[发明专利]一种轻质高强环保电缆及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆加工技术领域，具体涉及一种轻质高强环保电缆及其制作方法。

背景技术

一直以来输电线路所用的导线主要是钢丝增强铝绞线及其相关产品。它由钢丝和铝线两个部分组成。钢丝的作用是承载整个电缆的悬空载荷，铝丝的作用是导电。钢丝的优点是具有强的承载能力，但是自身的重量大，钢芯的热膨胀系数大，如果再考虑冰雪和强风作用，这对电缆的支架有很高的要求。

随着电力行业的发展，对输电导线的要求也越来越高，20世纪90年代，日本学者研究用碳纤维芯代替钢芯，开发了一种新型复合材料合成导线，即碳纤维芯铝绞线(ACFR)。碳纤维增强复合芯电缆由内部的碳纤维复合增强芯和外层铝绞线构成，和传统的钢芯铝绞线相比具有重量轻、强度高、弧垂小、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优点，近年来发展迅速，在电力领域已经开始应用，并逐步推广。碳纤维复合芯电缆最大的突破就是使用碳纤维复合材料芯棒作为增强芯替代了原有的钢芯。

目前使用碳纤维复合芯棒力学性能、耐热性能、抗疲劳、耐腐蚀等性能突出，但其结构为由内部的碳纤维层和外层的玻璃纤维层构成，内部碳纤维对树脂浸润性不如玻璃纤维对树脂的浸润性，加上在拉挤制备过程中内部树脂后反应，易使内部存在应力，使其韧性较差，弯曲半径小，增加了施工的难度和碳纤维复合芯电缆的不安全隐患，而且不具有传输信号等功能。

另外目前的电线电缆仅有单一的导电功能，而且一般只有导体和绝缘层，电缆在反复使用后，绝缘层容易硬化、脱离，以致导体失去绝缘层的保护，造成漏电等不安全因素，而电缆的更换与维修增加相应费用的同时，给生活造成了极大的不便，再生产也会给环境带来污染。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是，提供一种电缆及其制作方法，该电缆机械强度大、自重轻、信号传输稳定、不易老化、使用寿命长，且节约制作成本，同时操作工艺简便、绿色环保、电缆易于回收再利用。

鉴于上述要解决的技术问题，本发明提供如下的技术解决方案：

一种轻质高强环保电缆，包括镁合金导线和玻璃纤维导线，所述镁合金导线包括镁合金芯材和均匀平行分布在镁线芯材上的连续碳纤维；所述玻璃纤维导线包括玻璃纤维芯材和均匀平行分布在玻璃纤维芯材上的连续碳纤维；所述镁导线和玻璃纤维导线之间通过固化后的耐高温环氧树脂粘结成一个整体的电缆导线，在电缆导线整体的外周由玻璃纤维布包覆，在玻璃纤维布外周由铝箔包覆，从铝箔向外依次还设有绝缘层和外护套。

优选的，所述连续碳纤维在镁合金芯材中所占的体积分数均为15％-65％，所述镁合金芯材包括如下质量百分比的组成元素：铝1％-3％、镍0.03％-0.2％、稀土0.1％-0.5％，其余为镁。

优选的，所述连续碳纤维在玻璃纤维芯材中所占的体积分数均为20％-60％。

优选的，所述连续碳纤维是以聚丙烯腈为原料的强度为5600-6200MPa的连续碳纤维。

优选的，所述耐高温环氧树脂的体积含量为电缆导线整体的34％-40％，所述环氧树脂包括多组分环氧树脂、固化剂、促进剂、脱模剂和树脂改性剂。

本发明还提供了一种制作上述轻质高强环保电缆的方法，包括如下步骤：

（1）将镁合金各组分元素依次投入熔炼炉，镁的纯度在99%以上，经熔炼搅拌均匀后，析出镁液中气体及杂质，获得镁合金溶液备用；

（2）将去胶后的连续碳纤维束浸入质量浓度为1-2％的K2ZrF6水溶液中保持1-2分钟，取出纤维束干燥后浸入步骤（1）中获得的镁合金溶液中进行浸渗处理，镁合金溶液的温度为680-720℃，浸润时间为1-2分钟，再采用具有三段压射的冷室压铸机压铸，模具型腔采用中心进料，将压铸成型的炉头置入烘箱内进行热处理后保温3小时后打开烘箱，自然冷却，精加工成长度为1m、直径为20mm的碳纤维增强的镁合金导线；

（3）使用耐高温环氧树脂将所述玻璃纤维芯材和包覆在玻璃纤维芯材外周的连续碳纤维粘结在一起，一次固化成型制得所述玻璃纤维导线；

（4）在使用耐高温环氧树脂将步骤（2）中制得的镁合金导线和步骤（3）中制得的玻璃纤维导线粘结成一个整体的电缆导线，在电缆导线整体的外周使用玻璃纤维布包覆，再在玻璃纤维布外周使用铝箔包覆；

（5）采用挤塑机在上述电缆导线的铝箔包覆层表面挤包绝缘层，在挤包绝缘层的同时在绝缘层与铝箔包覆层之间填充阻水层，铝箔包覆层表面挤包绝缘层后形成电缆绝缘线芯，在450℃保温12小时后进行绞线，制得电缆绝缘线芯绞线；