纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及接觸線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸線是電氣化鐵路弓網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，要求具有足夠的抗拉強(qiáng)度來(lái)承受其懸掛張力，以保證電氣化鐵路機(jī)車獲得良好的取流；同時(shí)要求具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，以保證電氣化線路較低的電能損耗。
[0003]如今，國(guó)內(nèi)電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，時(shí)速為250公里、350公里的高速鐵路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的技術(shù)已經(jīng)成熟，與此同時(shí)國(guó)內(nèi)外掀起了時(shí)速超過(guò)400公里的超高速鐵路的開(kāi)發(fā)和研究熱潮，這對(duì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)提出了更高的要求，要求接觸線具備極高的抗拉強(qiáng)度來(lái)承受更高的懸掛張力，從而提高接觸線波動(dòng)傳播速度和降低機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的離線火花。
[0004]銅合金是高速鐵路接觸線應(yīng)用最廣泛的材料。但長(zhǎng)期以來(lái)，在銅合金接觸線的研究和制備中存在高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之間的矛盾。添加合金元素是提高銅合金接觸線抗拉強(qiáng)度的傳統(tǒng)解決方法，然而添加溶質(zhì)原子會(huì)導(dǎo)致晶格畸變，進(jìn)而造成其導(dǎo)電性能的降低。目前，現(xiàn)有的高強(qiáng)銅合金接觸線都以犧牲導(dǎo)電性和塑性為前提。
[0005]為了解決銅合金接觸線存在高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之間的矛盾，國(guó)內(nèi)外嘗試采用復(fù)合結(jié)構(gòu)接觸線，我國(guó)嘗試使用了 CGLN-250鋁包鋼電車線，日本也嘗試了許多種，諸如TA鋁包鋼、CS銅包鋼、CSD銅包鋼的接觸線。但鋁、鋼、銅三者電極電位不同，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，故整體存在耐腐蝕性差、金屬增強(qiáng)芯易與基體材料剝離等諸多問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯，以提供一種結(jié)構(gòu)和性能都滿足鐵標(biāo)要求的纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0008]—種纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯，所述增強(qiáng)芯由銅合金絲和碳纖維束組成，所述增強(qiáng)芯的軸向包括多個(gè)重復(fù)的特征循環(huán)段，每個(gè)特征循環(huán)段的徑向截面包括由碳纖維束與銅合金絲排列而成的子結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步地，在每個(gè)所述子結(jié)構(gòu)內(nèi)，一個(gè)或者多個(gè)碳纖維束和一個(gè)或者多個(gè)銅合金絲交錯(cuò)編織排列。
[0010]進(jìn)一步地，在每個(gè)特征循環(huán)段的徑向截面中包括多個(gè)所述子結(jié)構(gòu)，多個(gè)所述子結(jié)構(gòu)環(huán)繞所述增強(qiáng)芯的中心對(duì)稱排列。
[0011]進(jìn)一步地，每個(gè)子結(jié)構(gòu)中的碳纖維束和銅合金絲環(huán)繞所述子結(jié)構(gòu)的中心旋轉(zhuǎn)。
[0012]進(jìn)一步地，在每個(gè)所述子結(jié)構(gòu)內(nèi)，一個(gè)或者多個(gè)碳纖維束和一個(gè)或者多個(gè)銅合金絲復(fù)合構(gòu)成。
[0013]進(jìn)一步地，所述子結(jié)構(gòu)包括三角形子結(jié)構(gòu)、成對(duì)子結(jié)構(gòu)和圓環(huán)子結(jié)構(gòu)。
[0014]進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)芯的表面經(jīng)過(guò)覆銅處理和表面圓整處理。
[0015]進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)芯和包覆所述增強(qiáng)芯的被銅合金基體中包括的合金元素的類別相同，并且所述增強(qiáng)芯中添加的合金元素的質(zhì)量百分比不高于設(shè)定閾值。
