專利名稱：一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于成型復(fù)合材料，即含有增強(qiáng)材料、填料或預(yù)成型件的塑性材料領(lǐng)域，具體講涉及一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋼芯鋁絞線為單層或多層鋁股線絞合在鍍鋅鋼芯線外的加強(qiáng)型導(dǎo)線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、架設(shè)與維護(hù)方便、線路造價(jià)低、傳輸容量大、又利于跨越江河和山谷等特殊地理?xiàng)l件的敷設(shè)、具有良好的導(dǎo)電性能和足夠的機(jī)械強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度大、塔桿距離可放大等特點(diǎn)。因此廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)的架空輸配電線路中?，F(xiàn)代工業(yè)對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量要求的日益提高以及電力負(fù)荷需求的逐步增加，對(duì)電力行業(yè)提出了更加嚴(yán)峻的考驗(yàn)。電網(wǎng)輸電線路的建設(shè)正面臨著土地資源日益緊張、 有色金屬資源的稀缺、電力傳輸?shù)目焖贁U(kuò)容及環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題。20世紀(jì)末人們嘗試用有機(jī)復(fù)合材料代替金屬材料制作導(dǎo)線的芯材，開(kāi)發(fā)出新型復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線。復(fù)合芯與傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線相比具有重量輕、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、弛度低、載流量大及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。解決電力線路輸送容量提高的同時(shí)又能充分利用已有鐵塔，盡量避免了線路走廊用地增加這一技術(shù)難題，對(duì)老舊線路的增容改造和土地資源緊張地區(qū)的線路重建具有重要意義。國(guó)外關(guān)于復(fù)合芯的研制包括，日本于20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)了復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線， 產(chǎn)品分為碳纖維芯鋁絞線和耐熱碳纖維芯耐熱鋁合金絞線兩種。復(fù)合芯的質(zhì)量是常規(guī)鋼芯的1/5，線膨脹系數(shù)約為鋼芯的1/12。試驗(yàn)證明，新型復(fù)合材料芯導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度大幅提高，常溫下的拉伸曲線特性呈現(xiàn)彈性體特性，即材料斷裂時(shí)沒(méi)有塑性變形，斷后延伸率約為 1.6%，塑性不如鋼芯導(dǎo)線。美國(guó)的CTC公司于2003年推出碳纖維復(fù)合芯鋁絞線，其芯線是以碳纖維為中心層和玻璃纖維包覆制成的單根芯棒，碳纖維采用聚酰胺耐火處理、碳化而成；高強(qiáng)度、高韌性配方的環(huán)氧樹(shù)脂具有很強(qiáng)的耐沖擊性、耐抗力應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。將碳纖維與玻璃纖維進(jìn)行預(yù)拉伸后，在環(huán)氧樹(shù)脂中浸漬，然后在高溫模具中固化成型為復(fù)合材料芯線。芯線外層與鄰?fù)鈱訛樘菪谓孛驿X線股。此芯線與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比具有重量輕、強(qiáng)度大、低線損、弛度小等優(yōu)點(diǎn)，但其韌性較差，復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中有因脆性因素造成開(kāi)裂及斷裂的幾率，給電網(wǎng)輸電線路施工及運(yùn)行安全性產(chǎn)生威脅。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的導(dǎo)線都是由導(dǎo)電性能好的金屬絲或金屬條形成，這種導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度低。同時(shí)由于金屬的特性，用金屬制成的導(dǎo)線隨環(huán)境溫度的變化熱脹冷縮嚴(yán)重，較易出現(xiàn)脆斷。