專利名稱：一種復(fù)合材料桿塔及其制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料桿塔，尤其涉及一種絕緣復(fù)合材料桿塔，可以作為電力
線路、通訊設(shè)施，鐵路電氣化，軌道交通及公共事業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域的絕緣支撐構(gòu)件。
背景技術(shù)：
目前，各個領(lǐng)域使用的傳統(tǒng)桿塔、如輸配電線路的鐵塔，通訊桿塔，鐵路電氣化桿 塔，都是采用鋼筋混凝土或者鋼鐵制成，不僅重量重，而且這些桿塔都是導(dǎo)體，容易產(chǎn)生諸 如雷電、大風(fēng)、污穢、冰雪、鹽霧等惡劣天氣引起的運(yùn)行事故。通訊桿塔由于屏蔽作用還會 產(chǎn)生微波紊亂，影響通訊質(zhì)量。鐵路電氣化傳統(tǒng)桿塔的雜散電流還會造成對鐵軌的腐蝕，等 等。所有的短缺都將通過復(fù)合材料桿塔的絕緣特性得到克服。 目前也有一些技術(shù)，公開了采用復(fù)合材料制作電力桿塔或者類似產(chǎn)品，但是有的 技術(shù)公開不夠充分，如中國專利"200710168533. 0"，名稱為"10KV配電線路絕緣塔頭"，公 開了一種IOKV配電線路絕緣塔頭，其特征在于采用憎水型高強(qiáng)度絕緣棒，用連接金具與 針式絕緣子進(jìn)行組裝，形成一個絕緣塔頭整體；或采用憎水型高強(qiáng)度絕緣棒直接與連接金 具進(jìn)行組裝，形成一個絕緣塔頭整體。對于憎水型高強(qiáng)度絕緣棒本身沒有相應(yīng)的介紹。
也有的技術(shù)，在應(yīng)用中存在抗紫外線能力差，如中國專利"00131910. 8"，名稱為 "一種用復(fù)合材料制作的電力桿塔"的專利申請所公開的一種用復(fù)合材料制作的電力桿塔， 其特征是按照下述主要成份及重量比選取聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂40-60份，玻 璃纖維或碳纖維40-60份，瓷粉或石英粉或輕質(zhì)碳酚鈣9-11份，顏料5-7份，阻燃劑6-10 份，防老化劑3-5份，固化劑3-5份。不僅沒有抗紫外線功能，而且碳纖維是導(dǎo)體不具有絕 緣功能，故而其公開的電力桿塔不具備絕緣效果，并且碳纖維成本非常高，實(shí)際應(yīng)用中不具 備普遍推廣的價值。 此外，如中國專利"200620072440.9"，名稱為"新型復(fù)合電桿"所公開的，是一種玻 璃纖維與聚氨酯復(fù)合的新型電桿，包括中空桿體，桿體是浸漬聚氨酯的玻璃纖維股繞軸的 纏繞體，所述浸漬聚氨酯的玻璃纖維股由內(nèi)到外依次是內(nèi)層玻璃纖維層、中層芳香族聚氨 酯層、外層脂肪族聚氨酯層構(gòu)成，聚氨酯固化后三層結(jié)為一整體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是揭示一種復(fù)合材料桿塔，本身強(qiáng)度高，絕緣性能好，并且通過高強(qiáng) 度本體和具備強(qiáng)抗紫外線能力的耐候性樹脂的復(fù)合保護(hù)及具有超耐候、防水、阻燃、低表面
能特性的無機(jī)涂料的涂敷，使復(fù)合材料桿塔具有絕緣、高強(qiáng)度、抗紫外線、耐天候、憎水、阻 燃、不粘自潔等一系列優(yōu)異特性，尤其適合戶外長期使用。 本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種復(fù)合材料桿塔，包括本體，置于本體外的第一外層和第 二外層，以及置于本體內(nèi)的泡沫填充物，所述的本體為包括樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所 述的第一外層為包括耐候性樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所述的第二外層為無機(jī)涂料，所 述的本體、第一外層、第二外層和本體內(nèi)的泡沫填充物構(gòu)成復(fù)合材料桿塔。
在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的本體為環(huán)氧樹脂及玻璃纖維的復(fù)合材料。
在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的耐候性樹脂為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。
在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的泡沫填充物為絕緣的閉孔泡沫塑料。
