CN114664489A - 一种稀土铝合金电缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稀土铝合金电缆，包括线芯和外护套，外护套的内部至少设置有三根线芯，外护套的中心设置有碳纤维棒；线芯包裹在碳纤维棒的外部，线芯包括导体和绝缘层，绝缘层包裹在导体的外部；导体为采用稀土铝合金单丝绞制而成。所述稀土铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土0.8‑1.3％，铁1.0‑1.5％，硅0.03‑0.08％，铜0.02‑0.08％，镁0.01‑0.05％，硼0.01‑0.05％，锌0.01‑0.05％，石墨烯1.1‑1.8％，碳纤维1.5‑2.5％，铝钛碳0.9‑1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。本发明还公开了一种稀土铝合金电缆的制备方法。本发明采用上述稀土铝合金电缆及其制备方法，能够解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金电缆技术领域，尤其是涉及一种稀土铝合金电缆及其制备方法。
背景技术
由于铜良好的导电性，电线电缆多采用铜作为导体。由于我国的铜资源紧缺，电线电缆的价格比较高；铝合金电缆由于其较低的重量和价格，得到了应用。铝合金电缆多采用8000系列铝合金线进行加工，加工出的铝合金脆度高，扭转导体容易产生裂纹，并且裂口发热、腐蚀，是出现火灾的重要原因，也是不能被市场广泛应用的一个致命原因，限制了铝合金电缆的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种稀土铝合金电缆，解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。本发明的另一个目的是提供一种稀土铝合金电缆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种稀土铝合金电缆，包括线芯和外护套，外护套的内部至少设置有三根线芯，外护套的中心设置有碳纤维棒；线芯包裹在碳纤维棒的外部，线芯包括导体和绝缘层，绝缘层包裹在导体的外部；导体为采用稀土铝合金单丝绞制而成；
所述稀土铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土0.8-1.3％，铁1.0-1.5％，硅0.03-0.08％，铜0.02-0.08％，镁0.01-0.05％，硼0.01-0.05％，锌0.01-0.05％，石墨烯1.1-1.8％，碳纤维1.5-2.5％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述导体包括中心的圆柱形单丝，圆柱形单丝的外部包裹有扇环形的单丝，扇环形的单丝在圆柱形单丝的外部呈圆周阵列分布。
优选的，所述外护套的内部设置有无纺布的绕包层，绕包层包裹在线芯的外部，线芯与绕包层之间填充有绝缘的填充料。
优选的，所述外护套为聚乙烯套，绝缘层为聚乙烯层。
优选的，所述稀土铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.0％，铁1.3％，硅0.05％，铜0.05％，镁0.02％，硼0.03％，锌0.03％，石墨烯1.5％，碳纤维2％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
优选的，所述稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
上述稀土铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温，得到铝合金液；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝合金液除气后进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成圆形或扇环形的单丝；
S7、采用异型绞丝模，将单丝在框绞上绞合成圆柱形的导体；
S7、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，冷却后在导体的外部包裹绝缘层形成线芯，在线芯的中心放置一根碳纤维棒，在相邻的线芯的外部放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层无纺布，再用聚乙烯挤出外护套，得到稀土铝合金电缆。
优选的，所述步骤S7中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h；
优选的，所述步骤S7中，绝缘层为单层或三层共挤交联聚乙烯。
本发明所述的一种稀土铝合金电缆及其制备方法的优点和积极效果是：
1、导体为包括中心的圆柱形单丝和周围的异型的扇环形单丝，扇环形单丝紧密的排列在圆柱形单丝的外部，采用异型紧压合股方式成型，导体中单丝排列紧密，有利于提高导体的强度，并且有利于增加单位面积内单丝的数量。
2、线芯的中心设置有碳纤维棒，采用碳纤维棒对线芯之间的缝隙进行填充，有利于提高线缆的强度。
3、在铝合金单丝中加入有稀土元素，稀土元素能够细化铝合金的晶粒，从而提高铝合金的综合力学性能。稀土元素可以降低合金中的气体元素，减少合金中气孔的数量，减少合金中杂质元素含量，对铝合金具有净化作用。
