一種纖維增強樹脂基復合材料芯及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復合材料芯及其制備放大，具體講涉及一種纖維增強樹脂基復合材料芯及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是由一種碳元素組成的特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過程中不熔的人造化學纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝加工制成的。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強度，且碳纖維比重小。碳纖維是目前世界首選的高性能材料，正逐步征服和取代傳統(tǒng)材料。碳纖維以其固有的特性賦予了其復合材料優(yōu)異的性能，碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的，碳纖維復合材料具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，從而為其在電線電纜行業(yè)中的應(yīng)用提供了可能和必然。
[0003]碳纖維復合導線是目前全世界電力輸變電系統(tǒng)理想的取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁鉸導線、鋁包鋼導線、鋁合金導線及殷鋼導線的新產(chǎn)品。
[0004]與傳統(tǒng)導線相比，碳纖維復合導線具有重量輕、抗拉強度大、低線損、弛度小、耐高溫、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點，實現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全。由于碳纖維復合導線倍容量運行，可使桿、塔之間的跨距增大，高度降低，同樣容量線路成本比普通導線低。
[0005]20世紀90年代，日本學者采用碳纖維和熱固性樹脂構(gòu)成的復合材料芯線代替鋼芯，先后開發(fā)了碳纖維芯鋁絞線和耐熱碳纖維芯鋁合金絞線。
[0006]2003年美國CTC公司推出了型號為ACCC的復合材料芯導線，芯線是以聚酰胺耐火處理、碳化而成的碳纖維為中性層，以玻璃纖維及高強度、高韌性配方的環(huán)氧樹脂包覆制成的單根芯棒。
[0007]目前，輸電線路用復合芯一般采用碳纖維/玻璃纖維增強樹脂基體制成，由碳纖維為中心層，碳纖維層外部為玻璃纖維層，玻璃纖維外包浸漬高溫度模量樹脂固化制成的單根芯棒或多根絞合復合芯棒。這種結(jié)構(gòu)形式的復合芯在生產(chǎn)或使用過程中，多存在以下問題:①由于制造工藝不當或偶然因素的影響，復合芯在制造的過程中會出現(xiàn)玻璃纖維層厚薄不均一，局部甚至會出現(xiàn)漏碳纖維的現(xiàn)象；②由于玻璃纖維與碳纖維熱膨脹系數(shù)和彈性模量存在較大差異，導線在使用的過程中會出現(xiàn)碳纖維層和玻璃纖維層間分離；③碳纖維彈性模量較高，導致該類型復合芯韌性較差，在生產(chǎn)、運輸及掛線施工過程中易因脆性因素造成斷裂或開裂。復合芯的內(nèi)層采用碳纖維作為增強材料，制品成本較高，制約著該復合芯導線的推廣應(yīng)用。
[0008]針對上述存在的問題，本發(fā)明人2012年提出了申請?zhí)枮?01210397257.6，名稱為“一種纖維增強樹脂基復合材料及其制備方法”的發(fā)明專利申請。該發(fā)明提供的纖維增強樹脂基復合材料利用高強玻璃纖維的較高的力學性能及其與樹脂體系的良好匹配性，使用發(fā)明提供的纖維增強樹脂基復合材料制備的用于輸電線路導線的復合芯，抗拉強度可達2100MPa，具有高韌性、高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、成本低等特點。按照GB/T 29234-2012的規(guī)定，該復合芯只能滿足抗拉強度I的要求。但存在以下不足:剛性不夠大、硬度不夠高高、耐溫性不足、韌性不夠好、制品尺寸穩(wěn)定性較差；仍有分層現(xiàn)象發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，保證高韌性、低成本，且進一步提高材料的抗拉強度，本發(fā)明提供了一種纖維增強樹脂基復合材料及其基于其制備的導線復合芯，該導線復合芯可以用作輸電導線的導電芯且其外部絕緣性能良好，且其抗拉強度可達2400MPa以上。
[0010]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0011]一種纖維增強樹脂基復合材料芯用纖維增強樹脂基復合材料，復合材料由樹脂材料和纖維增強材料制成，按體積分數(shù)計，樹脂材料為30-80%，纖維增強材料為20-70% ;
[0012]纖維增強材料包括按體積分數(shù)計50-99 %的拉伸強度多3500MPa的高強玻璃纖維和按體積分數(shù)計1-50%的拉伸強度多4900MPa的高強碳纖維，高強玻璃纖維和高強碳纖維均勻混合；
