光缆附件用高中低强度铝包钢丝成型和包覆工艺方法与流程

本发明涉及光缆附件用铝包钢丝绞线，具体为光缆附件用高中低强度铝包钢丝成型和包覆工艺方法。

背景技术：

1、铝包钢丝是高强度钢作为芯部材料，铝作为外层材料，通过连续挤压和连续包覆技术制备的，铝包钢丝结合了钢与铝的优点，具有较强的防锈能力和较高的强度，其还具有良好的导电性，可被广泛应用于户外高压电的输送光缆中，由于铝层厚度和钢丝强度的组合选择很多，具有很大的设计灵活性，铝包钢丝常用于架空线路产品，包括导线加强芯、地线、输电线、光缆附件等。

2、铝包钢丝表面的铝包覆层厚度较薄，铝和钢热物理性能差异较大，导致铝包钢丝过程中铝包覆层易于被破坏，易出现露钢现象而造成耐蚀性下降、结合强度较低，且包覆不均匀导致铝包钢丝会出现不同的耐蚀性，影响铝包钢丝的导电率和防腐性能；现有的铝包钢丝的抗拉性能难以满足在光缆附件中的应用，有必要提高铝包钢丝抗拉强度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供光缆附件用高中低强度铝包钢丝成型和包覆工艺方法：在酸刻蚀的预处理钢丝表面形成依次排列分布的cu6sn5纳米颗粒，增大了钢丝的表面粗糙度，且铝包钢丝在高温挤压过程中，胶合在钢丝表面的复合填充物和铝线能够嵌入到形成的凹凸状结构中，提高抗拉性能；在氧化石墨烯表面合成纳米氧化锡锑，两者复配填充至铝包铜丝之间，具有较好的导电性能，且在高温挤压过程中纳米氧化锡锑脱落，其纳米尺寸能够填充至铝包铜丝微的间隙中，提高抗拉强度；复合凝胶、碳纤维形成的复合填充物填充至半成品铝包钢线间，增加了铝包钢丝的韧性和抗拉强度；羧甲基壳聚糖硫代衍生物和油茶壳提取物混合涂覆在初始铝包钢丝表面，形成防腐层，进一步增强铝包钢丝的防腐性能，且作为绝缘层包覆在铝包钢丝表面，具有绝缘效果。

2、本发明要解决的技术问题：铝包钢丝表面的铝包覆层厚度较薄，铝和钢热物理性能差异较大，导致铝包钢丝过程中铝包覆层易于被破坏，易出现露钢现象而造成耐蚀性下降、结合强度较低，且包覆不均匀导致铝包钢丝会出现不同的耐蚀性，影响铝包钢丝的导电率和防腐性能；现有的铝包钢丝的抗拉性能难以满足在光缆附件中的应用，有必要提高铝包钢丝抗拉强度。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、光缆附件用高中低强度铝包钢丝成型和包覆工艺方法，包括以下步骤：

5、s1.将改性钢丝置于拉丝机中进行拉拔后，经水洗、干燥，得到拉拔后的改性钢丝。

6、s2.将铝线在拉拔后的改性钢丝表面胶合成股，得到半成品铝包钢线。

7、s3.将复合凝胶、碳纤维加入到乙醇中，搅拌均匀，得到复合填充物。

8、其中，碳纤维作为填料，同复合凝胶填充至半成品铝包钢线之间，在高温挤压包覆过程中，碳纤维杂乱分布在铝包铜丝层间，提高密实度，且能够吸收外部应力，增强铝包铜丝的机械强度。

