專利名稱：架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)氧樹脂組合物，尤其是一種架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物。本發(fā)明還涉及上述樹脂組合物的使用方法。
背景技術(shù)：
架空輸電導(dǎo)線作為輸送電力的載體，在輸電線路中占有極為重要的地位。長期以來，架空導(dǎo)線主要使用鋼芯鋁絞線(ACSR)。隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，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，開發(fā)出了新型復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線(ACCC導(dǎo)線)。與傳統(tǒng)架空導(dǎo)線相比，新型導(dǎo)線具有強(qiáng)度高、電導(dǎo)率高、載流量大，運行溫度高、線膨脹系數(shù)小、弛度小、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長、減少電磁輻射和電暈損失、便于導(dǎo)線展放和施工等優(yōu)點，成為新一代輸電方式的發(fā)展方向。從本世紀(jì)開始國外以美國CTC公司為代表進(jìn)行復(fù)合芯導(dǎo)線的商業(yè)化運行，近年來國內(nèi)也有多家科研單位與企業(yè)正在開展采用復(fù)合芯棒的架空導(dǎo)線的運行試驗并取得了良好的運行業(yè)績。新型導(dǎo)線的關(guān)鍵技術(shù)是復(fù)合芯棒的生產(chǎn)，圍繞復(fù)合芯棒的制造技術(shù)，國內(nèi)外申請了許多有關(guān)復(fù)合芯棒制造技術(shù)的專利，最典型的有美國合成科技公司的CN1649718，該專利提出了復(fù)合芯棒的結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)所采用的纖維、設(shè)備與工藝條件，但對其關(guān)鍵組成部分樹脂基體很少涉及，只提到是熱固性樹脂，其中之一是環(huán)氧樹脂，很難想象按此簡單配方能生產(chǎn)出高性能的復(fù)合芯棒的。環(huán)氧樹脂品種非常多，配套固化劑與其他助劑也很多，不同組配性質(zhì)相差非常大。 用于架空導(dǎo)線復(fù)合芯棒對樹脂基體耐高溫、強(qiáng)度、耐腐蝕、環(huán)境變化產(chǎn)生的應(yīng)力要求相當(dāng)高，與一般環(huán)氧樹脂制品很大不同的是，生產(chǎn)復(fù)合芯棒所采用的拉擠成型工藝要求在短時間(1-2分鐘)基體樹脂快速固化且要求固化物還必須具備高的拉伸、彎曲、壓縮等機(jī)械強(qiáng)度與高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度?！悱h(huán)氧樹脂制品的固化通常需要數(shù)小時甚至更長時間，短期快速固化將導(dǎo)致固化物內(nèi)應(yīng)力大大增加，引起內(nèi)部開裂，且也難以達(dá)到高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與強(qiáng)度要求，因此，要充分滿足復(fù)合芯棒生產(chǎn)的工藝特征與制品性能要求是普通樹脂配方所不能解決的， 必須開發(fā)新型樹脂基體。實際運行與檢測情況也表明即使進(jìn)口的復(fù)合芯棒也不能滿足我國新的復(fù)合芯棒標(biāo)準(zhǔn)所要求性能。除CN1649718夕卜，國內(nèi)其他專利申請如沈陽中恒新材料提出的CN301552772，中國電力科學(xué)研究院CN201348902，江蘇遠(yuǎn)東CN200962340，102136319多是關(guān)于復(fù)合芯棒外形結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)方法的申請。