CN109192366B - 一种高强度漆包线及其导电层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度漆包线及其导电层的制备方法，包括导电芯层，在导电芯层的表面设有加强复合层，在加强复合层的表面设有绝缘漆层，导电芯层包括铝芯层，以及设于铝芯层外壁的纳米银铜合金涂层，在纳米银铜合金涂层的外表面设有抗拉包覆层，在抗拉包覆层外表面设有镀锌第二铜层，在镀锌第二铜层的表面均匀分布有填充凹点，加强复合层本体突出形成凸点嵌合在填充凹点内，并包覆在镀锌第二铜层的表面，其导电层的制备方法是将熔炼导电合金，并经过轧制拉伸得到铝丝螺旋缠绕成规则导电芯线，并在其表面增加一系列的功能层，该漆包线不仅只是通过加强复合层来增加强度，更重要的是通过改变导电芯层本身的结构，来提高漆包线的强度和导电性能。

Description

一种高强度漆包线及其导电层的制备方法

技术领域

本发明涉及漆包线技术领域，具体为一种高强度漆包线及其导电层的制备方法。

背景技术

漆包线是电气设备的重要配件，漆包线是由导电体与涂覆导电体上多层的绝缘漆构成，随着社会电力行业持续快速的发展，给漆包线带来很广阔的市场前景，随之对漆包线有了更高的要求，传统的漆包线大体包括铜导线本体与漆层，这种结构的漆包线通常结构由于过于简单，没有考虑到环境因素的影响，而在一些特殊领域内，通常在安装和实用过程中，或多或少需要对漆包线进行弯折，拉扯等操作，而如果用这种漆包线其制作的大型产品，线体弯折的情况可能导致设备失敏、短路等现象，而这种大型结构产品又通常结构复杂，拆装维护过程耗时费力，这样破损的漆包线会带来严重的后果。

如申请号为201410465691.2，专利名称为一种绝缘复合铝漆包线的发明专利，其主要采用导体、复合漆膜层、铁氟龙包带、尼龙改性玻纤层结合的设计，原料易得，操作简单，相对挤塑型铁氟龙漆包线，不用特意添置高温挤出机，可以在通用设备上完成制备，容易实现产业化，三层绝缘漆包线绝缘电压高，因外护套复合尼龙具有出众的耐磨性为高速自动卷线提供可能，同时绝缘电压高，可以省去绝缘胶带、绝缘隔层，采用三层绝缘保护，没有针孔现象。

现有技术中，主要是针对于漆包线的绝缘性能、导电性能、还有强度性能进行改善，上述专利虽然解决了绝缘性能，但是却不能兼顾导电性能的提升，随着社会需求及要求越来越高，常规的性能提升已不能满足需求。现有技术中，导电性能一般通过铜包铝或镀银的方式来解决，再进一步也是在这两者工艺上进行改善，并不能从本质上提升其导电性能。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足， 本发明提供一种高强度漆包线及其导电层的制备方法，该漆包线不仅只是通过加强复合层来增加强度，更重要的是通过改变导电芯层本身的结构，来提高漆包线的强度和导电性能，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高强度漆包线，包括导电芯层，在所述导电芯层的表面设有加强复合层，在所述加强复合层的表面设有绝缘漆层，所述导电芯层包括铝芯层，以及设于铝芯层外壁的纳米银铜合金涂层，在所述的纳米银铜合金涂层的外表面设有抗拉包覆层，在所述的抗拉包覆层外表面设有镀锌第二铜层，在所述镀锌第二铜层的表面均匀分布有若干填充凹点，所述加强复合层本体突出形成凸点嵌合在所述填充凹点内，并紧密包覆在所述镀锌第二铜层的表面。

进一步地，所述铝芯层是通过多根铝丝绞合成规则的长圆柱形状而形成，且所述纳米银铜合金涂层将由于绞合形成在铝芯层表面的细微沟槽填充完整。

进一步地，所述纳米银铜合金涂层的制备方法为：

首先，以导电玻璃板为阴极，银板为阳极，在阳极和阴极之间设有放置铝芯层的中空槽柱；

然后，配置电解液，将电解液加入中空槽柱内，并且将铝芯层也置于中空槽柱内，保证铝芯层完全浸在电解液中；

设置沉积电位-1.2V，在室温下进行沉积，边沉积边转动铝芯层，使电沉积形成的纳米银铜合金在铝芯层表面形成纳米银铜合金涂层。

进一步地，所述电解液的制备：在烧杯中加入30ml的二次去离子水，然后加入0.0185g的硝酸银和0.0125g的Cu(NO₃)₂ ^.3H₂O，用玻璃棒搅拌均匀。