鑒于此，國(guó)內(nèi)也有人開(kāi)始研究碳纖維復(fù)合芯鋁絞線，但沒(méi)有具體的使用參數(shù)，研發(fā)與生產(chǎn)還存在一定的差距。本發(fā)明人于2009年提出的申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910237469.6，發(fā)明名稱為“一種適用于輸電線路擴(kuò)容導(dǎo)線的樹(shù)脂基復(fù)合材料及其制備工藝”的發(fā)明專利申請(qǐng)，其技術(shù)方案涉及到一種適用于穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的高強(qiáng)度、耐高溫、表面規(guī)整、光潔度高的復(fù)合芯的制備工藝，解決了現(xiàn)有制備工藝固化周期長(zhǎng)、容易出現(xiàn)模具堵塞、制品表面光潔度欠缺、樹(shù)脂包覆纖維不徹底、樹(shù)脂固化工藝引起的力學(xué)強(qiáng)度下降等問(wèn)題，并且提高了制品的綜合性能，節(jié)約了材料消耗。但此專利申請(qǐng)沒(méi)有考慮材料韌性問(wèn)題，由于復(fù)合材料用于制備電網(wǎng)輸電線路復(fù)合芯時(shí)，要求復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中不因脆性因素造成開(kāi)裂及斷裂，因此復(fù)合材料的韌性不容忽視。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910011099. 4，發(fā)明名稱為“輸電線路導(dǎo)線的玻璃纖維與碳纖維復(fù)合芯”的發(fā)明專利申請(qǐng)看，公開(kāi)了一種輸電線路導(dǎo)線的玻璃纖維與碳纖維復(fù)合芯，復(fù)合芯由碳纖維50% 55%、玻璃纖維10% 15%、樹(shù)脂及輔助材料30% 40%組成。本發(fā)明申請(qǐng)制備的復(fù)合芯具有良好的抗拉強(qiáng)度，但復(fù)合芯的制備原料中沒(méi)有為提高材料的韌性而特意添加的原料，只強(qiáng)調(diào)復(fù)合芯的抗拉強(qiáng)度。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合芯的抗拉強(qiáng)度可以很好的得到保證，但由于纖維韌性較差， 因此，如何在保證復(fù)合芯綜合力學(xué)性能的同時(shí)，有效提高復(fù)合芯的韌性是急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯及其制備方法，本發(fā)明的復(fù)合芯在保證抗拉強(qiáng)度的前提下，即復(fù)合芯纖維含量Vf = 50 80%，復(fù)合芯拉伸強(qiáng)度不低于2100MPa，復(fù)合芯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于190°C ；和普通復(fù)合芯相比，韌性提高20 50%，卷繞性能由55D、2圈、不開(kāi)裂，提高到30 45D、2圈、不開(kāi)裂；且復(fù)合芯表面光潔，粗糙度相對(duì)較低。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，所述復(fù)合芯用材料由樹(shù)脂材料和纖維增強(qiáng)材料制成，其改進(jìn)之處在于按體積分?jǐn)?shù)計(jì)所述樹(shù)脂材料為20% _50%，纖維增強(qiáng)材料為 50-80% ；所述樹(shù)脂材料包括熱固性樹(shù)脂100份、固化劑50-150份、促進(jìn)劑1_20份、脫模劑 1-20份、增韌劑5-20份及納米顆粒0. 1-10份。其中所述纖維增強(qiáng)材料為任意選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維或PBI纖維中的一種或幾種。其中所述熱固性樹(shù)脂為任意選自酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂、聚氨酯或聚酰亞胺中的一種或幾種。其中所述固化劑為任意選自酸酐類、脂肪多元胺類、脂環(huán)多元胺類及芳香族多胺中的一種或幾種。其中所述促進(jìn)劑促進(jìn)劑是選自胺類、苯酚類或咪唑類中的一種或幾種。其中所述脫模劑是選自硬脂酸鋅、硬脂酸、硅油類、硅脂類或自制內(nèi)脫模劑的一種或幾種。其中所述增韌劑是選自熱塑聚醚多元醇、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、超支化聚酰胺酯、液態(tài)橡膠、熱致液晶聚合物、聚酯中的一種或幾種。其中所述納米顆粒是選自納米蒙脫土、納米碳纖維、納米TiO2、納米Si02、BaTiO3 或納米Al2O3中的一種或幾種。一種制備如權(quán)利要求1所述的復(fù)合芯方法，其改進(jìn)之處在于所述方法步驟如下
