專利名稱：用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及架空輸電線路導線領域，具體的是涉及用于架空輸電線路
導線的的玄武巖纖維與碳纖維復合芯。
技術背景隨著材料技術的不斷進步，20世紀末人們嘗試用有機復合材料代替金屬材料制作導線的芯材，開發(fā)出了新型復合材料合成芯導線。這種導線充分發(fā)揮了有機復合材料的特點，與目前各種架空導線相比，具有重量輕、強度高、熱穩(wěn)定性好、馳度低、載流量大、耐腐蝕的特點，從節(jié)能、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保、提高輸電能力等方面看，具有很好的應用前景，特別適用于老線路的改造。20世紀90年代日本開發(fā)了復合材料合成芯導線，產(chǎn)品分為碳纖維芯鋁絞線(ACFR)和耐熱碳纖維芯耐熱鋁合金絞線(TACFR)兩種，前者在實際線路試驗了4年多。復合材料芯線主要由碳纖維和熱硬化性樹脂構(gòu)成。用12000根直徑為7ii的PAN系碳纖維涂上未硬化的熱硬化性樹脂絞在一起，在纏上有機纖維形成一根股線，然后用7根股線絞成合成絞線。再經(jīng)過最后的熱處理使樹脂完全硬化，最后形成復合材料芯線。復合材料芯線質(zhì)量是常規(guī)鋼芯的約1/5，線膨脹系數(shù)約為1/12。試驗證明，這種新型復合材料芯導線的抗拉強度遠遠超過了 ACSR，在常溫下的應力——伸長特性呈現(xiàn)彈性體，沒有塑性變性，破斷時的伸長量比鋼絞線小，約為1.6%。耐熱性基本與ACSR相同。
美國新型復合材料合成芯導線開發(fā)研究較為成功的是CTC公司，2003年該公司又推出了型號為ACCC的復合材料合成芯導線——碳纖維復合芯鋁絞線。它的芯線是由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；高強度、高韌性配方的環(huán)氧樹脂具有很強的耐沖擊性、耐抗拉應力和彎曲應力。將碳纖維與玻璃纖維進行預拉伸后，在環(huán)氧樹脂浸漬，然后在高溫模子中固化成型為復合材料芯線。芯線外層與鄰外層為梯形截面鋁線股。導線已完成常規(guī)的型式試驗，具有良好的機械特性和電氣特性。ACCC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、鋁合金導線及進口殷剛導線的新產(chǎn)品，ACCC碳纖維復合導線與傳統(tǒng)導線相比具有重量輕、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。 國內(nèi)現(xiàn)有的導線都是由導電性能好的金屬絲或金屬條形成。這種導線抗拉強度低且不柔軟，使用起來易折斷。同時由于金屬的特性，用金屬制成的導線隨環(huán)境溫度的變化熱脹冷縮嚴重，以至于在天冷的時候經(jīng)常導線自身被拉斷。國內(nèi)也有人開始研究碳纖維復合芯鋁絞線和碳纖維復合芯鋁絞線，但沒有具體的實用參數(shù)，沒有取得實質(zhì)性的進展。國內(nèi)有人試用玻璃纖維增強塑料與碳纖維復合芯制作加強芯(FRP)雖然具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、抗靜電及防嚙咬等優(yōu)點，但是生產(chǎn)速率滿，彎曲半徑較大。 發(fā)明內(nèi)容為了克服上述不足，本發(fā)明的主要目的旨在提供一種新型的、高強度的，并且能夠提供更高實用性的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯。
本發(fā)明需要解決的基本問題是要選用合適的樹脂作為基體材料與玄武巖纖維結(jié)合；與包裹在內(nèi)芯的碳纖維共同形成導線內(nèi)的加強骨架芯棒；采用新工藝將以上材料加以
^口 口 。
本發(fā)明采用的技術方案為采用環(huán)氧樹脂材料可以獲得較好的與玄武巖纖維的結(jié)
3合性；通過鍍格模具與包裹在內(nèi)芯的碳纖維共同形成導線內(nèi)的加強骨架芯棒，具體經(jīng)嚴格
溫控加熱，經(jīng)連續(xù)拉橋工藝成型并經(jīng)擠塑機涂覆護套科，可以較好解決熱固性工藝和熱塑
性工藝的結(jié)合問題，從而獲得較優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)，達到預定技術解決目標。 本發(fā)明所述的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，是采用熱固
性工藝復合玄武巖纖維和熱固性樹脂，其直徑為8mm 25mm ;碳纖維復合芯直徑為6mm
20mm。 本發(fā)明所述的玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂包裹碳纖維加強芯，是采用熱塑性工藝將PE
涂覆在玄武巖纖維和熱固性樹脂復合而成的內(nèi)包裹碳纖維加強芯的桿體上。 本發(fā)明所述的玄武巖光纜加強芯的熱固化工藝中對模具加熱進行嚴格控制，熟化
區(qū)域200士1(TC和定型區(qū)域140±10°C。 本發(fā)明所采用的基體材料為環(huán)氧樹脂及乙烯基樹脂。 玄武巖與樹脂和碳纖復合芯是以玄武巖纖維碳纖維為基體材料，熱固性樹脂為粘 結(jié)材料的一種新型復合芯。其基本工藝原理和玻璃纖維光纜加強芯一致，在技術上具有較 強的可操作性，但是玄武巖纖維、碳纖維較玻璃纖維具有更好的力學性能和理化性能，可以 在較大程度上克服玻璃纖維光纜加強芯彎曲半徑大的缺點，而且具有更高的拉伸強度和抗 斷裂特性、耐高溫特性，是玻璃纖維加強芯良好的替代產(chǎn)品。
圖1是本發(fā)明的立體示意簡圖；
圖2時本發(fā)明橫截面示意簡圖；
圖3是本發(fā)明生產(chǎn)流程示意簡具體實施例方式圖3是本發(fā)明的生產(chǎn)流程示意圖附圖中的標號說明 玄武巖纖維與環(huán)氧樹脂結(jié)合層1 ;碳纖維復合芯2 ;制作工藝碳纖維束絲集聚機 架3 ;玄武巖纖維多層紗架4 ;樹脂槽5 ;加熱模具6 ;熟化區(qū)域7 ;定型區(qū)域8 ;烘箱9 ;橋塑 機10 ;預熱烘箱11 ;牽引機12 ;收巻機13 ; 在圖1、圖2、圖3所示的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯示