进一步地，所述抗拉包覆层由多根碳纤维丝先后按顺时针和逆时针螺旋缠绕在所述纳米银铜合金涂层表面。

进一步地，所述加强复合层包括溶胶层，所述溶胶层形成凸点嵌合在所述填充凹点内，在所述溶胶层上采用高强度的加强丝编织成加强网丝层。

进一步地，所述加强复合层的形成方法为：先采用高强度的加强丝在镀锌第二铜层的表面编织成加强网丝层，然后在加强网丝层表面加入液状的溶胶，并通过挤压冷却形成溶胶层。

另外本发明还设计了一种高强度漆包线导电层的制备方法，包括如下步骤：

步骤100、熔炼导电合金，并经过轧制、拉伸得到所需规格的铝丝；

步骤200、将铝丝螺旋缠绕绞合成规则形状的导电芯线；

步骤300、在导电芯线表面通过电解方式形成导电辅助层；

步骤400、在导电辅助层表面采用高强度纤维编织成用于增加拉伸性能防止导电芯线断裂的抗拉包覆层；

步骤500、在抗拉包覆层表面编织形成具有防锈功能且增加强度的复合层。

进一步地，所述导电辅助层为纳米银铜合金涂层，所述纳米银铜合金涂层通过在导电玻璃板上通过滴加电解液电解形成。

进一步地，所述复合层是首先在抗拉包覆层上通过电解方式增加镀锌铜层，然后在镀锌铜层表面将加强丝采用编织的方式而形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明漆包线在导电芯层的表面和绝缘漆层之间增加了加强复合层，其作用是增加漆包线的强度，该漆包线不仅只是通过加强复合层来增加强度，更重要的是通过改变导电芯层本身的结构，来提高漆包线的强度和导电性能，在导电芯层的外壁设有纳米银铜合金涂层，既结合了铜包铝线的优点，以及镀银铜线的高导电性能，又相比现有技术中铜包铝线和镀银铜线两种方式更突出，解决了两种现有技术的缺点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的绝缘漆层结构示意图。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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：

如图1所示，本发明提供了一种高强度漆包线，包括导电芯层1，在所述导电芯层1的表面设有加强复合层2，在所述加强复合层2的表面设有绝缘漆层3，所述导电芯层1包括铝芯层101，以及设于铝芯层101外壁的纳米银铜合金涂层102，在所述的纳米银铜合金涂层102的外表面设有抗拉包覆层103，在所述的抗拉包覆层103外表面设有镀锌第二铜层104，在所述镀锌第二铜层104的表面均匀分布有若干填充凹点，所述加强复合层2本体突出形成凸点嵌合在所述填充凹点内，并紧密包覆在所述镀锌第二铜层104的表面。

采用上述结构的漆包线，目的是为了满足现有技术中对于漆包线的强度和导线性能越来越高的要求，本发明提供的漆包线在导电芯层1的表面和绝缘漆层3之间增加了加强复合层2，其作用是增加漆包线的强度，该漆包线不仅只是通过加强复合层2来增加强度，更重要的是通过改变导电芯层1本身的结构，来提高漆包线的强度和导电性能，其具体作用机理如下：

导电芯层1采用常规的铝芯层作为中心导线层，但是在导电芯层1的外壁设有纳米银铜合金涂层102，既结合了铜包铝线的优点，以及镀银铜线的高导电性能，又相比现有技术中铜包铝线和镀银铜线两种方式更突出，解决了两种现有技术的缺点。

其一，铜包铝线虽然增强了导电性能和漆包线的焊接性，但是由于铝线的导电性能是铜线的三分之2左右，由此可见，铜包铝线在导电性能上的增幅并不是很大，而且导热性、耐蚀性和抗氧化性能较差；