9、s4.将半成品铝包钢线浸渍到复合填充物中，取出，干燥，置于连续挤压包覆机中挤压，经冷却、干燥后收线，得到初始铝包钢丝。

10、s5.将初始铝包钢丝加入到复合物中，搅拌，取出，干燥，得到成品铝包钢丝。

11、进一步的，步骤s1中，拉丝机中总压缩率为95-96％，拉拔速度340-360m/min；拉拔后的改性钢丝直径为2.7-3mm。

12、进一步的，步骤s2中，铝线直径为1-1.5mm，其铝含量为96.5-97.1％，si、fe含量为0.95-1％，cu含量为0.05-0.2％。

13、进一步的，步骤s3中，复合凝胶、碳纤维、乙醇用量比为(2-2.7)g:(0.2-0.5)g:(30-40)ml。

14、进一步的，步骤s4中，连续挤压包覆机的模腔内温度为450-500℃、压力60-80mpa，包覆速度为100-200m/min。

15、进一步的，半成品铝包钢线、复合填充物用量比为(7-9)g:(35-45)ml。

16、进一步的，初始铝包钢丝、复合物用量比为(10-14)g:(18-22)ml。

17、进一步的，改性钢丝由预处理钢丝经混合酸刻蚀，再与铜盐和锡盐混合反应制得。

18、进一步的，铜盐选自水合氯化铜。

19、进一步的，锡盐选自五水氯化锡、二水氯化亚锡中的一种。

20、进一步优选的，锡盐选自五水氯化锡。

21、进一步的，改性钢丝具体由以下步骤制得：

22、a1.将预处理钢丝加入到混合酸中，搅拌刻蚀30min，取出，用去离子水洗涤3次，无水乙醇洗涤3次，在50℃烘箱中干燥10min，得到酸刻蚀预处理钢丝。

23、其中，尿素、双氧水、草酸形成的混合酸，能够与预处理钢丝表面的未去除的氧化物反应，使氧化物层被去除，且混合酸刻蚀后，双氧水、草酸中氢氧根、草酸根与钢丝表面的金属离子结合，使得钢丝表面携带大量的含氧官能团，提高表面润湿性，有利于在预处理钢丝表面形成凹凸状纳米颗粒。

24、进一步的，预处理钢丝、混合酸用量比为(4-6)g:(25-35)ml。

25、a2.将铜盐和锡盐加入到去离子水中，搅拌均匀，加入柠檬酸和酸刻蚀预处理钢丝，搅拌，得到分散液a，将柠檬酸钠和硼氢化钠加入到去离子水中，搅拌均匀，加入浓度为0.3mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph为12，得到溶液b，将溶液a和溶液b混合，在300rpm下搅拌至形成沉淀，经离心收集沉淀，沉淀经乙醇和去离子水的混合液洗涤3次，在-20℃冷冻机中干燥24h，得到改性钢丝。

26、其中，柠檬酸作为络合剂，含有的羧基能够与铜盐和锡盐解离产生的铜离子和锡离子络合，形成稳定的络合物，有效控制金属离子的释放速率，且柠檬酸含有的羧基也能够与酸刻蚀的预处理钢丝表面的含氧官能团通过化学键结合，使得络合物沉积在酸刻蚀的预处理钢丝表面，有助于在酸刻蚀的预处理钢丝表面形成纳米颗粒。

27、进一步的，硼氢化钠作为还原剂，柠檬酸钠作为表面活性剂，在碱性(氢氧化钠水溶液提供)条件下，经共沉淀还原法处理后，实现在酸刻蚀的预处理钢丝表面形成尺寸为2-5μm的cu6sn5纳米颗粒，纳米颗粒在酸刻蚀的预处理钢丝依次排列分布，形成凹凸状结构，增大了钢丝的表面粗糙度，提高了钢丝芯与铝丝间的界面结合力，有利于形成高强度的铝包铜丝。

28、进一步的，分散液a中，铜盐、锡盐、去离子水、柠檬酸、酸刻蚀预处理钢丝用量比为(0.3-0.4)g:(0.56-0.6)g:(15-25)ml:(0.1-0.3)g:(1-2)g。

29、进一步的，溶液b中，柠檬酸钠、硼氢化钠、去离子水、氢氧化钠水溶液用量比为(1.6-1.8)g:(0.1-0.2)g:(45-55)ml:(0.1-0.3)ml。

30、进一步的，预处理钢丝具体操作为：钢丝经70号钢丝刷进行刷磨2-3次后，再经回火处理，得到预处理钢丝。

31、其中，钢丝经70号钢丝刷进行刷磨，以去除表面氧化层，达到无氧化皮及其它介质，再经回火处理，可以有效地降低钢丝的脆性，并消除或减少其内部应力，从而提高钢丝的稳定性和使用寿命。

32、进一步的，钢丝选自72b高碳钢丝，直径为2.1-2.5mm，其碳含量为0.71-0.73％，si含量为0.1-0.3％，mn含量为0.75-0.77％。

33、进一步的，回火处理温度450-600℃，回火处理时间0.5-2h。

34、进一步的，混合酸具体由以下步骤制得：将双氧水和浓度为8-12mol/l的尿素溶液加入到去离子水中，搅拌后，加入浓度为20-30mol/l的草酸溶液，搅拌均匀，得到混合酸。

35、进一步的，双氧水、尿素、草酸溶液、去离子水用量比为(1-3)ml:(2-4)ml:(6-8)ml:(7-9)ml。

36、进一步的，复合凝胶由复合纳米颗粒与聚乙二醇和丙烯酸混合，搅拌反应制得，具体由以下步骤制得：

37、将过硫酸铵、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸加入到去离子水中，搅拌混合30min，得到混合液，将复合纳米颗粒和聚乙烯醇混合，在78℃下搅拌至聚乙烯醇完全溶解，加入混合液，在70℃下搅拌反应10min，冷却至室温，得到复合凝胶。