意簡圖中，碳纖維束絲經(jīng)集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，玄武巖纖維從多
層紗架4上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，盡量避免碳纖維和玄武巖纖維碰傷和纖維起毛
現(xiàn)象的發(fā)生，為防止玄武巖纖維紗絞在一起，應規(guī)則有序地穿引玄武巖纖維紗。玄武巖纖維
在分紗輥上應上下多層均勻分布。將通過分紗輥的每一束玄武巖紗穿過樹脂槽5模具，不 應有斷頭來穿過的現(xiàn)象；碳纖維圓形體在玄武巖纖維紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。
配制樹脂原料，應在攪拌機上充分攪拌，攪拌時間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原 料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具6的熟化區(qū)域和定型區(qū)域7的 溫度分別設定為200士1(TC和140士1(TC，并通電加熱模具。 碳纖維圓形體與玄武巖纖維紗經(jīng)樹脂槽和加熱模具加熱，然后再經(jīng)烘箱9定型， 生產(chǎn)線最高車速為8m/min，生產(chǎn)過程中，為改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，允許車速在5m/min 8m/ min范圍內(nèi)作適當調(diào)整。
涂覆前操作人顯應檢查擠塑機10的潤滑、傳動、電器控制等情況。提前2 3小 時，啟動擠出機的加溫系統(tǒng)，并按工藝要求調(diào)整好各加溫區(qū)的溫度。穿頭引線，并試車觀察 螺桿的轉(zhuǎn)動，牽引轉(zhuǎn)速，放線張力，收排線轉(zhuǎn)動，加溫控制系統(tǒng)，預熱烘箱11，冷卻水流通等 情況，確認無問題后方可開車生產(chǎn)。涂覆完成后，牽引機12牽引并經(jīng)收巻機13收巻，檢驗 后完成。
配方比例碳纖維50 55% ;玄武巖纖維10% 15% ;樹脂及輔助材料30 %
40%。
權(quán)利要求
用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特征在于采用熱塑性工藝將PE涂覆在玄武巖纖維和熱固性樹脂復合而成的內(nèi)包裹碳纖維加強芯的桿體上，其直徑為8mm～25mm；碳纖維復合芯直徑為6mm～20mm；工藝熟化區(qū)域200±10℃和定型區(qū)域140±10℃；由碳纖維50％～55％、玄武巖纖維10％～15％、樹脂及輔助材料30％～40％組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特 征在于碳纖維束絲經(jīng)集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，玄武巖纖維從多層 紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在玄武巖纖維紗的包裹下同步向外穿 過模具拉出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特 征在于配制樹脂原料，應在攪拌機上充分攪拌，攪拌時間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原 料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具的熟化區(qū)域和定型區(qū)域的溫度 分別設定為200士1(TC和140士1(TC，并通電加熱模具。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特 征在于碳纖維圓形體與玄武巖纖維紗經(jīng)樹脂槽和加熱模具加熱，然后再經(jīng)烘箱定型，生產(chǎn) 線最高車速為8m/min，生產(chǎn)過程中，為改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，允許車速在5m/min 8m/min范 圍內(nèi)作適當調(diào)整。提前2 3小時，啟動擠出機的加溫系統(tǒng)，并按工藝要求調(diào)整好各加溫區(qū) 的溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特 征在于玄武巖纖維在分紗輥上上下多層均勻分布。將通過分紗輥的每一束玄武巖紗穿過 樹脂槽模具。
全文摘要
用于架空輸電線路導線的玄武巖纖維與碳纖維復合芯，其特征在于由碳纖維50％～55％、玄武巖纖維10％～15％、樹脂及輔助材料30％～40％組成。碳纖維束絲經(jīng)集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，玄武巖纖維從多層紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在玄武巖纖維紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具的熟化區(qū)域和定型區(qū)域的溫度分別設定為200±10℃和140±10℃，并通電加熱模具。啟動擠出機的加溫系統(tǒng)，并按工藝要求調(diào)整好各加溫區(qū)的溫度?？梢暂^好解決熱固性工藝和熱塑性工藝的結(jié)合問題，從而獲得較優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)，達到預定技術解決目標。
文檔編號H01B1/00GK101702336SQ20091021983
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者程顯軍, 賈欣博 申請人:程顯軍