本发明涉及一种复合输电导线的制造方法， 尤其涉及一种碳纳米管复合输 电导线的制造方法。

背景技术

传统架空线路的输电导线多为钢芯铝绞线， 在实际使用中存在诸多问题： 如： 1 ) 增强钢芯大为提高了导线的重量， 因此需要架空线路杆塔之间的档距要 短或增强杆塔的强度， 否则杆塔的负载能力不够， 故而线路成本增加； 2) 存在 的磁损和热效应使线路的输电损耗大； 3 ) 钢芯的线膨胀系数大， 工况的变化使 导线的弧垂变化大， 使得架空线路的绝缘空间走廊大； 4)铝线与镀锌钢芯之间 的电化学腐蚀降低了导线的使用寿命。

随着我国经济的高速发展， 电力工业的建设呈突飞猛进的趋势， 对架空输 电导线提出了更高的要求。 为克服钢芯铝绞线的缺陷， 目前已出现了碳纤维复 合芯导线， 如中国专利 CN1649718, CN201237921等， 利用碳纤维增强树脂基 复合材料取代传统的钢芯， 具有高比强度、 耐高温、 耐疲劳、 低驰度、 线膨胀 系数小等特点， 在输电导线中优势日益突出。 但是， 这类导线依然采用的是传 统铝基材料绞线， 强韧性、 导电性等综合性能依然不理想，

对于纤维增强复合材料而言， 决定其性能的一个关键因素是长径比。 碳纳 米管作为一维纳米材料， 巨大的长径比 （一般在 1000: 1 以上） 使其有望用作 坚韧的碳纤维， 无论强度还是韧性都远远优于任何纤维， 因此被认为是未来的 "超级纤维"， 碳纳米管在输电导线中的应用， 从理论角度， 性能远远超过碳纤 维复合芯导线， 而且碳纳米管可直接添加到铝基体中改善其综 合性能。 但是， 与纳米相固有的物理、 化学特性相关， 纳米相增强复合材料的制各较普通复合 材料的制备要复杂和困难的多。 比如- 目煎国内外碳纳米管 /铝基复合材料的制 备主要采用粉末冶金法、 熔体浸渍法、 原位合成法、 高能球磨法、 快速凝固法、 化学镀法、 等离子喷射成型法等， 这些方法都需要预先制备碳纳米管与铝基体 的粉体混合物， 碳纳米管在基体中的分散受到制约， 且高能球磨等方法还会造 成碳纳米管完美结构的破坏， 从而削弱复合材料优异的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管复合输电 导线的制造方法， 所制备的 单股输电导线铝基体晶粒细小、 碳纳米管分散均习且基本沿线取向， 有利于发 挥碳纳米管复合材料的优点， 改善铝导线强韧性并提高沿线方向电导率，'� �少 输电损耗等。

本发明是这样来实现的，其特征是将占总质量 1%〜7%的多壁碳纳米管粉末 填充在电工铝块上均匀钻好的小孔内， 将两块已添加多壁碳纳米管粉末的铝块 以盲孔法向相反的方式层叠在一起， 使多壁碳纳米管粉末能被包裹其中， 然后 通过摩檫挤压工艺， 即形成一中间有高速旋转摩擦头、 摩擦头周边有细小缝隙 的金属流动通道， 将高速旋转的摩擦头插入已添加多壁碳纳米管 粉末的铝块中， 在挤压棒挤压作用下， 已添加多壁碳纳米管粉末的铝块挤向摩擦头并 被破碎通 过金属流动通道， 摩擦头的旋转速度为 480-720r/min， 挤压棒挤压速度 24-36mm/min, 获得碳纳米管 /铝基复合材料， 将碳纳米管 /铝基复合材料进入连 轧机组连续轧成杆， 复合材料进轧温度 500°C〜60(rC， 出轧温度为 150°C〜350 °C， 经过连轧后在连续、 高速铝合金拉线机上进行拉线， 拉线速度为 20-30m/s， 经过 13道次的拉线， 拉制成所需要的碳纳米管 /铝基复合材料圆线， 最后， 在绞 线机上进行绞制， 经过退扭消应力装置， 获得单股碳纳米管复合输电导线。 本 发明碳纳米管复合输电导线的制作工艺如图 1所示。

本发明的优点是： 1 ) 摩擦挤压有利于碳纳米管与基体金属的复合， 使其在 基体中分散均匀， 可大幅度提高材料的力学和热学性能， 铝基体经过摩擦挤压 作用， 晶粒得到细化， 也有利于其强度和韧性的改善， 因此无需采用钢芯或复 合芯增强来提高导线强度， 可以大大减轻导线的重量， 同时， 可以克服钢芯线 磁损引起的热效应， 消除铝线与镀锌钢芯之间的双金属腐蚀， 减少输电损失并 提高导线耐蚀性能； 导线线膨胀系数小， 抵抗热变形性能强， 可以降低温度对 弧垂变化的影响， 改善弛度特性， 提高架空线路的安全性和降低线路施工成本；

2) 经过连轧和多道次的拉线， 有助于碳纳禾管沿轴向取向， 基于碳纳米管超强 的导电性和复合材料电导率的各向异性， 有利于提高导线沿线方向电导率， 进 一步减少输电损耗； 3 ) 不同于大多数碳纤维复合芯输电导线中使用碳 纤维树脂 基复合芯， 碳纳米管直接与铝基体复合， 工艺相对简单， 不会存在复合芯与铝 绞线由于种种原因而松动、 打滑等现象。 .