由此觀之，現(xiàn)有技術(shù)并未能解決高性能要求的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒生產(chǎn)的關(guān)鍵材料樹脂基體的配方與制造技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對高性能架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的特殊要求，提供一種環(huán)氧樹脂組合物，主要作為高性能架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒生產(chǎn)的基體樹脂。充分滿足其對混合后較長可使用期與快速成型工藝性、高拉伸、壓縮強(qiáng)度、耐高低溫、耐老化、耐疲勞等綜合性能要求。為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，該組合物包含A、B、C三類分別包裝的物質(zhì)，其中A類物質(zhì)按重量份數(shù)計由以下組分組成環(huán)氧樹脂100份，增韌劑0-50份，填料 0-20，紫外線吸收劑O. I 5份，抗氧劑O. I 5份，消泡劑O 2份，偶聯(lián)劑O. I 5份; 所述的環(huán)氧樹脂為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺或縮水甘油胺-醚混合型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧乙烯基樹脂，或為上述樹脂一種或多種的混合物；B類物質(zhì)按重量份數(shù)計由以下組分組成固化劑100份，增韌劑0-50份，填料0-20 份，促進(jìn)劑0.1-10份；C類物質(zhì)為脫膜劑；上述A、B、C類物質(zhì)的質(zhì)量比為100 20 200 0.5-5。上述的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂為分子結(jié)構(gòu)中含有飽和六元環(huán)結(jié)構(gòu)的縮水甘油醚(酯)， 如常熟佳發(fā)化學(xué)公司JEw-0120，Hunstman CY184等，也可以為采用環(huán)上雙鍵氧化得到的脂環(huán)族環(huán)氧樹脂如美國聯(lián)碳公司ERL 4221,4206等這類環(huán)氧樹脂環(huán)氧基含量高，固化物耐熱性好。上述的縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂為芳香胺或脂環(huán)胺與環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)產(chǎn)物，如常熟佳發(fā)化學(xué)公司JEh-011、JEh-012等，這類環(huán)氧樹脂由于分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)，且環(huán)氧基含量高，固化物具有很高交聯(lián)密度，耐熱性好；同時由于縮水甘油胺中的叔胺基的固化促進(jìn)作用，與胺類、酸酐類固化劑反應(yīng)速度快，特別適合復(fù)合芯拉擠工藝快速成型的工藝要求。上述縮水甘油胺-醚型環(huán)氧樹脂典型產(chǎn)品如常熟佳發(fā)化學(xué)JEh-021、JEh-041等，由于其分子結(jié)構(gòu)中既具有耐熱與反應(yīng)速度快的縮水甘油胺基團(tuán)，又有韌性好的縮水甘油醚基團(tuán)，可以使固化產(chǎn)物既有較好耐熱性又有一定韌性，符合復(fù)合芯棒的綜合性能要求。所述環(huán)氧乙烯基樹脂為縮水甘油胺或縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂與丙烯酸或甲基丙烯酸反應(yīng)產(chǎn)物，并且以低粘度丙烯酸酯稀釋得到。具體的制備方法為第一步制得環(huán)氧丙烯酸酯，可用丙烯酸、甲基丙烯酸與縮水甘油胺或醚型環(huán)氧樹脂在80-130°C反應(yīng)5-8小時至酸值小于10mgK0H/g ;第二步向上述反應(yīng)物中加入10-50%反應(yīng)物總量的二元或多元醇丙烯酸酯或苯二甲酸丙烯酸酯等高沸點稀釋單體進(jìn)行稀釋得到。