[0013]樹脂材料包括如下質(zhì)量份組分:熱固性樹脂100份、固化劑70-230份、促進劑1-25份、脫模劑1-25份、填料1-10份。
[0014]進一步的，按體積分數(shù)計，樹脂材料為30-60%，纖維增強材料為40-70%。
[0015]進一步的，纖維增強材料包括按體積分數(shù)計55-80%的拉伸強度彡3500MPa的高強玻璃纖維和按體積分數(shù)計20-45%的拉伸強度多4900MPa的高強碳纖維。
[0016]進一步的，纖維增強材料還包括從玄武巖纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、PBI纖維、陶瓷纖維、聚酰胺纖維、酚醛纖維或PTO纖維中選出的一種或多種。
[0017]進一步的，高強玻璃纖維和高強碳纖維的平行設(shè)置，高強玻璃纖維和高強碳纖維均勻混合。
[0018]進一步的，樹脂材料包括如下質(zhì)量份組分:熱固性樹脂100份、固化劑120-180份、促進劑2-8份、脫模劑2-8份(、填料3-7份。
[0019]進一步的，熱固性樹脂為從環(huán)氧樹脂、丁二烯樹脂、聚氨酯、聚酰亞胺、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、硅醚樹脂、氨基樹脂、呋喃樹脂或醇酸樹脂中選出的一種或多種。
[0020]進一步的，熱固性樹脂為從環(huán)氧樹脂、聚氨酯、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中選出的一種或多種。
[0021]進一步的，環(huán)氧樹脂為從雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、多酚型縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、聚乙二醇二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、聚丙二醇二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、I，4-丁二醇二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、間苯二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、六氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂、4，4'-二氨基二苯甲烷環(huán)氧樹脂、對氨基苯酚環(huán)氧樹脂、三聚氰胺環(huán)氧樹脂、芳香族聚醚縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、芳香族超支化聚酯型環(huán)氧樹脂、海音環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或磷化環(huán)氧樹脂中選出的一種或多種；聚酰亞胺為從雙馬來酰亞胺樹脂、PMR型聚酰亞胺樹脂、均苯酐型聚酰亞胺、醚酐型聚酰亞胺、酮酐型聚酰亞胺或氟酐型聚酰亞胺中選出的一種或多種；酚醛樹脂為從線型酚醛樹脂、熱固性酚醛樹脂、油溶性酚醛樹脂或水溶性酚醛樹脂中選出的一種或多種；不飽和聚酯樹脂為從鄰苯型、間苯型、對苯型、雙酚A型或乙烯基酯型不飽和聚醋中選出的一種或多種。
[0022]進一步的，熱固性樹脂為從雙酚A型環(huán)氧樹脂、芳香族聚醚縮水甘油醚環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、乙烯基酯型不飽和聚酯中選出的一種或多種。
[0023]熱固性樹脂是指在加熱、加壓下或在固化劑、紫外光作用下，進行化學反應(yīng)，交聯(lián)固化成為不溶不熔物質(zhì)的一大類合成樹脂，
[0024]進一步的，固化劑為從酸酐類、酚醛類、脂肪族多胺類、脂環(huán)族多胺類、芳香族多胺類、改性脂肪胺類、有機酸或三氟化硼及其絡(luò)合物選出的一種或多種。
[0025]進一步的，固化劑為從鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫鄰苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、苯酮四酸二酐、甲基環(huán)已烯四酸二酐、二苯醚四酸二酐、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、二乙胺基丙胺、三甲基六亞甲基二胺或二丙烯三胺中選出的一種或多種。
[0026]快速固化，提高拉擠速度。
[0027]進一步的，促進劑為從脂肪胺類、酸酐類、聚醚胺類、苯酚類或咪唑類中選出的一種或多種。
[0028]進一步的，促進劑為從DMP-30、EP-184、三乙醇胺、BDMA, CT_152x、DBU、EP-184、399、K-61B、CT-152X、氯化亞錫、三氯化鐵、對氯代苯甲酸、促進劑M、環(huán)烷酸鈷、異辛酸鈷、
異辛酸鋅、N，N- 二甲基苯胺、N，N- 二乙基苯胺、磷酸釩、吡啶、叔銨鹽、N-2