其二、采用镀银铜线的方式，虽然具有高导电性能、耐蚀性和抗氧化性等，但是，铜和银的成本要比铝线昂贵的多，而且镀银铜线的镀银层极易与空气中的硫化氢等物质产生化学反应，使银层变暗发黑生成硫化银等产物，硫化银不仅影响银层表面外观，还严重影响了该产品的焊接性能和在高频射频电缆中的信号传输，严重时会增加镀银层表面电阻，除此之外，光照、空气中的高温都容易对镀银层产生较大的影响，因此，必须在镀银铜铜线表面采取一定的措施才能解决。

而本实施方式中所增加的纳米银铜合金涂层102，作为涂层，其银和铜的使用量是远比镀银铜线的使用量要少得多，成本低，却能满足高导电性能、以及各项优越的物理性能和化学性能，而且具有纳米效应，这是现有中的铜包铝线和镀银铜线所不能比拟的性能。

在本实施方式中，所述纳米银铜合金涂层102的制备方法为：

首先，以导电玻璃板为阴极，银板为阳极，在阳极和阴极之间设有放置铝芯层101的中空槽柱；

然后，配置电解液，将电解液加入中空槽柱内，并且将铝芯层101也置于中空槽柱内，保证铝芯层101完全浸在电解液中；

设置沉积电位-1.2V，在室温下进行沉积，边沉积边转动铝芯层101，使电沉积形成的纳米银铜合金在铝芯层101表面形成纳米银铜合金涂层102。

为了方便铝芯层101的转动，可以在铝芯层101的两端配套机械自动化设备，使其按照设定的转速在中空槽柱内转动。

为了方便大量制取具有纳米银铜合金的铝芯层101，可以通过设定机械自动化设备定时对铝芯层101施加一个拉力，是其从一端将已经形成有纳米银铜合金涂层102的铝芯层101拉出中空槽柱，将未形成纳米银铜合金涂层102的铝芯层101置于中空槽柱的电解液中，在该方式中，需要通过实验获取，在铝芯层101表面电解形成一定厚度纳米银铜合金涂层102的时间，从而设定机械自动化设备施加拉力的间隔时间。

为了使得铜合金涂层102更容易贴附在铝芯层101表面，可以在铝芯层101上通入微弱电流。

采用该方法制取的纳米银铜合金涂层102具有纳米效应，采用电合成的方法，以导电玻璃板为负极，银板为阳极，在恒电位下生长出纳米银铜合金，在铝芯层101微弱电流和转动的作用下，纳米银铜合金慢慢吸附在铝芯层101上。

在本实施方式，铝芯层101是通过多根铝丝绞合成规则的长圆柱形状而形成，且所述纳米银铜合金涂层102将由于绞合形成在铝芯层101表面的细微沟槽填充完整，沟槽是由于铝丝绞合后相互之间形成的缝隙，以及不整齐的表面。

电解液的制备：在烧杯中加入30ml的二次去离子水，然后加入0.0185g的硝酸银和0.0125g的Cu(NO₃)₂ ^.3H₂O，用玻璃棒搅拌均匀。

在本实施方式中，抗拉包覆层103由多根碳纤维丝先后按顺时针和逆时针螺旋缠绕在纳米银铜合金涂层102表面，具体的，可以先将若干根碳纤维丝顺时针螺旋缠绕在纳米银铜合金涂层102表面，并且碳纤维丝微小嵌入纳米银铜合金涂层102外表面，然后将相同数量的碳纤维丝逆时针螺旋缠绕在纳米银铜合金涂层102表面，并且与顺时针螺旋缠绕的碳纤维丝交叉形成紧密贴附在纳米银铜合金涂层102表面的抗拉包覆层103。

通过该方式形成的抗拉包覆层103既将纳米银铜合金涂层102完美的包覆起来，由于由碳纤维丝微小的嵌入纳米银铜合金涂层102的外表面，因此，能使得纳米银铜合金涂层102具有抗拉包覆层103的抗拉伸和高强度的特性，不容易断裂。