1)開(kāi)卷紗束即纖維增強(qiáng)材料在牽引機(jī)的拉力下，經(jīng)180 200°C干燥預(yù)處理1_2 分鐘，經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輥和集束柵板、集紗輥后，進(jìn)入浸漬膠槽，浸透樹(shù)脂材料的膠液0. 5-lh ；其中浸漬膠槽溫度定為40°C 80°C ；2)經(jīng)樹(shù)脂材料膠液浸潤(rùn)的纖維增強(qiáng)材料，通過(guò)具有一定界面形狀的預(yù)成型模具， 排出多余的樹(shù)脂和氣泡，進(jìn)行預(yù)成型；其中預(yù)成型模內(nèi)的溫度為70°C 120°C ；3)固化成型復(fù)合材料的樹(shù)脂膠液在前段固化模具內(nèi)逐步升溫，經(jīng)粘流態(tài)、凝膠態(tài)、玻璃態(tài)后成型固化，在內(nèi)脫模劑的作用下，由牽引裝置拉出脫模成型；其中前段固化模具第一加熱區(qū)間溫度為120-180°C ；第二加熱區(qū)間溫度為130 2000C ；第三加熱區(qū)間溫度為140 190°C ；樹(shù)脂基復(fù)合材料后固化成型采用四段連續(xù)加熱，加熱區(qū)間的溫度為170 220°C ；其中牽引速度不低于0. 5m/min ；4)由收線機(jī)進(jìn)行制品收卷，通過(guò)切割裝置切成所需長(zhǎng)度的復(fù)合芯。由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括1)復(fù)合芯韌性顯著提高按照本發(fā)明所述制備材料及制備工藝得到的復(fù)合芯，按照國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Q/GDW388-2009卷繞性能進(jìn)行測(cè)試，最終碳纖維復(fù)合芯制品的性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到和普通復(fù)合芯相比，韌性提高20 50%，即卷繞性能由55D、2圈、不開(kāi)裂，提高到30 45D、2圈、 不開(kāi)裂，高韌性降低了碳纖維復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中因脆性因素造成的斷裂及開(kāi)裂幾率；2)復(fù)合芯的抗拉強(qiáng)度保持在一定水平復(fù)合芯纖維含量Vf = 50 80%，復(fù)合芯拉伸強(qiáng)度不低于2100MPa ；3)采用DMA測(cè)試方法，復(fù)合芯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于180°C ；4)制備方法簡(jiǎn)單，易于操作本發(fā)明的制備方法對(duì)具體的參數(shù)牽引速度、固化溫度和加熱區(qū)長(zhǎng)度等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，盡量縮減制備工序，使得復(fù)合芯的制備方法簡(jiǎn)單，且復(fù)合芯成型速度快，生產(chǎn)效率高。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明公開(kāi)了電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線用碳纖維復(fù)合芯的樹(shù)脂配方及制備工藝，復(fù)合芯具有高強(qiáng)度、高韌性、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及表面光潔度。本發(fā)明在保持復(fù)合芯優(yōu)異綜合性能的同時(shí)，顯著提高了其韌性，進(jìn)一步降低了復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中因脆性因素造成的斷裂及開(kāi)裂幾率。本發(fā)明所述的高韌性碳纖維復(fù)合芯制備工藝的樹(shù)脂體系配方為一種熱固性樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、增韌劑及納米顆粒等。其中，固化劑是選自酸酐類、脂肪多元胺類、脂環(huán)多元胺類及芳香族多胺類中的一種或幾種；促進(jìn)劑是選自胺類、苯酚類、咪唑類中的一種或幾種；脫模劑是選自硬脂酸鋅、硬脂酸、硅油類、硅脂類、自制內(nèi)脫模劑中的一種或幾種；增韌劑是選自聚醚多元醇、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、超支化聚酰胺酯、液態(tài)橡膠、熱致液晶聚合物、聚酯的一種或幾種；納米顆粒是選自選自納米蒙脫土、納米碳纖維、納米Ti02、 納米SiO2、BaTiO3或納米Al2O3中的一種或幾種。高韌性復(fù)合芯的樹(shù)脂配方按照如下配比的成分樹(shù)脂100份、固化劑50 150份、 促進(jìn)劑1 20份、增韌劑5-20份，納米顆粒0. 1 10份，脫模劑1 20份。其中增強(qiáng)纖維為碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、 PBI纖維中的一種或幾種。