在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的無機(jī)涂料為陶瓷涂料。 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的復(fù)合材料桿塔用作電力、通訊、鐵路電氣化、 軌道交通及公用設(shè)施中的桿塔；該桿塔是整塔或者橫擔(dān)或者塔頭；或者塔桿、橫擔(dān)與塔頭 之間的不同組合。 本發(fā)明的另一目的還在于提供一種復(fù)合材料桿塔的制造方法?？梢陨a(chǎn)出高絕緣 性能、高強(qiáng)度、抗紫外線能力強(qiáng)的復(fù)合材料桿塔，尤其適合戶外使用。
—種復(fù)合材料桿塔的制造工藝，包括 將絕緣纖維浸漬樹脂纏繞在預(yù)制的模具上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壁厚與長度，形成復(fù) 合材料桿塔的本體； 再在復(fù)合材料桿塔本體的外面繼續(xù)纏繞浸漬耐候性樹脂的絕緣纖維，形成復(fù)合材 料桿塔的第一外層； 復(fù)合材料桿塔第一外層成形后，安照預(yù)先設(shè)計(jì)的溫度和時間對應(yīng)要求進(jìn)行加溫固 化； 再在固化后的復(fù)合材料桿塔外面打磨拋光，涂敷無機(jī)涂料，形成復(fù)合材料桿塔的 第二外層； 還包括在復(fù)合材料桿塔內(nèi)填充閉孔的塑料泡沫； 所述的樹脂或者耐候性樹脂浸漬絕緣纖維的過程中，需添加輔助材料。 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的絕緣纖維為玻璃纖維，所述的樹脂為環(huán)氧樹脂。 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的耐候性樹脂為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，所述的無機(jī) 涂料為陶瓷涂料。 在本發(fā)明一個較佳實(shí)施例中，所述的輔助材料包括固化劑、促進(jìn)劑、填料和顏料。
本發(fā)明揭示的復(fù)合材料桿塔，由于采用了無機(jī)涂料以及耐候性樹脂作為原料的一 部分，所以抗紫外線能力得到極大的提高，并且憎水，在戶外長時間使用的環(huán)境下，不易老 化，內(nèi)部填充輕質(zhì)的絕緣材料，使得復(fù)合材料桿塔重量輕，此外，提高了復(fù)合材料桿塔整體 絕緣水平。


附圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例中復(fù)合材料桿塔的示意圖； 附圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例中復(fù)合材料桿塔制造方法的流程示意圖。 本體l，第一外層2，第二外層3，填充層4。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能 更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
本發(fā)明揭示的一種復(fù)合材料桿塔，可以應(yīng)用在路燈桿、紅綠燈桿、電子監(jiān)控桿、輸配電電力系統(tǒng)的塔頭、桿塔、整塔及橫擔(dān)等各個產(chǎn)品上，本實(shí)施例中以桿塔為示例來說明，
但本發(fā)明并不是以此為限，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。 如圖1所示，本實(shí)施例中的復(fù)合材料桿塔截面呈圓形，但是本發(fā)明并不限于此，可
以是橢圓形、方形、多邊形或者相關(guān)形狀。在復(fù)合材料桿塔中包括本體1，第一外層2，第二
外層3和填充層4。其中的本體l由樹脂和絕緣纖維的復(fù)合材料組成，本實(shí)施例中，樹脂優(yōu)
選為環(huán)氧樹脂，但也可以為其他如酚醛樹脂、聚氨酯樹脂等。絕緣纖維優(yōu)選為玻璃纖維，尤 其是玻璃纖維中的E類纖維，但也可以是玄武巖纖維。 在本實(shí)施例中，第一外層2由耐候性樹脂和絕緣纖維的復(fù)合材料組成，其中耐候 性樹脂優(yōu)選脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，但也可以是氟改性環(huán)氧樹脂或酚醛改性環(huán)氧樹脂，同樣可以 起到抗紫外線的作用。本實(shí)施例中的絕緣纖維還是優(yōu)選E類玻璃纖維，但同樣可以采用其 他如玄武巖纖維。 由于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂具有以下優(yōu)異性能，所以此處的耐候性樹脂優(yōu)選脂環(huán)族環(huán)氧 樹脂。 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán)，具有良好的耐侯性能和抗紫外輻射。
