CN112151212B - 一种光纤复合碳纤维导线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤复合碳纤维导线，所述的光纤复合碳纤维导线由内向外依次为碳纤维复合芯、软铝圆线层、软铝型线层、屏蔽层和外护层，软铝圆线层中一根软铝圆线由光纤单元替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油70‑80%、稠化剂6‑15%、防锈剂1‑5%、黏附剂0.5‑2%、乙丙橡胶0.5‑2%、改性纳米氮化硼5‑10%和2,6‑二叔丁基对甲酚0.1‑1%。本发明光纤油膏耐热性和稳定性好，防止光纤被氧化或者腐蚀，避免了输送电流对光纤单元的影响，所得光纤复合碳纤维导线截流量大。

Description

一种光纤复合碳纤维导线
技术领域
本发明电力导线技术领域，具体涉及一种光纤复合碳纤维导线。
背景技术
光纤复合碳纤维导线是一种既能输送电能，又兼顾信号传输、导线温度的在线监测、信息交流等功能的新型导线，可精确掌握导线温度变化曲线和信息交换功能，从而增大输电线路的容量功能，提高输电线路运行的可靠性。现有的光纤复合碳纤维导线运行温度高（一般120-150℃），输送电流对光纤单元造成大的影响，为了防止输送电流对光纤单元的影响，常将光纤单元植入导线内层，光纤单元的光纤松套管内填充光纤油膏，对光纤松套管内的光纤起衬垫作用，防止外力的冲击，还能防止空气中的潮气侵蚀光纤。
公开号为CN11696718A的中国发明专利申请公开了一种输电线路碳纤维芯光电复合导线及其生产方法，属于导线技术领域。输电线路碳纤维芯光电复合导线，包括中心层和依次设置在所述中心层外部的第一层、第二层和第三层，所述中心层为单根圆形碳纤维复合芯，所述第一层由多根梯形碳纤维复合芯构成，所述第二层由光单元和多根铝单线构成，所述第三层由多根铝单线构成，所述第三层的外部依次包覆阻水层、钢带和外护层。该发明输电线路碳纤维芯光电复合导线用于改善复合导线的综合性能。但是，该专利所得输电线路碳纤维芯光电复合导线碳纤维复合芯强度一般，线路截流量小。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种光纤复合碳纤维导线。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光纤复合碳纤维导线，由内向外依次为碳纤维复合芯、软铝圆线层、软铝型线层、屏蔽层和外护层，软铝圆线层中一根软铝圆线由光纤单元替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油70-80%、稠化剂6-15%、防锈剂1-5%、黏附剂0.5-2%、乙丙橡胶0.5-2%、改性纳米氮化硼5-10%和2,6-二叔丁基对甲酚0.1-1%。
优选地，所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：20-50超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
优选地，所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
优选地，所述的基础油为矿物油、二甲基硅油或者聚α-烯烃。
优选地，所述的稠化剂为石蜡、有机膨润土、气相二氧化硅和苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物中一种或几种。
优选地，所述的防锈剂为石油磺酸钡、石油磺酸钠和羊毛脂中一种或几种。
优选地，所述的黏附剂为聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯和乙烯/丙烯共聚物中一种或几种。
优选地，所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型，所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为35-45%、30-40%和20-30%。
优选地，所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
优选地，所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
本发明的积极有益效果：
1. 本发明光纤油膏在基础油中加入改性纳米氮化硼，提高了光纤油膏的耐热性和稳定性，还减少了因导线运行温度升高引起的导线弧垂的变化对光纤的拉力不均匀造成的光纤破坏；黏附剂为高分子聚合物，加热后分子链伸展，伸展的高分子链相互纠缠，油液内摩擦增大，导致油液的粘度增加，避免光纤油膏高温下过稀的问题，使光纤油膏在低温或者高温下保持稳定粘度，乙丙橡胶进一步避免光纤油膏分油问题，所得光纤油膏耐热性和稳定性好，而且还抗水，防止光纤被氧化或者腐蚀，对光纤具有良好的保护作用。
2. 本发明碳纤维复合芯质量轻，机械强度高，韧性好，与光纤单元配合制作成光纤复合碳纤维导线，所得光纤复合碳纤维导线20℃直流电阻小，导电性好；抗拉力高达63.4kN，机械性能优异，截流量大。
附图说明
图1为本发明光纤复合碳纤维导线结构示意图；
图中：1-碳纤维复合芯，2-软铝圆线层，3-光纤单元，4-软铝型线层，5-屏蔽层，6-外护层。
具体实施方式
下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油70%、稠化剂13%、防锈剂4%、黏附剂2%、乙丙橡胶2%、改性纳米氮化硼8.9%和2,6-二叔丁基对甲酚0.1%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：20超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为矿物油160BS。
所述的稠化剂为石蜡。
所述的防锈剂为石油磺酸钡。
所述的黏附剂为聚甲基丙烯酸酯。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为45%、30%和25%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
实施例2
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油72%、稠化剂15%、防锈剂3%、黏附剂1.5%、乙丙橡胶0.5%、改性纳米氮化硼7.5%和2,6-二叔丁基对甲酚0.5%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1:40超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为二甲基硅油。
所述的稠化剂为有机膨润土。
所述的防锈剂为石油磺酸钠。
所述的黏附剂为聚异丁烯。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为35%、35%和30%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
实施例3