本发明适用于碳纳米管复合输电导线的制造。

附图说明

图 1为本发明工艺流程图；

图 2为碳纳米管填充示意图；

图 3为旋转摩擦挤压复合化过程示意图 _;

图中图号： 1是挤压型腔； 2是复合产物； 3是塑性化金属； 4是摩擦头； 5 是原材料 （CNT _S ); 6是铝板。

具体实施方式 碳纳米管粉末 5填充在电工铝块 6上均匀钻好的小孔内， 将两块已添加多壁碳 纳米管粉末 5的铝块 6以盲孔法向相反的方式层叠在一起， 使多壁碳纳米管粉 末 5能被包裹其中，然后将高速旋转的摩擦头 4插入己添加多壁碳纳米管粉末 5 的铝块中， 摩擦头的旋转速度为 480r/min， 挤压棒挤压速度 24mm/min， 获得碳 纳米管 /铝基复合材料 2，将碳纳米管 /铝基复合材料 2进入连轧机组连续轧成杆， 复合材料进轧温度 500 °C， 出轧温度为 150 ::， 经过连轧后在连续、 高速铝合金 拉线机上进行拉线， 拉线速度为 20m/s， 经过 13道次的拉线， 拉制成所需要的 碳纳米管 /铝基复合材料圆线， 最后， 在绞线机上进行绞制， 经过退扭消应力装 置， 获得单股碳纳米管复合输电导线。 结果表明， 所制备的碳纳米管复合输电 导线抗拉强度平均值可达到 255MPa， 导电率平均 50.3%IACS (单线直径 4.63mm) , 相比实测的普通电工铝导线 （抗拉强度平均 215MPa， 导电率平均 49.8%IACS ) 有一定的提高。

实施例 2 .

如图.2和图 3所示， 本发明实施例是这样来实现的， 将占总质量 5%的多壁 碳纳米管粉末 5填充在电工铝块 6上均匀钻好的小孔内， 将两块已添加多壁碳 纳米管粉末 5的铝块 6以盲孔法向相反的 式层叠在一起， 使多壁碳纳米管粉 末 5能被包裹其中，然后将高速旋转的摩擦头 4插入己添加多壁碳纳米管粉末 5 的铝块中， 摩擦头的旋转速度为 600r/min， 挤压棒挤压速度 30mm/min， 获得碳 纳米管 /铝基复合材料 2，将碳纳米管 /铝基复合材料 2进入连轧机组连续轧成杆， 复合材料进轧温度 55(TC， 出轧温度为 200°C：， 经过连轧后在连续、 高速铝合金 拉线机上进行拉线， 拉线速度为 25m/s， 经过 13道次的拉线， 拉制成所需要的 碳纳米管 /铝基复合材料圆线， 最后， 在绞 ¾机上进行绞制， 经过退扭消应力装 置， 获得单股碳纳米管复合输电导线。 结果表明， 所制备的碳纳米管复合输电 导线抗拉强度平均值可达到 321MPa， 导电率平均 51.2%IACS， 而实测的普通电 工铝导线抗拉强度平均 215MPa， 导电率平均 49.8°/。IACS (单线直径 4.63mm)。

实施例 3

如图 2和图 3所示， 本发明实施例是这 来实现的， 将占总质量 7%的多壁 碳纳米管粉末 5填充在电工铝块 6上均勾钻好的小孔内， 将两块已添加多壁碳 纳米管粉末 5的铝块 6以盲孔法向相反的方式层叠在一起， 使多壁碳纳米管粉 末 5能被包裹其中， 然后将高速旋转的摩擦头 4插入已添加多壁碳纳米管粉末 的铝块中， 摩擦头 4的旋转速度为 720r/min， 挤压棒挤压速度 36mm/min， 获得 碳纳米管 /铝基复合材料 2， 将碳纳米管 /铝基复合材料 2进入连轧机组连续轧成 杆， 复合材料进轧温度 600Ό， 出轧温度为 350°C， 经过连轧后在连续、 高速铝 合金拉线机上进行拉线， 拉线速度为 30m/s:, 经过 13道次的拉线， 拉制成所需 要的碳纳米管 /铝基复合材料圆线， 最后， 在绞线机上进行绞制， 经过退扭消应 力装置， 获得单股碳纳米管复合输电导线。 结果表明， 所制备的碳纳米管复合 输电导线抗拉强度平均值可达到 346MPa， 导电率平均 51.5%IACS， 而实测的普 通电工铝导线抗拉强度平均 215MPa， 导电率平均 49.8%IACS (单线直径 4.63mm ) o 本实施例为最佳实施例， 所获得的碳纳米管 /铝基复合材料， 其制备 的碳纳米管复合输电导线抗拉强度和导电率均 为最佳。