[发明专利]一种铜复合碳纤维材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铜复合碳纤维材料及其制备方法和应用，以质量百分比计，铜复合碳纤维材料由以下组分组成：碳纤维50‑75％，铜25‑50％，余量为不可避免的杂质。该铜复合碳纤维材料通过限定碳纤维和铜的配比，可有效提高铜在碳纤维中的分散均匀性；提高铜复合碳纤维材料的导电均匀性、导电率、柔韧性、强度及可靠性。在用作高压接地线材料时，对比相同条件下，接地线总质量为相同载流条件下铜材料接地线的1/4，高压接地线总体质量大约为传统高压接地线的1/3‑1/2；此外，本发明提供的通复合碳纤维材料还可缠绕放置且不会折断或被腐蚀，配合可拆卸绝缘操作杆，方便携带和检修工作使用。

技术领域

本发明涉及金属复合材料的制备技术领域，具体涉及一种铜复合碳纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术

高压接地线主要应用于电线路和变电施工过程中，能避免工人临近带电体产生静电感应或误合闸操作发生的触电危险，起到保证人身和财产安全的作用。

目前，高压接地线主要由绝缘操作杆，导线夹，接地线和接地夹等部件组成。其中，绝缘操作杆主要采用高绝缘性能以及高机械强度的环氧树脂材料以及玻璃纤维制成，同时在操作杆的操作手柄位置加装高绝缘强度的橡胶护套供人员操作时握持。导线夹，也称接线夹，接线鼻，汇流夹；通常由镀锌金属铜制成，其作用是保证高压接地线与导线或导体之间良好接触。接地线，通常采用多股优质软铜线绞合而成，并外覆柔软、耐高温的透明绝缘护层，可以防止使用中对接地铜线的磨损，确保作业人员在操作中的安全。接地夹，其材料通常与导线夹相同，接地夹与导线夹分别连接在接地线的两端。在使用时，接地夹需要首先与地电位体良好接触。

当前电网设备运行电压已上升至1100kV，在特高压情况下，由于电压等级升高带来电气绝缘爬电距离增加，其直接后果为接地线的长度极大增加，由于铜导线的密度大(8.9g/cm³)，一根10kV设备检修使用的接地线的长度已达到5米，对于500kV设备，根据特高压设备的带电位置情况，其接地线长度可能达到30米长。按截面直径1厘米计算，接地线重量几乎达到21公斤重，高压接地棒的总重量则几乎超过35公斤。对于接地操作员工的体力带来极大要求。

碳纤维(carbon fibre)是含指碳量在90％以上的高强度、高模量纤维，具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等。但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各项异性、柔软；可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。它是以化纤和石油产品经特殊工艺制成的纤维。碳纤维外柔内刚，质量比金属铝轻，它的密度不到钢的1/4，抗拉强度是钢的7至9倍；在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。因此，碳纤维不仅具有碳材料的固有本证特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工型，是良好的新一代增强材料。

虽然采用碳纤维复合铜材料作为接地线等材料可以达到减重的目的。但是现有的碳纤维复合铜材料由于铜没有有效地渗透到碳纤维织物内部，而且碳纤维本身存在很多纵横搭接的点，这些局部区域的存在也会导致其导电均匀性不佳，甚至出现局部存在可靠性及导电性差等问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的碳纤维复合铜材料存在导电性及可靠性差的缺陷，从而提供一种铜复合碳纤维材料及其制备方法和应用。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种铜复合碳纤维材料，以质量百分比计，由以下组分组成：碳纤维50-75％，铜25-50％，余量为不可避免的杂质。

本发明还提供了一种铜复合碳纤维材料的制备方法，包括如下步骤：

前处理：包括将碳纤维编织布依次用蒸馏水、有机溶剂和碱性水溶液清洗的步骤；

电镀：将前处理之后的碳纤维编织布作为阴极，铜作为阳极；并将阴极和阳极均浸没在电解液中，然后在电镀回路中通直流电进行电镀，得金属化碳纤维；

后处理：将金属化碳纤维依次进行水洗，干燥即得铜复合碳纤维材料；