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油75%、稠化剂12%、防锈剂4%、黏附剂1.5%、乙丙橡胶1%、改性纳米氮化硼6%和2,6-二叔丁基对甲酚0.5%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1:30超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为聚α-烯烃。
所述的稠化剂为气相二氧化硅和苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物，两者重量比1:1。
所述的防锈剂为石油磺酸钠。
所述的黏附剂为乙烯/丙烯共聚物。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为40%、35%和25%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
实施例4
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油77%、稠化剂8%、防锈剂5%、黏附剂1%、乙丙橡胶1.2%、改性纳米氮化硼7%和2,6-二叔丁基对甲酚0.8%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：50超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为聚α-烯烃。
所述的稠化剂为气相二氧化硅和苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物，两者重量比为1:1。
所述的防锈剂为羊毛脂。
所述的黏附剂为乙烯/丙烯共聚物。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为40%、30%和30%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
实施例5
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油79%、稠化剂6%、防锈剂1%、黏附剂2%、乙丙橡胶1.6%、改性纳米氮化硼10%和2,6-二叔丁基对甲酚0.4%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：30超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为矿物油160BS。
所述的稠化剂为苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物。
所述的防锈剂为羊毛脂。
所述的黏附剂为聚异丁烯。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为45%、35%和20%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
实施例6
一种光纤复合碳纤维导线，参见图1，由内向外依次为碳纤维复合芯1、软铝圆线层2、软铝型线层4、屏蔽层5和外护层6，软铝圆线层2中一根软铝圆线由光纤单元3替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油80%、稠化剂10%、防锈剂2%、黏附剂0.5%、乙丙橡胶1.5%、改性纳米氮化硼5%和2,6-二叔丁基对甲酚1%。
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：20超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得。
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm。
所述的基础油为二甲基硅油。
所述的稠化剂为石蜡。
所述的防锈剂为石油磺酸钡。
所述的黏附剂为乙烯/丙烯共聚物。
所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为35%、40%和25%。
所述屏蔽层为半导电屏蔽层。
所述的绝缘层为交联聚乙烯层。
本发明实施例1-6所得光纤油膏的性能检测结果见下表1，并将本发明实施例3所得的光纤复合碳纤维导线（复合芯面积23.8mm2，铝面积200mm2）进行性能测试，性能检测结果见表2。
表1 本发明实施例1-6所得光纤油膏性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，本发明实施例1-6所得光纤油膏滴点为225-237℃，滴点高，耐热性好；挥发度为0.1-0.2%，酸值为0.1-0.17 mg(KOH)/g，析氢值0.06-0.1μL/g，挥发度、酸值、析氢值小，20℃、7d抗水性测试不解体，抗水性能优异，光纤油膏性能稳定。
表2 本发明实施例3得到光纤复合碳纤维导线的性能检测结果
Figure 905865DEST_PATH_IMAGE002
由表2可知，本发明所得光纤复合碳纤维导线20℃直流电阻小，导电性好；抗拉力高达63.4 kN，机械性能优异，截流量大。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，由内向外依次为碳纤维复合芯、软铝圆线层、软铝型线层、屏蔽层和外护层，软铝圆线层中一根软铝圆线由光纤单元替换，所述的光纤单元包括套设在不锈钢管内的多根光纤，所述的光纤和不锈钢管之间还填充光纤油膏，所述的光纤油膏由如下重量百分比的原料制成：基础油70-80%、稠化剂6-15%、防锈剂1-5%、黏附剂0.5-2%、乙丙橡胶0.5-2%、改性纳米氮化硼5-10%和2,6-二叔丁基对甲酚0.1-1%；
所述的改性纳米氮化硼的制备方法包括以下步骤：
将纳米氮化硼颗粒和异丙醇按重量比1：20-50超声混合均匀，然后将混合液梯度离心，收集上清液，将上清液再进行高速离心，收集改性纳米氮化硼，真空干燥，即得；
所述的纳米氮化硼颗粒的粒径为20-100nm；
所述的黏附剂为聚甲基丙烯酸酯、聚异丁烯和乙烯/丙烯共聚物中一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的基础油为矿物油、二甲基硅油或者聚α-烯烃。
3.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的稠化剂为石蜡、有机膨润土、气相二氧化硅和苯乙烯-乙烯-丙烯共聚物中一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的防锈剂为石油磺酸钡、石油磺酸钠和羊毛脂中一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的碳纤维复合芯制备方法如下：将碳纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，接着将玻璃纤维通过分纱器分成多束纤维进入环氧树脂中浸渍，包覆在上述处理后的碳纤维周围，热固成型；所述的环氧树脂、碳纤维、玻璃纤维的重量百分比为35-45%、30-40%和20-30%。
6.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的屏蔽层为半导电屏蔽层。
7.根据权利要求1所述的一种光纤复合碳纤维导线，其特征在于，所述的外护层为交联聚乙烯层。
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