熱固性樹(shù)脂是指在加熱、加壓下或在固化劑、紫外光作用下，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)固化成為不溶不熔物質(zhì)的一大類合成樹(shù)脂，熱固性樹(shù)脂在固化后，由于分子間交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此剛性大、硬度高、耐溫高、不易燃、制品尺寸穩(wěn)定性好，常用熱固性樹(shù)脂有酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、丁二烯樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂、聚氨酯、聚酰亞胺等。本發(fā)明所述熱固性樹(shù)脂包括環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、丁二烯樹(shù)脂、聚氨酯。環(huán)氧樹(shù)脂可以為縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、脂環(huán)族環(huán)氧化合物、芳香族環(huán)氧化合物中的一種或幾種。其中縮水甘油醚類可以為雙酚A (二酚基丙烷縮水甘油醚)、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙二醇二縮水甘油醚、聚丙二醇二縮水甘油醚、1， 4-丁二醇二縮水甘油醚中的一種或幾種?？s水甘油酯類可以為鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、 間苯二甲酸二縮水甘油酯、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯中的一種或幾種。脂環(huán)族環(huán)氧化合物可以為二氧化雙環(huán)戊二烯、環(huán)己烯酯環(huán)氧樹(shù)脂、二氧化雙環(huán)戊烯基醚中的一種或幾種。縮水甘油胺類可以為4，4: 二氨基二苯甲烷環(huán)氧樹(shù)脂、對(duì)氨基苯酚環(huán)氧樹(shù)脂、三聚氰胺環(huán)氧樹(shù)脂及海因環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種。芳香族環(huán)氧化合物可以為芳香族聚醚縮水甘油醚環(huán)氧樹(shù)脂、芳香族超支化聚酯型環(huán)氧樹(shù)脂等。增強(qiáng)材料主要用于增加熱固性樹(shù)脂的韌性和強(qiáng)度，增強(qiáng)材料的分類有如木粉、 礦物粉、纖維或紡織品，本發(fā)明的增強(qiáng)材料選用纖維，纖維為任意選自碳纖維、玄武巖纖維、玻璃纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、聚苯并咪唑纖維中的一種或幾種；碳纖維為用聚丙烯腈纖維、浙青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；玄武巖纖維是玄武巖石料在 1450°C 1500°C熔融后，通過(guò)鉬銠合金拉絲漏板高速拉制而成的連續(xù)纖維；芳綸纖維為聚對(duì)亞苯基苯并雙惡唑纖維、聚對(duì)亞苯基苯并雙噻唑纖維、聚醚醚酮纖維或聚砜基酰胺纖維中的一種或幾種。本發(fā)明中的固化劑是任意選自酸酐類、脂肪多元胺類、脂環(huán)多元胺類及芳香族多胺中的一種或幾種，酸酐類固化劑使用的配方體系粘度低，使用期長(zhǎng)，可分為芳香族酸酐、 脂肪酸酐和鹵化酸酐等。本發(fā)明配方中所涉及的酸酐類固化劑可以為70酸酐，70酸酐是丁二烯與順丁烯二酸酐反應(yīng)而得的改性酸酐 ’80#阻燃液體酸酐，它是含溴的液體酸酐，其固化產(chǎn)物具有離火自熄的阻燃性、優(yōu)良的電氣性能、耐潮性和物理機(jī)械性能；82酸酐，是桐油改性順丁烯二酸酐所得的桐油酸酐，有內(nèi)增塑作用，可以使固化物的力學(xué)性能和防水性能均有所改善。脂肪多元胺可以為乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、己二胺、間苯二甲胺等。脂環(huán)多元胺類固化劑可以為孟烷二胺、N-氨乙基哌嗪、異佛爾酮二胺等。芳香族多胺類固化劑可以為間苯二甲胺、間苯二胺、二氨基二苯基砜等。本發(fā)明中的促進(jìn)劑是任意選自自胺類、苯酚類、咪唑類中的一種或幾種；促進(jìn)劑一是作為補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂的固化劑，提高橡膠制品的硬度；二是與間苯二酚等助劑一起構(gòu)成粘合體系，對(duì)橡膠與纖維的粘合起著重要作用。
