铝单线，然后再经200℃～280℃高温热处理，热处理时间20～100min；方法二的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强度为90～130MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆（根据成品铝丝导电率和强度要求的不一样，高导电率铝杆的性能控制也不一样），将高导电率铝杆通过拉丝机冷拉拔形成各种规格、各种形状的高导电率铝单线，然后再经200℃～280℃高温热处理，热处理时间20～100min。
方法三：将铝通过连铸连轧形成直径是15mm的铝杆，将铝杆通过康仿挤出至直径为￠5.0～￠8.0mm的铝坯，再将铝坯通过拉丝机拉拔成各种规格、各种形状的铝单线；方法三的具体步骤为：将纯度不小于99.80%的铝锭通过熔炼、精炼除杂、微合金化、轧制等过程制得高导电率的铝杆，铝杆20℃导体电阻率不大于0.02750Ω·mm2/m,强 度为85～115MPa、直径￠15mm的铝杆，将铝杆通过康仿挤出至直径为￠5.0～￠8.0mm的铝坯，再将铝坯通过拉丝机拉拔成各种规格、各种形状的铝单线。
步骤二：将多根高导电硬铝单线与复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于绞线内部，高导电硬铝线位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯高导电率硬铝导线成品，绞合后的成品中各高导电硬铝单线满足20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥136MPa、伸长率≥2.2%、导电率62%IACS～63.5%IACS；
高导电硬铝绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
（实施例1）
见图1，本实施例的复合芯高导电率硬铝导线，包括纤维增强树脂基复合芯1外紧密绞合高导电率硬铝圆线构成高导电率硬铝绞合层2。
（实施例2）
见图2，本实施例的复合芯高导电率硬铝导线，包括纤维增强树脂基复合芯1外紧密绞合高导电率硬铝圆线构成高导电率硬铝绞合层2；纤维增强树脂基复合芯1由7根复合芯组成；高导电率硬铝绞合层2由两层组成，一层为紧密绞合的圆形单线，一层为紧密绞合的梯形型线。
（实施例3）
见图3，本实施例的复合芯高导电率硬铝导线，包括纤维增强树脂基复合芯1外紧密绞合高导电率硬铝圆线构成高导电率硬铝绞合层2；高导电率硬铝绞合层2由两层组成紧密绞合的梯形型线构成。
（实施例4）
见图4，本实施例的复合芯高导电率硬铝导线，包括纤维增强树脂基复合芯1外紧密绞合高导电率硬铝圆线构成高导电率硬铝绞合层2；高导电率硬铝绞合层2由四层组成，内部三层为疏绕绞合的梯形型线，外层为紧密绞合的圆形线。
（实施例5）
见图5，本实施例的复合芯高导电率硬铝导线，包括纤维增强树脂基复合芯1外紧密绞合高导电率硬铝圆线构成高导电率硬铝绞合层2；高导电率硬铝绞合层2由三层组成，内部两层为疏绕绞合的圆形线，外层为紧密绞合的圆形线。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合芯高导电率硬铝导线的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：加工制得高导电硬铝单线，硬铝单线性能控制在其直径或等效直径为1.50～5.00mm、20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥150MPa、伸长率≥2.5%、导电率≥62%IACS；
步骤二：将多根高导电硬铝单线与纤维增强树脂基复合芯经框式绞线机按照需要的绞合方式进行绞合，形成纤维增强树脂基复合芯位于内部，高导电硬铝绞合层位于纤维增强树脂基复合芯外部的复合芯高导电率硬铝导线成品，绞合后的各高导电硬铝单线满足20℃导体电阻率为0.027151～0.027800Ω·mm2/m、抗张强度≥136MPa、伸长率≥2.2%、导电率62%IACS～63.5%IACS；
2.根据权利要求1所述的一种复合芯高导电率硬铝导线的制造方法，其特征在于：所述步骤一加工制得高导电硬铝单线的方法为：将铝通过连铸连轧工序形成强度为75～100MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，然后将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的硬铝单线。
3.根据权利要求1所述的一种复合芯高导电率硬铝导线的制造方法，其特征在于：所述步骤一加工制得高导电硬铝单线的方法为：将铝通过连铸连轧工序形成强度为90～130MPa、直径￠9.5mm～12.0mm的铝杆，将铝杆通过拉丝拉拔成各种规格、各种形状的硬铝单线，然后再经200℃～280℃高温热处理，热处理时间20～100min。
4.根据权利要求1所述的一种复合芯高导电率硬铝导线的制造方法，其特征在于：所述步骤一加工制得高导电硬铝单线的方法为：将铝通过连铸连轧形成直径是15mm的铝杆，然后将铝杆通过康仿挤出至直径为￠5.0～￠8.0mm的铝坯，再将铝坯通过拉丝机拉拔成各种规格、各种形状的硬铝单线。
5.根据权利要求1至4之一所述的一种复合芯高导电率硬铝导线的制造方法，其特征在于：所述高导电硬铝绞合层采用紧密绞合方式或者采用疏绕方式。
6.一种复合芯高导电率硬铝导线，其特征在于：由权利要求5所述的方法制得，包括内部的纤维增强树脂基复合芯（1）和外部绞合的高导电率硬铝绞合层（2）。
7.根据权利要求6所述的一种复合芯高导电率硬铝导线，其特征在于：所述导电率硬铝绞合层（2）的硬铝单线为圆形线、或者型线、或者圆形线和型线的组合体；所述硬铝单线直径或等效直径为1.50～5.00mm。
8.根据权利要求7所述的一种复合芯高导电率硬铝导线，其特征在于：所述内纤维增强树脂基复合芯（1）的抗拉强度为1800～3200MPa，伸长率为1.5%～3.5%。
9.根据权利要求8所述的一种复合芯高导电率硬铝导线，其特征在于：所述内部的纤维增强树脂基复合芯（1）由单一纤维构成或者两种或两种以上纤维材料组合；纤 维增强树脂基复合芯（1）为一根或者两根或者两根以上。
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