[0016]進(jìn)一步地，所述增強(qiáng)芯中的碳纖維束為抗拉強(qiáng)度在3.0GPa以上的碳纖維。
[0017]所述銅合金絲中的合金元素包括銅銀或銅錫或銅鎂合金。
[0018]由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線以高導(dǎo)電性的銅合金為基體，以銅絲和碳纖維束的編織芯或銅與碳纖維束的復(fù)合芯為增強(qiáng)芯，基體通過(guò)擠壓工藝均勻地包覆在增強(qiáng)芯表面，得到結(jié)構(gòu)和性能滿足鐵標(biāo)要求的纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線。復(fù)合材料接觸線在保證優(yōu)良導(dǎo)電性的同時(shí)，可以增加線路最大懸掛張力、降低接觸線的重量、提升列車最高運(yùn)行速度和提高接觸線整體安全系數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例的纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯以銅絲和碳纖維束的編織構(gòu)成或銅與碳纖維束復(fù)合構(gòu)成，具有如下的有益效果:
[0019]1，碳纖維具有抗拉強(qiáng)度大，模量高等特點(diǎn)，故增強(qiáng)芯具有較大的抗拉強(qiáng)度；
[0020]2，本發(fā)明實(shí)施例提供的增強(qiáng)芯中的碳纖維的質(zhì)量約為相同體積銅的四分之一，可以降低接觸線的重量；碳纖維與銅及添加的合金元素之間不存在電位差，可提升接觸線整體的耐腐蝕性，故增強(qiáng)芯具有較強(qiáng)的耐電化學(xué)腐蝕性能；
[0021]3、本發(fā)明采用的特殊編織結(jié)構(gòu)和處理工藝，能夠增強(qiáng)接觸線擠壓成形過(guò)程中增強(qiáng)芯與包覆銅合金之間的結(jié)合性；
[0022]4，本發(fā)明采用的特殊編織結(jié)構(gòu)使增強(qiáng)芯具有一定的伸縮性，可提升整體的安全系數(shù)。
[0023]本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種增強(qiáng)芯通過(guò)碳纖維束和銅合金絲交錯(cuò)編織構(gòu)成的不意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種增強(qiáng)芯通過(guò)碳纖維束和銅合金絲交錯(cuò)編織構(gòu)成的示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種增強(qiáng)芯通過(guò)碳纖維束和銅合金絲交錯(cuò)編織構(gòu)成的示意圖；
[0029]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0030]1.增強(qiáng)芯2.銅合金基體3.碳纖維束4.銅合金絲5.三角形子結(jié)構(gòu)6.成對(duì)子結(jié)構(gòu)7.圓環(huán)子結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0032]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0033]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0034]為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0035]我國(guó)高速鐵路正線普遍采用150mm2截面的銅質(zhì)接觸線，每線每萬(wàn)公里耗電解銅約
1.3萬(wàn)噸。若采用120mm2截面的接觸線，每噸電解銅鋪設(shè)長(zhǎng)度可達(dá)原鋪設(shè)長(zhǎng)度的125%，但需要解決接觸線的高強(qiáng)度和導(dǎo)電性問(wèn)題。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例的纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料接觸線的增強(qiáng)芯的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，圖1中的增強(qiáng)芯1被銅合金基體2均勻包覆后，得到一種高強(qiáng)高導(dǎo)的新型復(fù)合材料接觸線，高導(dǎo)電性的銅合金基體2通過(guò)連續(xù)復(fù)合擠壓工藝均勻地包覆在由銅絲和碳纖維束編織的增強(qiáng)芯1上。上述增強(qiáng)芯1由碳纖維束3與銅合金絲4組成，
[0037]在實(shí)際應(yīng)用中，可以如圖2所示，增強(qiáng)芯通過(guò)碳纖維束和銅合金絲交錯(cuò)編織構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中，增強(qiáng)芯還可以通過(guò)碳纖維束與銅合金復(fù)合構(gòu)成。
[0038]增強(qiáng)芯和包覆增強(qiáng)芯的銅合金基體中包括的合金元素的類別相同，并且所述銅合金基體和所述增強(qiáng)芯中添加的合金元素的質(zhì)量百