本發(fā)明中的脫模劑是任意選自選自硬脂酸鋅、硬脂酸、硅油類、硅脂類中的一種或幾種。本發(fā)明中的增韌劑是任意選自聚醚多元醇、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、超支化聚酰胺酯、液態(tài)橡膠、熱致液晶聚合物、聚酯的一種或幾種；聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮等熱塑性樹(shù)脂具有受熱軟化、冷卻硬化的性能，而且不起化學(xué)反應(yīng)，無(wú)論加熱和冷卻重復(fù)進(jìn)行多少次， 均能保持這種性能，，熱塑性樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)是加工成型簡(jiǎn)便，具有較高的機(jī)械能。超支化聚酰胺酯具有粘度低、官能度高、溶解性能良好及無(wú)纏結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。液態(tài)橡膠主要指液態(tài)丁腈橡膠、液態(tài)硅橡膠等。熱致液晶聚合物是繼溶致液晶聚合物之后興起的，其綜合性能優(yōu)異，而且能夠進(jìn)行注塑、擠出成型加工。聚酯，由多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物總稱。主要指聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)，習(xí)慣上也包括聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚芳酯等線型熱塑性樹(shù)脂。聚芳酯是一類高性能的工程塑料，主要有聚對(duì)苯二甲酸二烯丙酯，聚對(duì)羥基苯甲酸酯和U-聚合物三種。本發(fā)明中的納米顆粒是任意選自納米蒙脫土、納米碳纖維、納米TiO2、納米Si02、 BaTiO3或納米Al2O3中的一種或幾種。納米顆粒和增韌劑的加入，使得本發(fā)明復(fù)合材料韌性得到較大改善。納米顆粒的加入使得復(fù)合材料在收到外力時(shí)，容易吸收應(yīng)力；增韌劑的加入使得樹(shù)脂體系配方的韌性大大改善，復(fù)合材料的卷繞性能得以提升，從而降低復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中因脆性因素造成開(kāi)裂及斷裂幾率。本發(fā)明所述的新型高韌性復(fù)合芯制備工藝對(duì)應(yīng)的相應(yīng)參數(shù)在如下基礎(chǔ)上得出以復(fù)合芯制備工藝所涉及的樹(shù)脂固化過(guò)程對(duì)應(yīng)的模具內(nèi)溫度場(chǎng)和樹(shù)脂固化度動(dòng)態(tài)變化為參照，以牽引速度，固化溫度，加熱區(qū)間長(zhǎng)度作為三因素，耐熱性、拉伸強(qiáng)度、韌性作為三水平進(jìn)行正交化設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供了一種新型高韌性電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線用碳纖維復(fù)合芯的制備工藝，包括以下步驟(1)開(kāi)卷紗束(所選纖維)在牽引機(jī)的拉力下，經(jīng)180 200°C干燥處理1分鐘， 通過(guò)一系列導(dǎo)向輥和集束柵板、集紗輥后，進(jìn)入浸漬膠槽，充分浸透所選樹(shù)脂配方的膠液；(2)所選纖維經(jīng)納米改性高韌性樹(shù)脂配方膠液充分浸潤(rùn)，通過(guò)具有一定界面形狀的預(yù)成型模具，排出多余的樹(shù)脂和氣泡，進(jìn)行預(yù)成型；(3)固化成型通過(guò)前段固化模具，所選納米改性高韌性樹(shù)脂配方膠液在模具內(nèi)逐步升溫，經(jīng)粘流態(tài)、凝膠態(tài)、玻璃態(tài)后成型固化，在內(nèi)脫模劑的作用下，由牽引裝置拉出脫模成型；(4)后固化處理；(5)由收線機(jī)進(jìn)行制品收卷，通過(guò)切割裝置切成所需長(zhǎng)度的制品。其中，所述浸漬納米改性高韌性樹(shù)脂配方體系的膠槽溫度恒定為40-80°C，預(yù)成型模內(nèi)的溫度為70 120°C。其中，適用于納米改性高韌性樹(shù)脂配方體系的前段固化模具第一加熱區(qū)間溫度為 120-180°C ；第二加熱區(qū)間溫度為130 200°C ；第三加熱區(qū)間溫度為140 190°C。其中，適用于納米改性高韌性碳纖維復(fù)合芯的后固化工藝采用四段連續(xù)加熱，加熱區(qū)間的溫度為170 220°C。其中，牽引速度不低于0. 5m/min。