38、其中，过硫酸铵作为催化剂，使得n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸共聚，形成的共聚物含有的羧基和氨基能够与聚乙烯醇的羟基通过化学键结合，发生交联反应，且复合纳米颗粒也能够嵌入到交联网络结构中，形成交联网络结构的导电凝胶，具有较高的韧性和抗拉强度，填充至铝包铜丝之间，提高抗拉强度和导电性能。

39、进一步的，过硫酸铵、n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、去离子水、复合纳米颗粒、聚乙烯醇用量比为(0.1-0.3)g:(0.3-0.7)g:(8-12)g:(3-7)ml:(0.2-0.4)g:(8-12)g。

40、进一步的，复合纳米颗粒由乙二酸表面处理氧化石墨烯后，再与锡酸钠和锑白混合，经水热反应制得

41、进一步的，氧化石墨烯直径为1-2μm，厚度为40-50mn。

42、进一步优选的，氧化石墨烯直径为1.5μm，厚度为45mn。

43、进一步的，水热反应温度180-220℃，水热反应时间为7-9h。

44、进一步的，复合纳米颗粒具体由以下步骤制得：

45、b1.将乙二酸和氧化石墨烯加入到去离子水中，搅拌均匀，加入质量分数为36％的盐酸，搅拌反应10min，经过滤，去离子水洗涤3次，在60℃烘箱中干燥10min，得到预处理氧化石墨烯。

46、其中，乙二酸含有的羧基能够与氧化石墨烯表面的羟基通过化学键结合，使得乙二酸接枝在氧化石墨烯表面，使得氧化石墨烯能够稳定吸附金属离子，有利于在氧化石墨烯表面合成纳米氧化锡锑。

47、进一步的，乙二酸、氧化石墨烯、去离子水、盐酸用量比为(2-4)g:(0.3-0.7)g:(45-55)ml:(0.1-0.3)ml。

48、b2.将锑白加入到浓度为0.2mol/l的氢氧化钠水溶液中，搅拌5min，得到亚锑酸钠溶液，将锡酸钠加入到去离子水中，搅拌，加入亚锑酸钠溶液、预处理氧化石墨烯和质量分数为33％的硫酸，在60℃下搅拌1h，置于高压釜中，水热处理后，取出沉淀，沉淀用去离子水洗涤3次以去除硫酸根，再用乙醇洗涤3次，在80℃烘箱中干燥10min，得到复合纳米颗粒。

49、其中，硫酸作为沉淀剂，促使亚锑酸钠溶液、锡酸钠中锡离子和锑离子反应共沉淀，形成锡锑沉淀物，且预处理氧化石墨烯表面含有乙二酸基团，也能够与锡酸钠和锑白中的锡、锑离子结合，使得锡锑沉淀物沉积在氧化石墨烯表面，进一步的，在200℃下水热8h，发生脱水反应，锡锑沉淀物结晶长大，且锑掺杂至二氧化锡的晶格中，实现在氧化石墨烯表面形成纳米氧化锡锑。

50、进一步的，锑白、氢氧化钠水溶液用量比为(0.1-0.3)g:(8-12)ml。

51、进一步的，锡酸钠、去离子水、亚锑酸钠溶液、预处理氧化石墨烯、硫酸用量比为(3-4)g:(18-22)ml:(4-6)ml:(0.3-0.7)g:(0.1-0.3)ml。

52、进一步的，复合物由羧甲基壳聚糖硫代衍生物和油茶壳提取物混合制得，具体由以下步骤制得：

53、将油茶壳提取物加入到乙醇中，搅拌均匀，加入到羧甲基壳聚糖硫代衍生物中，搅拌，得到复合物。

54、其中，油茶壳提取物的极性基团与羧甲基壳聚糖硫代衍生物中富含的羟基和氨基团相互作用，能够与铝包钢丝表面的铝层通过氢键结合，实现复合物涂覆在铝包钢丝表面，形成防腐层。

55、进一步的，油茶壳提取物、羧甲基壳聚糖硫代衍生物用量比为(2-3)g:(18-22)ml。

56、进一步的，油茶壳提取物具体由以下步骤制得：

57、将油茶壳净水洗后，晾干，置于研磨机中研磨至粉末，将油茶壳粉末浸入到质量分数为40％的乙醇溶液中，搅拌2h，然后冷凝回流3h后，经过滤去除固体杂质，吸收液体，在85℃下搅拌至溶剂挥发，得到浓缩物，浓缩物在60℃的烘箱中干燥10min，油茶壳提取物。