其中，碳纤维丝可以在纳米银铜合金涂层102电解形成后，完全冷却硬化之前通过机械设备螺旋缠绕在其表面。

在本实施方式中，加强复合层2也采用了与抗拉包覆层同样的作用机理，其包括溶胶层201，所述溶胶层201形成凸点嵌合在所述填充凹点内，在所述溶胶层201上采用高强度的加强丝编织成加强网丝层202；是先采用高强度的加强丝在镀锌第二铜层104的表面编织成加强网丝层202，然后在加强网丝层202表面加入液状的溶胶，并通过挤压冷却形成溶胶层201。

其中加强丝能够根据强度的要求调整层数，即采用单层或者多层，加强丝材料采用碳纤维丝或者芳纶丝或者卡夫拉布。

通过该方式形成的加强复合层2，具有极高的强度，相比现有技术中直接添加加强筋等结构，具有更高的稳定性和抗拉伸性能，也就使得整个漆包线具有更高的强度。

如图2所示，绝缘漆层3包括依次设置的聚氨酯纤维漆涂层301、聚酰胺-酰亚胺漆涂层302和聚酯树脂纤维漆涂层303、芳纶丝编织层304和云母带绕包层305，所述改性聚氨酯纤维漆涂层301涂覆在上述导电芯层1上。

在该实施方式中，主要是采用聚氨酯纤维漆涂层、聚酰胺-酰亚胺漆涂层和聚酯树脂纤维漆涂层作为绝缘部分，相比现有常用的聚氨酯或聚酯树脂类的材料作为绝缘部分，重点提出了将聚酰胺-酰亚胺漆涂层作为绝缘部分的中间层，其将具有耐热性的芳杂亚胺环基团和具有柔性的酰胺基团结合起来，从而使其具有优良的耐热性、介电性、机械性能以及稳定的化学物理性能，虽然聚氨酯或聚酯树脂类的漆层也具备绝缘性能，是常用的漆包线绝缘漆，但是，这样的绝缘层缺乏耐热性和稳定性能，一般需要对漆包线再增加增加耐热性的材料层结构，本发明将制备的聚酰胺-酰亚胺漆涂层与聚氨酯纤维漆涂层、聚酯树脂纤维漆涂层结合作为绝缘漆层，在化学或物理各个性能方面都有很高的提升。

其中，聚酰胺-酰亚胺漆涂层的制备方法包括如下步骤：

步骤100、制备酰亚胺预聚物溶液；

首先，在三口烧瓶中依次N-甲基吡咯烷酮和偏苯三酸酐，略微升温使其溶解，再加入4,4′-二苯甲烷二异氰酸酯进行化学反应；

然后，调节化学反应的初始温度在70～90 ℃，反应时间为2～3h；

再次升温至120～140℃使二者充分反应至酸值恒定，调整偏苯三酸酐与 4,4′-二苯甲烷二异氰酸酯的摩尔比并保持固含量恒定, 得到酰亚胺预聚物溶液。

步骤200、制备封闭型异氰酸酯；

在三口烧瓶中加入N-甲基吡咯烷酮、4,4′-二苯甲烷二异氰酸酯及封闭剂进行反应，反应过程中每隔20～40分钟取样检测三口烧瓶中残余—NCO 基团的含量直至为零。

步骤300、将等量的酰亚胺预聚物溶液与封闭型异氰酸酯溶液搅拌混合均匀并配制成漆。

现有技术中一般是通过酰氯路线和二异氰酸酯路线来合成酰亚胺预聚物，这样的合成方式，前者工艺流程长，酰氯及衍生物存储稳定性差，特别是生产过程中放出HCl气体，污染环境，腐蚀设备，后者简化了操作过程，但其仍存在两点不足：即产物中有高活性的异氰酸根使漆的存储性不好，产物分子量过大，造成漆的粘度过大，导致大量消耗溶剂且涂装困难，本实施方式采用低聚的酰亚胺预聚物和封闭型异氰酸酯混合配制成漆，完全解决了上述问题。

所述芳纶丝编织层（304）是所述聚酯树脂纤维漆涂层（303）在进行冷却时半固态下，将芳纶丝螺旋缠绕编织在所述聚酯树脂纤维漆涂层（303）的表面，所述芳纶丝编织层（304）有部分嵌入在上述聚酯树脂纤维漆涂层（303）的表面内。

