專利名稱：一種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力工業(yè)領(lǐng)域，特別是涉及一種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法。
背景技術(shù)：
目前，輸電鐵塔主要采用鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)，鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)輸電塔在沿海地區(qū)和工業(yè)污染區(qū)腐蝕嚴(yán)重，使用壽命大大縮短，另外熱鍍鋅方法本身存在能耗高和污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)。從使用性能、能源和環(huán)保角度考慮，復(fù)合材料完全可以代替鍍鋅鐵塔，復(fù)合材料輸電塔需要解決的問題包括1)剛度，復(fù)合材料彈性模量比鋼材低得多，在彎曲荷載作用下變形較大，過大變形將影響輸電線的電氣安全距離；2)節(jié)點(diǎn)連接，塔架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接是復(fù)合材料應(yīng)用的關(guān)鍵問題；幻穩(wěn)定性，一般輸電塔架運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，尤其在高熱與高寒地區(qū)，要求樹脂材料具有高的冷、熱穩(wěn)定性；4)老化，復(fù)合桿塔的樹脂基體受紫外線影響容易老化，這是制約復(fù)合桿塔應(yīng)用的重要因素；5)制造技術(shù)，當(dāng)前的復(fù)合材料構(gòu)件主要靠拉擠成型技術(shù)和纏繞技術(shù)實(shí)現(xiàn)，研究具備抗老化功能樹脂配方和多樣化的成型技術(shù)是推廣應(yīng)用復(fù)合材料桿塔的關(guān)鍵；6)環(huán)保問題，復(fù)合材料的生產(chǎn)和報(bào)廢處理面臨一定程度的環(huán)境污染問題。采用拉擠或纏繞成型工藝生產(chǎn)的電桿，材料性能得到提高，成本也已大幅降低。隨著樹脂和纖維材料性能的改進(jìn)和制造技術(shù)的完善，復(fù)合材料桿塔可以替代傳統(tǒng)的鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)桿塔用于鹽漬土地區(qū)、沿海地區(qū)、山區(qū)、高寒高濕和人為破壞嚴(yán)重地區(qū)等。復(fù)合材料輸電塔重新受到世界各國(guó)輸電行業(yè)的重視，在歐美已經(jīng)得到應(yīng)用，其中研究開發(fā)和應(yīng)用最為成熟的是美國(guó)，如1%4年在夏威夷島上安裝的復(fù)合材料電桿至今仍在服役中，經(jīng)受了高度鹽霧腐蝕和經(jīng)常經(jīng)受颶風(fēng)損傷。目前，采用的樹脂體系有環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等，申請(qǐng)?zhí)枮?201020679506. 7和201020679498. 6的中國(guó)專利提供了聚氨酯復(fù)合型材生產(chǎn)方法，申請(qǐng)?zhí)枮?00910M9925.9的中國(guó)專利提供了一種生產(chǎn)大直徑玻璃鋼圓筒的模具及方法，這些專利均采用雙組分樹脂室溫固化體系，其不足之處是1)完全固化時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低和很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；2)生產(chǎn)過程中存在溶劑污染，廢舊產(chǎn)品無(wú)法回收利用。申請(qǐng)?zhí)枮?200510042803. 4的中國(guó)專利提供了用玻璃纖維浸漬樹脂基纏繞式復(fù)合絕緣子芯棒及制備方法。聚氨酯樹脂比不飽和聚酯樹脂加工的復(fù)合材料具有更大的強(qiáng)度、耐沖擊力和較大比強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，申請(qǐng)?zhí)枮?007200M505，的中國(guó)專利提供了一種免維護(hù)鋼塑復(fù)合通訊塔生產(chǎn)方法，在塔桿型鋼的外表面和/或內(nèi)表面熱浸塑復(fù)合有改性聚乙烯塑料層，只是用聚乙烯涂層代替熱鍍鋅層防腐而已，不是真正的復(fù)合材料桿塔。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件生產(chǎn)技術(shù)的不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、操作方便和生產(chǎn)效率高的新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法。