58、进一步的，油茶壳粉末、乙醇溶液用量比为(8-12)g:(45-55)ml。

59、进一步的，羧甲基壳聚糖硫代衍生物具体由以下步骤制得：

60、将乙腈、硫氰酸铵、辛基氯混合，在0℃下搅拌1h，过滤收集滤液，向滤液中加入羧甲基壳聚糖，搅拌24h，过滤取出杂质，用乙腈洗涤2次，乙醚洗涤3次，在60℃烘箱中干燥10min，得到羧甲基壳聚糖硫代衍生物。

61、其中，乙腈作为溶剂，硫氰酸铵作为催化剂，使得羧甲基壳聚糖与辛基氯发生取代反应，在羧甲基壳聚糖引入辛基基团，使得羧甲基壳聚糖具有两亲性，亲水基团能够在铝包钢丝表面结合，实现在铝包钢丝表面形成防腐层。

62、进一步的，接枝纤维素、改性剂、复合填料用量比为(4-5)g:(25-35)ml:(0.3-0.7)g。

63、进一步的，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

64、(1)本发明技术方案中，预处理钢丝经混合酸刻蚀，能够与预处理钢丝表面的未去除的氧化物反应，且预处理钢丝表面携带大量的含氧官能团，提高表面润湿性，有利于在预处理钢丝表面形成凹凸状纳米颗粒；在酸刻蚀的预处理钢丝表面形成尺寸为2-5μm的cu6sn5纳米颗粒，cu6sn5纳米颗粒在酸刻蚀的预处理钢丝依次排列分布，形成凹凸状结构，增大了钢丝的表面粗糙度，提高了钢丝芯与铝丝间的界面结合力，且铝包钢丝在高温挤压过程中，胶合在钢丝表面的复合填充物和铝线能够嵌入到形成的凹凸状结构中，增大结合强度，进而提高铝包钢丝的密实度，提高抗拉性能，避免铝和钢热物理性能差异较大，导致铝包钢丝过程中铝包覆层易于被破坏，此外，cu6sn5纳米颗粒具有较好的导电性能和导热性能，不影响铝包钢丝的导电性。

65、(2)本发明技术方案中，乙二酸表面处理氧化石墨烯，使得氧化石墨烯能够稳定吸附金属离子，有利于在氧化石墨烯表面合成纳米氧化锡锑；在乙二酸表面处理的氧化石墨烯表面合成纳米氧化锡锑，合成的纳米氧化锡锑具有较好的导电性能，氧化石墨烯提供较好的导电通路，两者复配填充至铝包铜丝之间，具有较好的导电性能，且氧化石墨烯的片层结构具有较好的耐腐蚀性能，提高了铝包铜丝的防腐性能，此外，在氧化石墨烯表面合成纳米氧化锡锑填充至铝包铜丝之间，在高温挤压过程中，纳米氧化锡锑脱落，其纳米尺寸能够填充至铝包铜丝微的间隙中，提高密实度，避免铝包铜丝存在缝隙导致导电性能下降；将复合纳米颗粒、聚乙二醇和丙烯酸形成交联网络结构的导电凝胶，具有较高的韧性和抗拉强度，填充至铝包铜丝之间，提高抗拉强度和导电性能。

66、(3)本发明技术方案中，复合填充物填充至半成品铝包钢线之间，在高温挤压过程中，复合填充物中的碳纤维、复合凝胶相互作用，与改性钢丝表面的凹凸状结构相互结合，增加铝线与铜丝间的结合强度，使得包覆更加均匀，且碳纤维杂乱分布在铝包铜丝层间，提高密实度，且能够吸收外部应力，增强铝包铜丝的机械性能。

67、(4)本发明技术方案中，油茶壳提取物富含茶皂苷、水溶性多糖、茶多酚和黄酮类化合物，作为天然防腐剂，能够提高铝包钢丝的防腐性能，且含有较多极性基团以及杂环，能够吸附在铝包钢丝表面；羧甲基壳聚糖作为绿色缓蚀剂，具有较好的防腐性能，在羧甲基壳聚糖引入辛基基团，使得羧甲基壳聚糖具有两亲性，其亲水基团能够与油茶壳提取物的极性基团一同吸附在铝包钢丝表面，实现在铝包钢丝表面形成防腐层，进一步增强铝包钢丝的防腐性能，且作为绝缘层包覆在铝包钢丝表面，具有绝缘效果。