因?yàn)橹h(huán)族環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)氧基不是來自環(huán)氧丙烷，環(huán)氧基直接連接在 脂環(huán)上，所以，脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的熱穩(wěn)定性良好由于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基直接連接在 脂環(huán)上，能形成緊密的剛性分子結(jié)構(gòu)，固化后交聯(lián)密度增大，因而熱變形溫度比較高，馬丁 耐熱可以達(dá)到19(TC以上，熱分解溫度大于36(TC。固化收縮率小，拉伸強(qiáng)度高。
由于脂環(huán)族環(huán)氧樹脂合成的過程中不含氯、鈉等離子，因此脂環(huán)族環(huán)氧樹脂都具 有良好的介電性能，無論是從比電阻還是從介電損耗角正切值看，均較雙酚A型環(huán)氧樹脂 為優(yōu)。 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂的粘度都比較小，因此，在澆注和壓制制件時作業(yè)較方便，這一 點(diǎn)，尤其是對大部件的制件加工時，更顯得重要。 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂對有機(jī)酸和酸酐的反應(yīng)活性比對胺類的反應(yīng)活性大。因此，在酸 性固化劑中便能充分固化。這樣一來就避免了使用毒性大、揮發(fā)性大的胺類固化則，對操作 人員比較安全。 在本發(fā)明實(shí)施例中，由包含脂環(huán)族環(huán)氧樹脂制造的有機(jī)絕緣體來代替戶外裝置中 的陶瓷制品、水泥及鋼鐵制品。與陶瓷相比，它具有重量輕、體積小，抗沖擊性好等優(yōu)點(diǎn)，而 且可以較經(jīng)濟(jì)地制成大小、形狀各異的產(chǎn)品。這類產(chǎn)品可以同時滿足熱沖擊電阻良好、熱變 形溫度高、臨界電氣特性優(yōu)良的要求。 復(fù)合材料桿塔的第二外層3采用無機(jī)涂料，本發(fā)明實(shí)施例中，無機(jī)涂料采用陶瓷
涂料，但也可以使用如二氧化鈦涂料等，由于無機(jī)涂料具備良好的絕緣、防水耐高溫耐堿、
不燃、耐污和抗紫外線等能力，因此此處用作復(fù)合材料桿塔的第二外層3。 填充層4是采用絕緣泡沫材料進(jìn)行填充，本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選采用閉孔的絕緣
泡沫塑料進(jìn)行填充，也可以采用油或者SF6氣體進(jìn)行填充，但是后兩者對于密封的要求相
對更為嚴(yán)格，而絕緣泡沫塑料本身質(zhì)量比較輕，成本也在可接受范圍。 請參見附圖2，此處示意了復(fù)合材料桿塔的制造工藝，分別有以下幾個步驟組成。
纏繞浸漬樹脂的絕緣纖維Sl，首先把樹脂置于樹脂槽，將絕緣纖維經(jīng)過分紗器后 通過樹脂槽，絕緣纖維經(jīng)過樹脂槽中樹脂的浸漬后，再通過纏繞設(shè)備上的集紗器進(jìn)行巻繞，
5所述的纏繞設(shè)備設(shè)置有芯棒，由纏繞設(shè)備的芯棒將上述浸漬樹脂的絕緣纖維進(jìn)行巻繞工 作，待纏繞到一定程度后，就形成了復(fù)合材料桿塔的本體1。此處的纏繞有厚度和長度的要 求，也即復(fù)合材料桿塔的長度以及本體的厚度，根據(jù)不同的應(yīng)用場合，厚度及長度要求各不 相同。由于樹脂是以液體形態(tài)添加入絕緣纖維中，因此樹脂會滲透入絕緣纖維內(nèi)。此處的 樹脂優(yōu)選環(huán)氧樹脂，但也可以是其他如酚醛樹脂等，此處的絕緣纖維優(yōu)選為E類玻璃纖維， 但也可以是玄武巖纖維等。此處的芯棒可以采用不同形狀，從而制造出來的最終的復(fù)合材 料桿塔的形狀也可以各種各樣。 纏繞浸漬耐候性樹脂的絕緣纖維S2，形成復(fù)合材料桿塔的本體1以后，繼續(xù)以此 絕緣纖維和形成的本體1為基礎(chǔ)，在纏繞設(shè)備的芯棒上進(jìn)行巻繞。此處樹脂槽內(nèi)放置的是 耐候性樹脂，因此此處巻繞的是浸漬過耐候性樹脂的絕緣纖維。此處的耐候性樹脂優(yōu)選為 脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，耐候性樹脂分為熱固性和熱塑性兩種，此處并不限制，也可以是氟環(huán)氧樹 脂或酚醛環(huán)氧樹脂。耐候性樹脂同樣會滲透入絕緣纖維里面，形成第一外層2。
