淺談碳纖維復(fù)合導(dǎo)線絞合工藝

1、C-30淺談碳纖維復(fù)合導(dǎo)線絞合工藝【摘要】 本文主要介紹了碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的制造工藝，對軟鋁型線絞合的作了重點的闡述。【關(guān)鍵詞】 碳纖維導(dǎo)線 絞合1、前言為了更安全、更大容量地輸送電能，世界各國的科技人員不斷地努力，致力于研發(fā)更為理想的架空輸電線路導(dǎo)線。各類特種導(dǎo)線應(yīng)運而生，如為提高防腐性能而開發(fā)了涂油脂的鋼芯鋁絞線（上世紀(jì)50年代）和鋁包鋼芯鋁絞線（上世紀(jì)80年代）；為提高導(dǎo)線拉重比而開發(fā)了鋼芯高強(qiáng)度鋁合金絞線（上世紀(jì)50年代）、全鋁合金絞線（上世紀(jì)50年代）；為降低電暈而開發(fā)了擴(kuò)徑導(dǎo)線（上世紀(jì)60年代）；為降低風(fēng)偏載荷及冰載荷而開發(fā)了型線絞導(dǎo)線（上世紀(jì)90年代）；為提高輸送容量而開發(fā)了耐熱鋁

2、合金（上世紀(jì)60年代）、超耐熱鋁合金導(dǎo)線（上世紀(jì)70年代）、高強(qiáng)耐熱鋁合金導(dǎo)線（上世紀(jì)90年代）；為降低導(dǎo)線弛度并增加輸送容量而開發(fā)了殷鋼芯導(dǎo)線（上世紀(jì)80年代）、間隙型導(dǎo)線（上世紀(jì)70年代）和高強(qiáng)鋼芯軟鋁導(dǎo)線（近年）。這些新型導(dǎo)線具有一定的革新意義，但都未能同時全面的解決鋼芯鋁絞線存在的上述技術(shù)瓶頸。碳纖維復(fù)合材料的比重為鋼的1/4、強(qiáng)度為鋼的2倍、線膨脹系數(shù)為鋼的1/10，由于其優(yōu)異力學(xué)特性和熱穩(wěn)定性，首先被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的航天、航空器和武器減重；隨后被用于民用飛機(jī)、競技體育的器材。隨著碳纖維大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的解決，碳纖維復(fù)合材料開始進(jìn)入工業(yè)和生活領(lǐng)域。上世紀(jì)90年代后期，技術(shù)先進(jìn)國家開始嘗

3、試采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料代替金屬材料來制作導(dǎo)線的承力元件，1997年日本首先開發(fā)出碳纖維復(fù)合材料芯鋁絞線和耐熱型的碳纖維復(fù)合材料芯耐熱鋁合金絞線，進(jìn)行了短距離的應(yīng)用試驗，由于施工和耐張接續(xù)存在困難，并且碳纖維復(fù)合芯的生產(chǎn)效率及成本太高，而沒有實現(xiàn)商品化；英國開發(fā)的導(dǎo)線用碳纖維復(fù)合芯模量太高、缺乏必要的韌性，且沒有解決碳纖維復(fù)合芯與導(dǎo)線鋁之間的電化學(xué)腐蝕問題，最終沒有也沒有商品化；2005年美國3M公司開發(fā)的鋁基陶瓷纖維芯導(dǎo)線投入商業(yè)運行，2007年在中國上海增容改造了一條線路，由于施工的不適應(yīng)和導(dǎo)線價格問題，在中國和其它地區(qū)的推廣應(yīng)用出現(xiàn)了障礙；2004年美國復(fù)合技術(shù)公司完成開發(fā)的碳纖維/玻璃纖