本發(fā)明所述的電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線用碳纖維復(fù)合芯的樹(shù)脂體系配方及制備工藝，按照國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW388-2009卷繞性能進(jìn)行測(cè)試，最終碳纖維復(fù)合芯制品的性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到和普通復(fù)合芯相比，韌性提高20 50% (卷繞性能由55D、2圈、不開(kāi)裂， 提高到30 45D、2圈、不開(kāi)裂)，復(fù)合芯纖維含量Vf = 50 80%，復(fù)合芯拉伸強(qiáng)度不低于 2IOOMPa,復(fù)合芯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于190°C (采用DMA測(cè)試方法)。實(shí)施例1本發(fā)明所述的新型高韌性碳纖維復(fù)合芯制備工藝所涉及的樹(shù)脂配方，按照如下配比熱固性樹(shù)脂(縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂)100份、固化劑(酸酐類)100份、促進(jìn)劑(胺類)8 份、納米顆粒(納米蒙脫土)5份、增韌劑(聚醚多元醇類)10份、脫模劑(硬脂酸)3份。膠槽的溫度恒定為60°C，經(jīng)樹(shù)脂浸潤(rùn)的碳纖維在模具前段預(yù)熱區(qū)的溫度為 100°C。本發(fā)明所述的新型高韌性的復(fù)合芯制備工藝對(duì)應(yīng)的前段固化模具，對(duì)應(yīng)的第一加熱區(qū)間為160°C;第二加熱區(qū)間為180°C;第三加熱區(qū)間為170°C。后固化區(qū)間，采用四段連續(xù)加熱方式，加熱區(qū)間的溫度均為210°C。牽引速度設(shè)為0. 5m/min。按照上述新型高韌性復(fù)合芯制備工藝制備得到的樣品經(jīng)檢測(cè)，碳纖維復(fù)合芯卷繞性能為42D、2圈、不開(kāi)裂復(fù)合芯韌性提高M(jìn)%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為190°C，拉伸強(qiáng)度 2257MPa0實(shí)施例2本發(fā)明所述的新型高韌性復(fù)合芯制備工藝所涉及的樹(shù)脂配方，按照如下配比樹(shù)脂(縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂)100份、固化劑(酸酐類)100份、促進(jìn)劑(胺類)12份、納米顆粒(納米SiO2) 3份、增韌劑(超支化聚酰胺酯)20份、脫模劑(硬脂酸)5份。膠槽的溫度恒定為60°C，經(jīng)樹(shù)脂浸潤(rùn)的碳纖維在模具前段預(yù)熱區(qū)的溫度為 110°C。本發(fā)明所述的新型高韌性復(fù)合芯制備工藝對(duì)應(yīng)的前段固化模具，對(duì)應(yīng)的第一加熱區(qū)間為145°C ；第二加熱區(qū)間為180°C ；第三加熱區(qū)間為175°C。后固化區(qū)間，采用四段連續(xù)加熱方式，加熱區(qū)間的溫度均為220°C。牽引速度設(shè)為0. 6m/min。按照上述新型高韌性復(fù)合芯制備工藝制備得到的樣品經(jīng)檢測(cè)，碳纖維復(fù)合芯卷繞性能為38D、2圈、不開(kāi)裂復(fù)合芯韌性提高31%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為198°C，拉伸強(qiáng)度 2340MPa。實(shí)施例3本發(fā)明所述的新型高韌性復(fù)合芯制備工藝所涉及的樹(shù)脂配方，按照如下配比樹(shù)脂(芳香族聚醚縮水甘油醚環(huán)氧樹(shù)脂)100份、固化劑(酸酐類)110份、促進(jìn)劑(胺類)10 份、納米顆粒(納米SiO2) 2份、增韌劑(聚醚醚酮)18份、脫模劑(硬脂酸)5份。膠槽的溫度恒定為60°C，經(jīng)樹(shù)脂浸潤(rùn)的碳纖維在模具前段預(yù)熱區(qū)的溫度為 110°C。本發(fā)明所述的新型高韌性復(fù)合芯制備工藝對(duì)應(yīng)的前段固化模具，對(duì)應(yīng)的第一加熱區(qū)間為150°C ；第二加熱區(qū)間為185°C ；第三加熱區(qū)間為170°C。后固化區(qū)間，采用四段連續(xù)加熱方式，加熱區(qū)間的溫度為200°C。牽引速度設(shè)為0. 55m/min。按照上述新型高韌性復(fù)合芯制備工藝制備得到的樣品經(jīng)檢測(cè)，碳纖維復(fù)合芯卷繞性能為40D、2圈、不開(kāi)裂，韌性提高27%，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為195°C，拉伸強(qiáng)度2308MPa。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見(jiàn)的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，所述復(fù)合芯用材料由樹(shù)脂材料和纖維增強(qiáng)材料制成，其特征在于按體積分?jǐn)?shù)計(jì)所述樹(shù)脂材料為20% _50%，纖維增強(qiáng)材料為50-80% ；所述樹(shù)脂材料包括熱固性樹(shù)脂100份、固化劑50-150份、促進(jìn)劑1-20份、脫模劑1-20 份、增韌劑5-20份及納米顆粒0. 1-10份。