加溫固化S3，對經(jīng)過上述步驟后制成的構(gòu)件進(jìn)行加溫固化，經(jīng)過固化后，得到的構(gòu) 件是一體的，為了充分固化，再進(jìn)行二次加熱固化。二次固化(或者后固化)時間與固化溫 度條件有關(guān)，本實(shí)施例中，在固化溫度為45°C 5(TC條件下，固化時間在3小時左右；在固 化溫度為60°C 8(TC條件下，固化時間在2小時左右；在固化溫度為100°C 12(TC條件 下，固化時間為2小時左右；在固化溫度為140°C 16(TC條件下，固化時間為2小時左右。 然后自然降溫至常溫，完成固化程序。但是也可以根據(jù)當(dāng)時天氣狀況，如空氣濕度、溫度、 產(chǎn)品厚度等條件調(diào)節(jié)溫升程序。然后，抽出芯棒，形成中間品。 打磨拋光并涂無機(jī)涂料S4，經(jīng)過固化后，形成了中間品，然后，在中間品的第一外 層2外面進(jìn)行打磨拋光，在經(jīng)過拋光后的表面涂上無機(jī)涂料，本實(shí)施例中涂的是陶瓷涂料， 形成第二外層3。根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用當(dāng)?shù)氐奶旌?、氣溫、污穢等級及太陽光照的強(qiáng)弱確定涂層厚 度，涂層可以底涂、面涂，底涂也可以采用和基體樹脂附著力好的耐候性涂料，以降低陶瓷 涂料的用量，降低成本。但面涂必須是陶瓷涂料。面涂可以一遍二遍，也可以多遍。當(dāng)然也 可以使用二氧化鈦等無機(jī)涂料作為第二外層3的原料。 填充絕緣材料S5，在本體內(nèi)部再填充絕緣材料，比如閉孔的絕緣泡沫塑料或者油 等絕緣材料，形成填充層4，制成復(fù)合材料桿塔，然后進(jìn)行檢測和試驗(yàn)，看制成的復(fù)合材料桿 塔是否合格，尤其在絕緣性能等方面。如果是填充了油或者SF6等，則還需要將復(fù)合材料桿 塔兩端的端口進(jìn)行密封，以防止SF6或者油的泄漏。此處的填充絕緣材料S5的步驟，可以設(shè) 置在打磨拋光并涂無機(jī)涂料S4之后，也可以設(shè)置在此步驟之前，先進(jìn)行填充絕緣材料S5。
在絕緣纖維浸漬樹脂或者耐候性樹脂的過程中，需要添加輔助材料，輔助材料包 括適量的固化劑、促進(jìn)劑、填料和顏料，也可以適當(dāng)添加阻燃劑等材料，視實(shí)際的需求和應(yīng) 用而定。 此外，還可以采用干法纏繞制作復(fù)合材料桿塔，下面簡單的進(jìn)行介紹，將絕緣纖維 浸漬樹脂，然后進(jìn)行烘干，形成半固態(tài)的絕緣纖維與樹脂的復(fù)合材料，經(jīng)過加熱后軟化，再 纏繞在芯棒上，形成復(fù)合材料桿塔的本體1 ;將絕緣纖維浸漬耐候性樹脂，然后進(jìn)行烘干， 形成半固態(tài)的絕緣纖維與耐候性樹脂的復(fù)合材料，經(jīng)過加熱軟化后，再纏繞在芯棒上，形成 復(fù)合材料桿塔的第一外層2，然后經(jīng)過加溫固化，在第一外層進(jìn)行打磨拋光處理，涂覆無機(jī) 涂料，形成第二外層3，在本體內(nèi)填充泡沫填充物，形成填充層4。
此處制成的復(fù)合材料桿塔截面是圓形或接近于圓形的，但是同樣可以采用上述方 法，制成截面為橢圓形或方形或多邊形的復(fù)合材料桿塔，只不過纏繞時采用的芯棒形狀不 同而已。此外，纏繞設(shè)備上的芯棒也可以采用異形的，比如芯棒上下不通粗細(xì)等，從而制造 成其他所需要的復(fù)合材料桿塔。 本發(fā)明實(shí)施例制成的復(fù)合材料桿塔，其長度可以按照設(shè)計(jì)需要進(jìn)行制作，或者可
以制作不同直徑或者尺寸的復(fù)合材料桿塔，然后將相配套的復(fù)合材料桿塔再次進(jìn)行組裝，
比如套裝或者法蘭固定連接，從而制成比較高的桿塔或者下面粗、上面細(xì)的桿塔等。 本發(fā)明揭示的復(fù)合材料桿塔，由于采用了無機(jī)涂料以及耐候性樹脂作為桿塔組成
的一部分，所以抗紫外線能力得到極大的提高，并且憎水，不粘自清潔的能力強(qiáng)。在戶外長
時間使用的環(huán)境下，不易老化，內(nèi)部填充輕質(zhì)的絕緣材料，使得復(fù)合材料桿塔重量輕，此外，
