[发明专利]一种碳纤维复合芯导体线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆导体材料技术领域，具体涉及一种碳纤维复合芯导体线材及其制备方法。

背景技术

目前，随着电力需求的不断增长，电缆作为电能传输的载体其需求量越来越大，对于电缆本身的要求也随之提高。传统的电缆导线多是采用钢芯铝绞线或钢芯铝合金导线，铝导体输送电，钢芯承载传递的负荷。钢芯铝绞线存在如下缺陷：一强度低；二导电率低，载流量小，导线运行中存在钢丝材料引起的磁损和热效应，运行温度高；三线膨胀系数大；四重量重；五不耐腐蚀、重量大；六不耐腐蚀，通过线铝线与镀锌钢线之间存在电化腐蚀的问题。

碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。碳纤维由于具有较高的耐热性和强度，因而以含有碳纤维和碳质基体的碳纤维增强碳复合材料的形式用于需要耐热性、化学稳定性以及强度的各种领域中。

碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维复合芯电缆是传统钢芯铝绞电缆的更新换代产品。这种新型电缆具有一系列优异性能，是电缆的高端产品。此类电缆在电网中已得到实际应用。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种碳纤维复合芯导体线材及其制备方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种碳纤维复合芯导体线材，包括碳纤维复合芯和包裹碳纤维复合芯的金属导电层，所述碳纤维复合芯由以下原料按重量份制得：碳纤维40-70份、玻璃纤维20-35份、聚苯硫醚纳米纤维10-25份、酚醛性氰酸酯树脂15-25份、甲基四氢苯酐8-15份、阴离子促进剂2-4份、粘结剂2-5份、溶剂20-30份。

优选的，所述金属导电层为铝或铜材料制成。

优选的，所述碳纤维复合芯的抗拉强度为2000-3700MPa。

优选的，所述碳纤维为短切碳纤维。

优选的，所述溶剂为丙酮、乙醇、甲苯中的至少一种。

优选的，所述聚苯硫醚纳米纤维的直径为100-500nm。

优选的，所述粘结剂为酚醛树脂。

一种碳纤维复合芯导体线材的制备方法，包括以下步骤：

S1、将碳纤维放在放纱架上分纱，确保每股纤维保持固定张力，纤维根数为10-17根；

S2、在碳纤维上喷涂溶剂，再采用真空孔注胶机进行酚醛性氰酸酯树脂注胶；

S3、将经过注胶的碳纤维通过预成型模进行预成型；

S4、将预成型后的碳纤维和玻璃纤维、聚苯硫醚纳米纤维、甲基四氢苯酐、阴离子促进剂、粘结剂一起进入固化模固化，得到固化的复合碳纤维线；

S5、将多股固化的复合碳纤维线经过旋转缠绕机缠绕，再经旋转缠绕机将多股碳纤维复合线和金属导电层斜向拧合成一体，得到碳纤维复合芯线材；

S6、将碳纤维复合芯线材收卷到收卷盘上，安装到电缆绞线支架上，引入电缆绞线机上，同时将金属导体引入绞线机，按通用电缆绞线机通常的加工方法进行绞线加工，制成碳纤维复合材料芯导线，即可。

优选的，步骤S4所述固化采用两段固化，每段的固化模具长度为270-350mm，一段加热温度为120-140℃，二段加热温度为180-200℃。

本发明提供一种碳纤维复合芯导体线材及其制备方法，与现有技术相比优点在于：

本发明碳纤维复合芯导体线材导电率高、载流量大、抗拉强度高、弛度小、重量轻，普通钢丝的拉伸强度为1200-1400MPa，而碳纤维复合芯导体线材强度是前者的近两倍，抗弯曲强度大，承受弯曲应力时不易破裂，而且在相同的外径下本发明碳纤维复合芯导体线材的截面积为常规导线的1.5倍；

本发明碳纤维复合芯导体线材充分发挥了复合材料的特长，与现有各种导体线材相比，具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、弛度低等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

实施例1：