本發(fā)明是通過以下方式實(shí)施的—種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法，經(jīng)過混料、加熱熔融、成型和冷卻等工序得到環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件；復(fù)合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成，樹脂組合物由環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質(zhì)量百分比為環(huán)氧樹脂 70 85 %，固化劑2 5 %，增塑劑7 20%，抗紫外線劑0. 5 1. 5 % ；樹脂組合物與玻璃纖維的質(zhì)量百分比為總玻璃纖維60 80%，樹脂組合物為20 40%;環(huán)氧樹脂為E8、 E10、E12和E14型號(hào)中的至少一種，固化劑為20%葵二酸二酰胼和80%雙氰胺的混合物， 增塑劑為聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇縮丁醛熱塑性樹脂中的至少一種；玻璃纖維包括長(zhǎng)纖維和短纖維，短纖維用于增加硬度，長(zhǎng)纖維用于增加強(qiáng)度，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)纖維進(jìn)行表面活化處理。模具內(nèi)腔采用氟樹脂復(fù)合涂層進(jìn)行防粘處理，提高生產(chǎn)效率；模具分為預(yù)熱、成型和冷卻三段，預(yù)拉應(yīng)力下廠玻璃纖維擠壓成型和經(jīng)過冷卻后得到復(fù)合材料構(gòu)件。其制備方法包括如下步驟1)玻璃纖維表面改性，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行浸漬表面改性處理，改善纖維與樹脂的相容性，提高玻璃纖維與樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度；2)樹脂組合物制備，按比例稱取環(huán)氧樹脂、固化齊U、增塑劑和抗紫外線劑，粉碎和攪拌得到均勻粉末混合物；3)樹脂與短玻璃纖維混合物制備，按比例稱取樹脂組合物和表面改性的短玻璃纖維，加熱和螺桿擠出共混得到樹脂與短玻璃纖維混合物；4)復(fù)合材料拉壓成型，將表面改性長(zhǎng)玻璃纖維置于模具并施加預(yù)應(yīng)力，將樹脂與短玻璃纖維混合物二次熔融引入模具，通過調(diào)整溫度調(diào)整粘度，在拉壓力下進(jìn)行成型。另外，對(duì)于高彈性模量塔桿，其制備方法是將表面改性玻璃纖維密布構(gòu)成圓柱形或方管形型材骨架，采用拉擠方法與樹脂組合物熔體復(fù)合，經(jīng)過冷卻得到圓柱形或方管形復(fù)合材料塔桿本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)輕質(zhì)高強(qiáng)，采用玻璃纖維提高復(fù)合材料塔桿的剛度；2)耐腐蝕、耐老化、壽命長(zhǎng)、尺寸穩(wěn)定性好、絕緣性能好、減震性能好、色彩豐富、抗疲勞性等；3)綠色環(huán)保，不使用有機(jī)溶劑，生產(chǎn)過程中無(wú)污染，邊角料和報(bào)廢構(gòu)件可以通過加熱重熔回收再利用；
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的三個(gè)最佳實(shí)施例實(shí)施例1復(fù)合材料塔方形構(gòu)件制備，方形分為長(zhǎng)方形和正方形，采用田字結(jié)構(gòu)增加方形管的剛度，采用圓弧結(jié)構(gòu)減小尖角應(yīng)力集中，管壁厚度為3 10mm。其制備方法包括1)玻璃纖維表面改性，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)玻璃纖維進(jìn)行浸漬表面改性處理，改善纖維與樹脂的相容性，提高玻璃纖維與樹脂之間的結(jié)合強(qiáng)度；2)樹脂組合物制備，樹脂組合物的質(zhì)量百分比為ElO 35%,E8 45%、固化劑2%、 增塑劑17%和抗紫外線劑1. 0%，定量稱取各種組分，粉碎和攪拌得到均勻粉末混合物；3)樹脂與短玻璃纖維混合物制備，樹脂組合物與短玻璃纖維的質(zhì)量百分比為為 40%和60%，按比例稱取兩種組分，加熱和螺桿擠出共混得到樹脂與短玻璃纖維混合物；