4、石墨烯的强度、导电性和导热性能优异，碳纤维具有轻质、高强度、高弹性、耐低温、耐腐蚀的性能，因此在铝合金单丝中加入石墨烯和碳纤维有利于提高铝合金单丝的电力学性能。
5、铝钛碳中间合金不仅使铝合金获得更多、更细小的等轴晶，可以提高材料的强度和韧性，还可以提升其导电性能和延伸率，可以有效降低铝合金导体的电阻率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种稀土铝合金电缆及其制备方法实施例的电缆结构示意图。
附图标记
1、外护套；2、绕包层；3、碳纤维棒；4、导体；5、绝缘层；6、填充料。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
一种稀土铝合金电缆，包括线芯和外护套，外护套的内部至少设置有三根线芯。本申请中线芯为4根，4根线芯紧密的接触贴合在一起。外护套的中心设置有碳纤维棒，碳纤维棒不仅能够提高电缆的强度，而且还有利于提高电缆的导电性能。外护套为聚乙烯套，具有较好的绝缘性。线芯包裹在碳纤维棒的外部，碳纤维棒与线芯紧密贴合。线芯包括导体和绝缘层，绝缘层包裹在导体的外部。绝缘层为聚乙烯层。导体为采用稀土铝合金单丝绞制而成。
导体包括中心的圆柱形单丝，圆柱形单丝的外部包裹有扇环形的单丝，扇环形的单丝在圆柱形单丝的外部呈圆周阵列分布，并且圆柱形单丝与扇环形的单丝之间紧密的贴合在一起。扇环形的单丝能够紧密的包裹在圆柱形单丝的外部，导体中单丝排列紧密，从而提高导体的紧密度，有利于提高导体的强度；并且有利于增加单位面积内单丝的数量。
外护套的内部设置有无纺布的绕包层，绕包层包裹在线芯的外部，绕包层将线芯和碳纤维棒进行紧密的固定在一起。线芯与绕包层之间填充有绝缘的填充料。填充料可以选用聚乙烯填料。
实施例1
稀土铝合金单丝优选包括以下质量百分比的成分：稀土0.95％，铁1.25％，硅0.04％，铜0.04％，镁0.016％，硼0.027％，锌0.027％，石墨烯1.45％，碳纤维1.92％，铝钛碳0.95％，杂质含量总和0.12％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
稀土铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温，得到铝合金液；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝合金液除气后进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成圆形或扇环形的单丝；
S7、采用异型绞丝模，将单丝在框绞上绞合成圆柱形的导体；
S7、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为8h。冷却后在导体的外部包裹绝缘层形成线芯，绝缘层为单层或三层共挤交联聚乙烯。在线芯的中心放置一根碳纤维棒，在相邻的线芯的外部放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层无纺布，再用聚乙烯挤出外护套，得到稀土铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为250MPa，屈服强度为80MPa，伸长率为32％，导电率为61.5％IACS，使用寿命达到40年。
实施例2
稀土铝合金单丝优选包括以下质量百分比的成分：稀土1.03％，铁1.33％，硅0.06％，铜0.055％，镁0.025％，硼0.033％，锌0.032％，石墨烯1.56％，碳纤维2.03％，铝钛碳1.18％，杂质含量总和0.11％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
稀土铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为780℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温，得到铝合金液；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝合金液除气后进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成圆形或扇环形的单丝；
S7、采用异型绞丝模，将单丝在框绞上绞合成圆柱形的导体；
S7、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6h。冷却后在导体的外部包裹绝缘层形成线芯，绝缘层为单层或三层共挤交联聚乙烯。在线芯的中心放置一根碳纤维棒，在相邻的线芯的外部放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层无纺布，再用聚乙烯挤出外护套，得到稀土铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为245MPa，屈服强度为78MPa，伸长率为35％，导电率为62.4％IACS，使用寿命达到42年。
实施例3
稀土铝合金单丝优选包括以下质量百分比的成分：稀土1.0％，铁1.30％，硅0.05％，铜0.05％，镁0.02％，硼0.03％，锌0.03％，石墨烯1.50％，碳纤维2.0％，铝钛碳1.10％，杂质含量总和0.1％，余量铝。
稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
稀土铝合金电缆的制备方法，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温，得到铝合金液；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝合金液除气后进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成圆形或扇环形的单丝；
S7、采用异型绞丝模，将单丝在框绞上绞合成圆柱形的导体；
S7、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，退火温度为300℃±10℃，退火时间为8h。冷却后在导体的外部包裹绝缘层形成线芯，绝缘层为单层或三层共挤交联聚乙烯。在线芯的中心放置一根碳纤维棒，在相邻的线芯的外部放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层无纺布，再用聚乙烯挤出外护套，得到稀土铝合金电缆。
采用上述方法制备的稀土铝合金电缆导体的抗拉强度为240MPa，屈服强度为75MPa，伸长率为40％，导电率为63.0％IACS，使用寿命达到45年。
因此，本发明采用上述稀土铝合金电缆及其制备方法，能够解决现有的铝合金电缆脆性高、导电性差的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种稀土铝合金电缆，其特征在于：包括线芯和外护套，外护套的内部至少设置有三根线芯，外护套的中心设置有碳纤维棒；线芯包裹在碳纤维棒的外部，线芯包括导体和绝缘层，绝缘层包裹在导体的外部；导体为采用稀土铝合金单丝绞制而成；
所述稀土铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土0.8-1.3％，铁1.0-1.5％，硅0.03-0.08％，铜0.02-0.08％，镁0.01-0.05％，硼0.01-0.05％，锌0.01-0.05％，石墨烯1.1-1.8％，碳纤维1.5-2.5％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
2.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金电缆，其特征在于：所述导体包括中心的圆柱形单丝，圆柱形单丝的外部包裹有扇环形的单丝，扇环形的单丝在圆柱形单丝的外部呈圆周阵列分布。
3.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金电缆，其特征在于：所述外护套的内部设置有无纺布的绕包层，绕包层包裹在线芯的外部，线芯与绕包层之间填充有绝缘的填充料。
4.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金电缆，其特征在于：所述外护套为聚乙烯套，绝缘层为聚乙烯层。
5.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金电缆，其特征在于：所述稀土铝合金单丝包括以下质量百分比的成分：稀土1.0％，铁1.3％，硅0.05％，铜0.05％，镁0.02％，硼0.03％，锌0.03％，石墨烯1.5％，碳纤维2％，铝钛碳0.9-1.2％，杂质含量总和≤0.1％，余量铝。
6.根据权利要求1所述的一种稀土铝合金电缆，其特征在于：所述稀土元素为铈、镧或铈和镧的混合物。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种稀土铝合金电缆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备料，根据设定的化学成分对原料进行称量，备用；
S2、熔化铝锭，将纯度高于99.8％的铝锭放入熔炼炉中进行熔化，熔化温度温度为750-800℃，熔化后保温；
S3、熔炼，在保温后的铝液中按照成分设计将称量好的原料加入熔化炉中进行熔炼，精炼和除气，熔化均匀后保温，得到铝合金液；
S4、浇铸成形，将熔炼好的铝合金液除气后进行浇注，浇铸成铝条；
S5、轧制，将浇铸成的铝条经过轧机进行轧制，轧制形成Φ9mm的稀土铝合金杆；
S6、拉拔，用十三模拉丝机将稀土铝合金杆拉拔成圆形或扇环形的单丝；
S7、采用异型绞丝模，将单丝在框绞上绞合成圆柱形的导体；
S7、热处理，将导体放入退火炉中进行退火，冷却后在导体的外部包裹绝缘层形成线芯，在线芯的中心放置一根碳纤维棒，在相邻的线芯的外部放置填充料，在成缆机上从内向外依次绕包一层无纺布，再用聚乙烯挤出外护套，得到稀土铝合金电缆。
8.根据权利要求7所述的一种稀土铝合金电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，退火温度为300℃±10℃，退火时间为6-9h。
9.根据权利要求7所述的一种稀土铝合金电缆的制备方法，其特征在于：所述步骤S7中，绝缘层为单层或三层共挤交联聚乙烯。
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