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述纖維增強(qiáng)材料為任意選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維或PBI纖維中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述熱固性樹(shù)脂為任意選自酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂、三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂、聚氨酯或聚酰亞胺中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述固化劑為任意選自酸酐類、脂肪多元胺類、脂環(huán)多元胺類及芳香族多胺中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述促進(jìn)劑促進(jìn)劑是選自胺類、苯酚類或咪唑類中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述脫模劑是選自硬脂酸鋅、硬脂酸、硅油類、硅脂類或自制內(nèi)脫模劑的一種或幾種。
7.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述增韌劑是選自聚醚多元醇、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、超支化聚酰胺酯、液態(tài)橡膠、熱致液晶聚合物、聚酯的一種或幾種。
8.如權(quán)利要求1所述的用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯，其特征在于所述納米顆粒是選自納米蒙脫土、納米碳纖維、納米TiO2、納米Si02、BaTiO3或納米Al2O3中的一種或幾種。
9.一種制備如權(quán)利要求1所述的復(fù)合芯方法，其特征在于所述方法步驟如下1)開(kāi)卷紗束即纖維增強(qiáng)材料在牽引機(jī)的拉力下，經(jīng)180 200°C干燥預(yù)處理1-2分鐘， 經(jīng)過(guò)導(dǎo)向輥和集束柵板、集紗輥后，進(jìn)入浸漬膠槽，浸透樹(shù)脂材料的膠液0. 5-lh ；其中浸漬膠槽溫度定為40°C 80°C ；2)經(jīng)樹(shù)脂材料膠液浸潤(rùn)的纖維增強(qiáng)材料，通過(guò)具有一定界面形狀的預(yù)成型模具，排出多余的樹(shù)脂和氣泡，進(jìn)行預(yù)成型；其中預(yù)成型模內(nèi)的溫度為70°C 120°C ；3)固化成型復(fù)合材料的樹(shù)脂膠液在前段固化模具內(nèi)逐步升溫，經(jīng)粘流態(tài)、凝膠態(tài)、玻璃態(tài)后成型固化，在內(nèi)脫模劑的作用下，由牽引裝置拉出脫模成型；其中前段固化模具第一加熱區(qū)間溫度為120-180°C;第二加熱區(qū)間溫度為130 200°C; 第三加熱區(qū)間溫度為140 190°C ；樹(shù)脂基復(fù)合材料后固化成型采用四段連續(xù)加熱，加熱區(qū)間的溫度為170 220°C ；其中牽引速度不低于0. 5m/min ；4)由收線機(jī)進(jìn)行制品收卷，通過(guò)切割裝置切成所需長(zhǎng)度的復(fù)合芯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于電網(wǎng)輸電線路導(dǎo)線的復(fù)合芯及其制備方法，所述復(fù)合芯具有高強(qiáng)度、高韌性、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及表面光潔。復(fù)合芯的材料包括樹(shù)脂材料和增強(qiáng)材料，樹(shù)脂材料包括熱固性樹(shù)脂、固化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、增韌劑及納米顆粒，增強(qiáng)材料為選自碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、PBI纖維中的一種或幾種。本發(fā)明的復(fù)合芯纖維含量Vf＝50-80％，復(fù)合芯抗拉強(qiáng)度不低于2100MPa，復(fù)合芯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不低于180℃。復(fù)合芯韌性顯著提高，降低復(fù)合芯在生產(chǎn)、運(yùn)輸及掛線施工過(guò)程中因脆性因素造成的斷裂及開(kāi)裂幾率。
文檔編號(hào)C08L61/06GK102516708SQ20111038072
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者何州文, 蘭逢濤, 劉輝, 張卓, 徐麗, 陳云, 陳新 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院