提高了復(fù)合材料桿塔整體絕緣水平。 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限 定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種復(fù)合材料桿塔，包括本體，置于本體外的第一外層和第二外層，以及置于本體內(nèi)的泡沫填充物；其特征在于，所述的本體為包括樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所述的第一外層為包括耐候性樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所述的第二外層為無機(jī)涂料，所述的本體、第一外層、第二外層和本體內(nèi)的泡沫填充物構(gòu)成復(fù)合材料桿塔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料桿塔，其特征在于，所述的本體為環(huán)氧樹脂及玻璃 纖維的復(fù)合材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料桿塔，其特征在于，所述的耐候性樹脂為脂環(huán)族環(huán) 氧樹脂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料桿塔，其特征在于，所述的泡沫填充物是閉孔的塑 料泡沫。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料桿塔，其特征在于，所述的無機(jī)涂料為陶瓷涂料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5之一所述的復(fù)合材料桿塔，其特征在于，所述的復(fù)合材料桿塔用 作電力、通訊、鐵路電氣化、軌道交通及公用設(shè)施中的桿塔；該桿塔是整塔或者橫擔(dān)或者塔 頭；或者塔桿、橫擔(dān)與塔頭之間的不同組合。
7. —種復(fù)合材料桿塔的制造工藝，包括將絕緣纖維浸漬樹脂纏繞在預(yù)制的模具上，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壁厚與長度，形成復(fù)合材 料桿塔的本體；再在復(fù)合材料桿塔本體的外面繼續(xù)纏繞浸漬耐候性樹脂的絕緣纖維，形成復(fù)合材料桿 塔的第一外層；復(fù)合材料桿塔第一外層成形后，安照預(yù)先設(shè)計(jì)的溫度和時間對應(yīng)要求進(jìn)行加溫固化； 再在固化后的復(fù)合材料桿塔外面打磨拋光，涂敷無機(jī)涂料，形成復(fù)合材料桿塔的第二 外層；還包括在復(fù)合材料桿塔內(nèi)填充閉孔的塑料泡沫；所述的樹脂或者耐候性樹脂浸漬絕緣纖維的過程中，需添加輔助材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料桿塔的制造方法，其特征在于，所述的絕緣纖維為 玻璃纖維，所述的樹脂為雙酚A環(huán)氧樹脂。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料桿塔的制造方法，其特征在于，所述的耐候性樹脂 為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，所述的無機(jī)涂料為陶瓷涂料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的復(fù)合材料桿塔的制造方法，其特征在于，所述的輔助 材料包括固化劑、促進(jìn)劑、填料和顏料。
全文摘要
一種復(fù)合材料桿塔，包括本體，置于本體外的第一外層和第二外層，以及置于本體內(nèi)的泡沫填充物，所述的本體為包括樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所述的第一外層為包括耐候性樹脂與絕緣纖維的復(fù)合材料，所述的第二外層為無機(jī)涂料，所述的本體、第一外層、第二外層和本體內(nèi)的泡沫填充物構(gòu)成復(fù)合材料桿塔；本發(fā)明提供的復(fù)合材料桿塔，由于采用的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和無機(jī)涂料都具有優(yōu)異的抗紫外線、防水防潮、不粘自清潔及電氣絕緣特性，所以制成的復(fù)合材料桿塔非常適合戶外各種惡劣氣象條件下的長期運(yùn)行。
文檔編號E04H12/02GK101718151SQ20091020988
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者謝佐鵬 申請人:常熟風(fēng)范電力設(shè)備股份有限公司