通过该方式，能将作为防火部分的芳纶丝编织层304和云母带绕包层305直接融合在绝缘部分，作为一个整体，不容易脱落，还具有良好的抗拉伸性能，也增加了整个漆包线的强度。

实施例2：

如图2所示，本发明提供了一种高强度漆包线导电层的制备方法，其中导电层可以是实施例1中的导电芯层，具体包括如下步骤：

步骤100、熔炼导电合金，并经过轧制、拉伸得到所需规格的铝丝；

步骤200、将铝丝螺旋缠绕绞合成规则形状的导电芯线；

步骤300、在导电芯线表面通过电解方式形成导电辅助层；

步骤400、在导电辅助层表面采用高强度纤维编织成用于增加拉伸性能防止导电芯线断裂的抗拉包覆层；

步骤500、在抗拉包覆层表面编织形成具有防锈功能且增加强度的复合层。

导电辅助层为纳米银铜合金涂层，所述纳米银铜合金涂层通过在导电玻璃板上通过滴加电解液电解形成。

复合层是首先在抗拉包覆层上通过电解方式增加镀锌铜层，然后在镀锌铜层表面将加强丝采用编织的方式而形成。

在该方法中，通过在以铝芯为导电中心层的常规基础上，通过电解的方式形成纳米银铜合金涂层来增加导电性能，相比现有技术中的铜包铝线和镀银铜线，既包含了两者的特性，又解决两者各自存在的问题，在降低成本的前提下，具有更高的导电性能；另外通过采用编织的方式，形抗拉拉包覆层和增加强度的复合层，使得整个漆包线具有更高的抗拉性能和强度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种高强度漆包线，包括导电芯层（1），其特征在于，在所述导电芯层（1）的表面设有加强复合层（2），在所述加强复合层（2）的表面设有绝缘漆层（3），所述导电芯层（1）包括铝芯层（101），以及设于铝芯层（101）外壁的纳米银铜合金涂层（102），在所述的纳米银铜合金涂层（102）的外表面设有抗拉包覆层（103），在所述的抗拉包覆层（103）外表面设有镀锌第二铜层（104），在所述镀锌第二铜层（104）的表面均匀分布有若干填充凹点，所述加强复合层（2）本体突出形成凸点嵌合在所述填充凹点内，并紧密包覆在所述镀锌第二铜层（104）的表面；

所述铝芯层（101）是通过多根铝丝绞合成规则的长圆柱形状而形成，且所述纳米银铜合金涂层（102）将由于绞合形成在铝芯层（101）表面的细微沟槽填充完整；

所述加强复合层（2）包括溶胶层（201），所述溶胶层（201）形成凸点嵌合在所述填充凹点内，在所述溶胶层（201）上采用高强度的加强丝编织成加强网丝层（202）；

所述加强复合层（2）的形成方法为：先采用高强度的加强丝在镀锌第二铜层（104）的表面编织成加强网丝层（202），然后在加强网丝层（202）表面加入液状的溶胶，并通过挤压冷却形成溶胶层（201）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度漆包线，其特征在于：所述纳米银铜合金涂层（102）的制备方法为：

首先，以导电玻璃板为阴极，银板为阳极，在阳极和阴极之间设有放置铝芯层（101）的中空槽柱；

然后，配置电解液，将电解液加入中空槽柱内，并且将铝芯层（101）也置于中空槽柱内，保证铝芯层（101）完全浸在电解液中；

设置沉积电位-1.2V，在室温下进行沉积，边沉积边转动铝芯层（101），使电沉积形成的纳米银铜合金在铝芯层（101）表面形成纳米银铜合金涂层（102）。

3.根据权利要求2所述的一种高强度漆包线，其特征在于：所述电解液的制备：在烧杯中加入30ml的二次去离子水，然后加入0.0185g的硝酸银和0.0125g的Cu(NO₃)₂ ^.3H₂O，用玻璃棒搅拌均匀。

4.根据权利要求1所述的一种高强度漆包线，其特征在于：所述抗拉包覆层（103）由多根碳纤维丝先后按顺时针和逆时针螺旋缠绕在所述纳米银铜合金涂层（102）表面。

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