4、維復(fù)合材料芯鋁導(dǎo)線及配套金具投入商業(yè)運行，遠(yuǎn)東復(fù)合技術(shù)公司2006年開始引進(jìn)該產(chǎn)品和制造技術(shù)，在中國已有超過100條線路（電站）在運行，中國目前在開展碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線開發(fā)研究的單位超過10家。碳纖維復(fù)合材料芯軟鋁導(dǎo)線的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)特性均優(yōu)于傳統(tǒng)導(dǎo)線，它綜合解決了架空輸電領(lǐng)域存在的各項技術(shù)瓶頸，代表了未來架空導(dǎo)線的技術(shù)發(fā)展趨勢。2、碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的絞合 碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的最后一道工序就是絞合，這也是最重要的一道工序，直接影響到產(chǎn)品的性能指標(biāo)。由于碳纖維復(fù)合導(dǎo)線外層絞合的是軟鋁瓦型線，不能采用傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線絞合方式我們專門研究了型線的絞合工藝。在這之前先簡要的介紹下碳纖維復(fù)合導(dǎo)線其它的技術(shù)要點

5、1）高導(dǎo)電鋁桿生產(chǎn)工藝好的原材料是制造出好產(chǎn)品的基本要求，由于我們生產(chǎn)的復(fù)合導(dǎo)線是達(dá)到63%IACS的軟鋁導(dǎo)線，所以我們通過特殊連鑄連軋工藝，控制的20時電阻率在0.027367mm2/m以下，強(qiáng)度為100MPa，伸長率12%。2）軟鋁型線生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)的軟鋁型線制造時通過鋁桿拉拔成型線，然后經(jīng)過退火工序得到的。但這種工序不光拉絲費油，并且退火也耗能。和國家的節(jié)能節(jié)排的大方向不符合。于是我們公司采用康仿式連續(xù)擠鋁機(jī)連續(xù)多頭擠出工藝，用該生產(chǎn)工藝擠出鋁型線的工藝流程為： 鋁桿放線在線清洗校直多根共擠冷卻吹干記米成盤。 用該種方法生產(chǎn)軟鋁型線可以得到組織致密、全軟退火狀態(tài)、機(jī)械性能均勻一致、外表光潔

6、、高導(dǎo)電率的高品質(zhì)軟鋁型線。3）碳纖維復(fù)合導(dǎo)線的絞合 為了實現(xiàn)復(fù)合芯軟鋁絞線的連續(xù)大長度生產(chǎn)，我們與國內(nèi)著名電工設(shè)備廠共同開發(fā)了710型框式絞線機(jī)，試制就在710型框式絞線機(jī)上進(jìn)行，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，我們也采取了相應(yīng)的措施： 為了保證復(fù)合導(dǎo)線絞合均勻緊密，首先是導(dǎo)線在結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮型線絞合前后的尺寸空間變換，第二是保證復(fù)合芯及型線尺寸的加工精度，第三是絞合過程調(diào)節(jié)放線張力以及選擇最佳的并線模與分線板之間的距離。距離過小，型線容易變形，達(dá)不到技術(shù)要求，距離過大，導(dǎo)線的絞合節(jié)距控制不好控制。為了提高導(dǎo)線的表面質(zhì)量，我們采取相應(yīng)的措施，加大過線嘴、導(dǎo)線輪的尺寸，并且材料換成不一磨損材料，并在

7、軟鋁型線上均勻涂上一層油膜、牽引等與鋁線直接接觸的部件和部位，采用棉布包扎，為保證鋁線表面在絞線過程中不受損傷，并保證外徑的一致性，在開機(jī)前對過線嘴和預(yù)成型導(dǎo)輪進(jìn)行檢查，更換所有已壞的過嘴線和預(yù)成型導(dǎo)輪，壓線模內(nèi)層使用硬質(zhì)木模，外層使用金剛涂層的硬質(zhì)合金模，既保證了不損傷鋁線，表面質(zhì)量，又不易磨損。線機(jī)采用的是710型線盤，在張力過大時易產(chǎn)生型線拉伸變形，解決的方法是將絞合張力集中到分線盤上產(chǎn)生。防止軟鋁型線在高速絞合過程中翻身是最大的工藝難題，為此，我們設(shè)計了型線提前定向裝如圖，配合專用的并線模具，實現(xiàn)了高速絞合。型線定位裝置3、結(jié)論 碳纖維復(fù)合導(dǎo)線作為一種替代傳統(tǒng)導(dǎo)線的顛覆性產(chǎn)品，最早來源于美國CTC公司，2004年由遠(yuǎn)東復(fù)合技術(shù)有限公司引入國內(nèi)。在中國國內(nèi)土地日益緊張，用電供需緊迫的前提下，作為一