[發(fā)明專利]一種連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基電纜芯及其制備方法和設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110044103.8
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112885518B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 上海榕融新材料科技有限公司
• 主分類號: H01B7/28
• 分類號: H01B7/28;H01B13/22;H01B7/29
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

本發(fā)明涉及一種連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基電纜芯及其制備方法和設(shè)備；屬于高溫導(dǎo)電材料的制造及設(shè)計(jì)制備技術(shù)領(lǐng)域。所述連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基導(dǎo)電材料包括基體材料、增強(qiáng)體材料、耐高溫涂層、界面層；所述增強(qiáng)體材料為連續(xù)氧化鋁纖維、所述過渡層附著在增強(qiáng)體材料上，所述基體材料通過過渡層與增強(qiáng)體材料構(gòu)成一個(gè)整體。所述制備方法依次包括：氧化鋁預(yù)制體的制備、耐高溫涂料的制備、界面層的制備、復(fù)合材料制備等；在復(fù)合材料制備過程中，本發(fā)明開發(fā)出了適用于機(jī)械增壓的高效、安全生產(chǎn)設(shè)備。本發(fā)明材料成分設(shè)計(jì)合理；制備工藝簡單可控，配套設(shè)備使用安全、高效，所得產(chǎn)品性能優(yōu)良；便于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)氧化鋁纖維增強(qiáng)鋁基電纜芯及其制備方法和設(shè)備；屬于高溫導(dǎo)電材料的制造及設(shè)計(jì)制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)總量持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，能源成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素。電力是能源的主體，電力傳輸是能源傳輸?shù)闹黧w，因此電網(wǎng)安全是國家安全的重要組成部分。2005年我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到5億千瓦，2010年達(dá)到9億千瓦，到2020年我國發(fā)電裝機(jī)預(yù)計(jì)容量已達(dá)到21億千瓦。由于從發(fā)電廠出來的電能需要經(jīng)過長遠(yuǎn)的輸送，才能進(jìn)入千家萬戶；因此節(jié)能、高壽命成為電網(wǎng)建設(shè)過程中對輸電線的基本要求。

對此人們展開了系列研究，如3M創(chuàng)新有限公司就設(shè)計(jì)了一種電纜(專利號：CN101002288)，該電纜具有熱膨脹系數(shù)的縱向的芯；和聚集的多個(gè)導(dǎo)線，其熱膨脹系數(shù)大于所述芯的熱膨脹系數(shù)，其中，所述多個(gè)導(dǎo)線包括至少一種鋁導(dǎo)線、銅導(dǎo)線、鋁合金導(dǎo)線、或銅合金導(dǎo)線，和其中所述多個(gè)導(dǎo)線絞合到所述芯的周圍，和其中所述電纜的應(yīng)力參數(shù)小于0MPa。該電纜的制備方法為：在縱向的芯周圍絞合多個(gè)導(dǎo)線，其中所述多個(gè)導(dǎo)線包括至少一種鋁導(dǎo)線、銅導(dǎo)線、鋁合金導(dǎo)線、或銅合金導(dǎo)線，以使所述芯提供初步絞合的電纜；和使所述初步絞合的電纜經(jīng)受閉式模具作用，其中閉式模具具有內(nèi)徑，其中所述電纜具有外徑，其中模內(nèi)徑是電纜外徑的1.00～1.02倍。但由于該技術(shù)并未涉及到連續(xù)纖維增強(qiáng)體與基體的界面結(jié)合問題、如何優(yōu)化基體組成的問題以及制備設(shè)備的問題；因此其在使用過程還是存在著很多不足。其次，該技術(shù)中使用的是真空浸漬的制備工藝，從目前很多報(bào)道中可得此工藝制備的得到復(fù)合材料中鋁液并未能充分的浸潤氧化鋁纖維，從而導(dǎo)致電纜芯的電導(dǎo)率下降，其在長時(shí)間使用過程中出現(xiàn)分層、脫粘等問題；同時(shí)，該技術(shù)中使用的是氧化鋁纖維束，纖維束在使用制備金屬基的過程中很容易因?yàn)榱W(xué)性能不足而發(fā)生斷絲的現(xiàn)象，其并未研究增強(qiáng)體的編織方式對產(chǎn)品產(chǎn)生的影響，但從后續(xù)試驗(yàn)以及研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)體的編織方式對產(chǎn)品的性能也會(huì)產(chǎn)生很重要的影響。

美國西北大學(xué)的J.T.Blucher教授在Composites Part A上發(fā)表了題為《連續(xù)生產(chǎn)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料電纜線-技術(shù)和產(chǎn)品特征》的論文，文中提到的增強(qiáng)體包括碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維，基體為99.99％的純鋁(包括2024Al 和6061Al兩種系列)，采用壓力浸漬的方法制備，制備了一系列的復(fù)合材料，并進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)表征；但與前述專利中一樣，該論文中并未涉及到連續(xù)纖維增強(qiáng)體與基體的界面結(jié)合問題；其次，由于該論文中僅采用的是純鋁基體，純鋁與氧化鋁纖維的熱膨脹系數(shù)存在較大的差異，導(dǎo)致該方法制備得到的電纜芯基體出現(xiàn)裂紋(如文章中圖8所示)，進(jìn)而會(huì)造成該產(chǎn)品的力學(xué)性能較差、使用壽命不長；同時(shí)，該論文中雖然采用的高壓浸漬的方法制備復(fù)合材料，但由于其加壓方式采用的是氣體加壓，此方法存在壓力控制不穩(wěn)定，很難加到3MPa以上的設(shè)定壓力，同時(shí)，氣體加壓對設(shè)備材質(zhì)和密封性要求非常高，而且由于實(shí)際生產(chǎn)過程中要制備連續(xù)的電纜芯，預(yù)制絲一直在連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，此中加壓方式很容易造成進(jìn)出口鋁液噴出，而不能制備連續(xù)的產(chǎn)品；最后，該論文中也使用的是500～2500根氧化鋁纖維的纖維束，纖維束在使用制備金屬基的過程中很容易因?yàn)榱W(xué)性能不足而發(fā)生斷絲的現(xiàn)象，其并未研究增強(qiáng)體的編織方式對產(chǎn)品產(chǎn)生的影響，但從后續(xù)試驗(yàn)以及研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)體的編織方式對產(chǎn)品的性能也會(huì)產(chǎn)生很重要的影響。因此，采用論文中的方法不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)連續(xù)化生產(chǎn)的要求，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室制備得到的產(chǎn)品力學(xué)性能也不高。

同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中鮮有在機(jī)械加壓條件下(壓力大于等于3MPa)，如何快速、安全制備具有優(yōu)良力學(xué)性能、電學(xué)性能以及使用壽命長的優(yōu)質(zhì)鋁基電纜芯材料的相關(guān)記載。