4)復(fù)合材料拉壓成型，樹脂與總玻璃纖維的質(zhì)量百分比為30%和70%，將表面改性長(zhǎng)玻璃纖維置于模具并施加預(yù)應(yīng)力，將樹脂與短玻璃纖維混合物二次熔融引入模具，通過調(diào)整溫度調(diào)整粘度，在拉壓力下進(jìn)行成型。實(shí)施例2復(fù)合材料塔圓形構(gòu)件制備，采用田字結(jié)構(gòu)增加方管的剛度，管壁厚度為3 10mm。樹脂組合物的質(zhì)量百分比為ElO 35%,E12 46%、固化劑3. 5%、增塑劑15%和抗紫外線劑0. 5%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質(zhì)量百分比為為45%和55%，樹脂與總玻璃纖維的質(zhì)量百分比為25%和75%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例3復(fù)合材料塔角形構(gòu)件制備，厚度為3 10mm，采用變厚結(jié)構(gòu)增加角形件的剛度。樹脂組合物的質(zhì)量百分比為E12 30%,E14 50%、固化劑4. 5%、增塑劑14%和抗紫外線劑1. 5%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質(zhì)量百分比為為50%和50%，樹脂與總玻璃纖維的質(zhì)量百分比為22%和78%。其它同實(shí)施例1。實(shí)施例4復(fù)合材料桿塔制備，桿塔分為圓形管和方形管，管壁厚度為10 30mm。1)樹脂組合物的質(zhì)量百分比為ElO 20%, E12 25%, E14 ；35%、固化劑5. 0%、增塑劑14%和抗紫外線劑1. 0%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質(zhì)量百分比為為70%和30%， 樹脂與總玻璃纖維的質(zhì)量百分比為20%和80%。2)將表面改性長(zhǎng)玻璃纖維密布構(gòu)成圓柱形或方管形型材骨架；3)采用擠方法與樹脂組合物熔體復(fù)合，經(jīng)過冷卻得到圓柱形或方管形復(fù)合材料塔桿。其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法，包括混料、加熱熔融、成型和冷卻工序；其特征是復(fù)合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成；樹脂組合物由環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質(zhì)量百分比為環(huán)氧樹脂70 85%、固化劑2 5%、增塑劑7 20%、抗紫外線劑0. 5 1. 5% ；樹脂組合物與玻璃纖維的質(zhì)量百分比為玻璃纖維 60 80 %，樹脂組合物為20 40 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法，其特征是環(huán)氧樹脂為E8、E10、E12和E14型號(hào)中的至少一種；固化劑為20%葵二酸二酰胼和80%雙氰胺的混合物；增塑劑為聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇縮丁醛熱塑性樹脂中的至少一種；玻璃纖維包括長(zhǎng)纖維和短纖維，短纖維用于增加硬度，長(zhǎng)纖維用于增加強(qiáng)度，用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)纖維進(jìn)行表面活化處理。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力工業(yè)領(lǐng)域，是一種新型復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件制備方法。本發(fā)明經(jīng)過混料、加熱熔融、成型和冷卻等工序得到環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件；復(fù)合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成，樹脂組合物由環(huán)氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質(zhì)量百分比為環(huán)氧樹脂70～85％，固化劑2～5％，增塑劑7～20％，抗紫外線劑0.5～1.5％。本發(fā)明制備的復(fù)合材料輸電塔構(gòu)件質(zhì)量輕、性能優(yōu)異和綠色環(huán)保，完全可以替代鍍鋅鋼件。本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、操作方便和生產(chǎn)效率高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化自動(dòng)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C08L63/02GK102516715SQ201110403840
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者孫軍, 管從勝, 金麗勇 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 山東海能鐵塔制造有限公司