Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПРОВОДОВ, АРМИРОВАННЫХ ДЛИННОМЕРНЫМ ВОЛОКНОМ

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для изготовления длинномерных композитных изделий на основе керамических, борных или углеродных волокон.

Алюминиевый композитный провод предназначен для замены традиционно используемого стального сердечника сталеалюминевого провода, применяемого в линии электропередач (ЛЭП). В сравнении с обычным стальным сердечником такого же сечения при одновременном улучшении механических и прочностных характеристик алюминиевый композитный сердечник увеличивает пропускную способность, что позволяет решить проблему нехватки пропускной способности ЛЭП, не прокладывая новые линии.

Известен способ, в котором упрочняющий сердечник провода покрывают слоем металлического проводникового материала высокой проводимости, при этом сердечник выполняют из композитного материала с матрицей из синтетической смолы, модифицированной углеродными нанокластерами фуллероидного типа. В качестве металлического проводникового материала высокой проводимости могут быть использованы медь и/или алюминий или сталь или их сплавы с другими веществами (патент РФ №2387035, МПК Н01В 5/10, В82В 1/00, опубл. 20.04.2010).

Недостатком аналога является невысокие прочностные характеристики сердечника и полное отсутствие у него проводимости.

Известен способ изготовления композитного провода, в котором армирующие волокна сматывают с катушек, пропитывают полимерным связующим, наматывают изготовленную проволоку провода на катушки крутильной машины, скручивают проволоку в провод на крутильных машинах и намотку готового провода на приемный барабан, при этом после смотки армирующих волокон с катушек полученный жгут затягивают в металлическую трубу, пропитывают жгут армирующих волокон в металлической трубе, формуют профиль проволоки провода, при волочении металлической трубы через волоки волочильного стана (патент РФ №2568188, МПК Н01В 5/04, опубл. 10.11.2015).

Недостатком аналога является полное отсутствие проводимости полимерного сердечника.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ изготовления композитных изделий из металлической матрицы и керамических, борных или углеродных волокон, в котором армирующие волокна сматывают с катушек, проводят термическую очистку волокна в трубчатой печи, очищенное волокно вакуумируют в вакуумной печи, протягивают через тигель с расплавленным матричным металлом, в котором расположен ультразвуковой волновод, способствующий проникновению расплава в внутрь волокна, а выходную фильеру устанавливают при выходе волокна из тигля, после чего готовое изделие наматывают на катушку (патент US №6485796, МПК B05D 3/00, B05D 1/18, опубл. 26.11.2002).

Недостатком ближайшего аналога является то, что в нем не предусмотрено нанесение защитного покрытия на волокна для исключения химического взаимодействия с расплавом матричного металла в одном технологическом цикле.

Задача изобретения заключается в увеличении пропускной способности провода линии электропередач, за счет улучшения механических и прочностных характеристик сердечника.

Технический результат заключается в улучшении механических и прочностных характеристик сердечника линии электропередач.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе для получения алюминиевых композитных проводов, армированных длинномерным волокном, в котором волокно с катушек протягивают через печь для термической очистки волокна от опрета, затем вакуумируют волокно в вакуумной камере, далее помещают в тигель с расплавом и ультразвуковым волноводом, пропускают через выходную фильеру, после чего готовое изделие наматывают на катушку, в отличие от ближайшего аналога, наносят покрытие в ванне с химическим реактивом, являющимся золь-гелем, которую устанавливают между печью для термической очистки волокна от опрета и вакуумной камерой рядом с печью, после чего сушат покрытие.

Кроме того, в качестве химического реактива может быть использован золь-гель для нанесения покрытия SiO₂.

Кроме того, в качестве химического реактива может быть использован золь-гель для нанесения покрытия TiO₂.

Пример конкретной реализации способа

Существо изобретения поясняется чертежами, на фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для получения алюминиевых композитных проводов, армированных длинномерным волокном, на фиг. 2 изображена зависимость массы углеродного волокна от времени отжига при температуре 600°С покрытия SiO₂, на фиг. 3 изображена зависимость массы углеродного волокна от времени отжига при температуре 600°С покрытия TiO₂. На схеме обозначено: волокно 1, катушки 2, печь термической очистки волокна от опрета 3, ванна с химическим реактивом 4, печь для сушки покрытия 5, вакуумная камера 6, тигель 7 с расплавом матричного металла, тянущий механизм 8, ультразвуковым волновод 9, выходная фильера 10. Готовое изделие 11 наматывают на катушки 12. Трубки печь-вакуум 13 и трубки вакуум-расплав 14 соединенны последовательно.

Способ осуществляется следующим образом.

Непрерывные керамические борные или углеродные волокна 1 подаются из катушек 2 и собираются в круглый пучок. Далее пучок непрерывных волокон подается в печь для термической очистки волокна от опрета 3. Далее на волокно наносится защитное покрытие в ванне с химическим реактивом 4. После этого полученное покрытие подвергают сушке при прохождении пучка волокон через печь для сушки покрытия 5. Затем пучок волокон с покрытием вакуумируют в вакуумной камере 6 перед введением в тигель 7 с расплавом матричного металла. Волокна вытягиваются из подающих катушек тянущем механизмом 8. В тигле с расплавом матричного металла установлен ультразвуковой волновод 9, расположенный в расплаве вблизи волокна, чтобы способствовать проникновению расплава между волокнами. Расплавленный матричный металл композитного изделия охлаждается и кристаллизуется после выхода из тигля через выходную фильеру 10. Готовое изделие 11 собирают на катушку 12.

Покрытие SiO₂ и TiO₂ были нанесены на углеродное волокно двумя разными составами (табл. 1, 2). Нанесение покрытия проводилось посредством погружения волокон в приготовленный золь из растворов.

Для оценки защитных свойств покрытия проводили термическую обработку при температуре 600°C с выдержкой от 1 до 6 ч. Углеродные волокна взвешивались на аналитических весах для оценки изменения массы в процессе отжига. Изменение массы углеродного волокна в процессе выдержки показано на фиг. 2, фиг. 3. Из фиг. 2, фиг. 3 видно, что нанесение покрытия на углеродное волокно препятствует окислению углеродного волокна, тем самым его можно использовать в качестве защитного покрытия.

Итак, заявляемое изобретение позволяет улучшить механические и прочностные характеристики сердечника провода линии электропередач, тем самым увеличивает его пропускную способность.