所述縮水甘油胺-醚型環(huán)氧樹脂為常溫呈液態(tài)，既有縮水甘油胺結(jié)構(gòu)又有縮水甘油醚結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂。將上述環(huán)氧乙烯基樹脂加到前述環(huán)氧樹脂中，由于兩者屬于不同固化體系，固化過程形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，有助于改善固化物韌性，另一方面，環(huán)氧乙烯基樹脂固化體系是自由基聚合，反應(yīng)速度高于環(huán)氧基與酸酐類固化劑的加成聚合速度，藉此可加快復(fù)合芯拉擠成型速度。本發(fā)明用于復(fù)合芯棒生產(chǎn)的基體樹脂A類物質(zhì)可以是單一品種的環(huán)氧樹脂，也可以是幾種不同樹脂的混合物，以多種環(huán)氧樹脂配合性能更加全面。該基體樹脂A組分室溫為液態(tài)，環(huán)氧當(dāng)量為100 200g/mol，優(yōu)選110 160g/mol，粘度為1000 IOOOOOmpa. s25°C，優(yōu)選 2000 20000mpa. s25°C。上述A類物質(zhì)中所述增韌劑為預(yù)制的納米橡膠或核殼型橡膠，所述橡膠顆粒均勻分散于環(huán)氧樹脂中；所述增韌劑或為在環(huán)氧樹脂固化過程中產(chǎn)生原位分相的海島型結(jié)構(gòu)增韌劑。預(yù)制的納米橡膠顆粒采用研磨或超聲分散等方法將丁腈、丁苯等納米橡膠粒子分散到環(huán)氧樹脂基體中，也可以采用在固化過程中產(chǎn)生原位分相形式的海島結(jié)構(gòu)增韌劑進(jìn)行增韌，如采用液態(tài)端羧基丁腈橡膠，或分子量2000-4000的端羧基液態(tài)丙烯酸酯聚合物加到樹脂基體中在復(fù)合芯成型過程中產(chǎn)生相分離，改善其韌性。上述A類物質(zhì)中的填料為硅酸鹽類無機(jī)礦物粉末，其化學(xué)成分為氧化硅、氧化鋁， 如高嶺土、滑石粉、硅灰石等，以加入經(jīng)環(huán)氧處理的納米填料具有更好效果。加入填料的作用可降低樹脂固化收縮，增加表面硬度、增加復(fù)合芯棒表面光潔度。填料加入量優(yōu)選O 20 份，填料粒度為100 2000目，優(yōu)選300 800目。例如填料可以為粒徑200-2000目的硅酸鹽類粉末、納米粉末或以環(huán)氧化物處理的納米粉末。上述B類物質(zhì)中增韌劑與填料可以與A組分中相同或不同，也可以只加在A類物質(zhì)中或B類物質(zhì)中。上述A類物質(zhì)中紫外線吸收劑為二苯甲酮類衍生物如UV531等，加入量優(yōu)選 O. 5 I. 5 份。上述A類物質(zhì)中抗氧劑為位阻酚或亞磷酸酯，加入量優(yōu)選I 2份。上述A類物質(zhì)中消泡劑為硅烷類消泡劑，加入量優(yōu)選O. I O. 5份。上述A類物質(zhì)中偶聯(lián)劑為端胺基或環(huán)氧基硅烷或鈦酸酯偶聯(lián)劑，加入量優(yōu)選I 2份。上述B類物質(zhì)中固化劑為液態(tài)苯二甲酸酐或其氫化物，或為甲基納迪克酸酐，或為芳香族或脂環(huán)族胺?？梢允且簯B(tài)酸酐類固化劑如異構(gòu)化甲基四氫鄰苯二甲酸酐、甲基六氫苯酐、甲基納迪克酸酐，也可以是多種酸酐的混合物；固化物還可以采用反應(yīng)活性較低的芳香或脂環(huán)胺類固化劑的一種或幾種的混合物如二氨基二苯基甲烷、二乙基甲苯二胺、3， 3 ‘二甲基4，4’ 二氨基二環(huán)己基甲烷。B組分粘度為10 IOOOOmpa. s25°C，優(yōu)選200 2000mpa. s25°C。上述B類物質(zhì)中促進(jìn)劑為咪唑或叔胺、三苯基膦或季膦鹽、路易斯酸或有機(jī)金屬鹽。如咪唑如2，乙基，4甲基咪唑，或咪唑改性物如常熟佳發(fā)化學(xué)JH-0511，叔胺如二甲基芐胺、也可以采用三苯基膦或季膦鹽、路易斯酸如三氯化鋁或有機(jī)金屬鹽如乙酰丙酮鋁(鉻、 鋒)等。C類物質(zhì)中的脫膜劑為硬脂酸鹽或蠟類物質(zhì)，如北京科拉斯1890。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物的使用方法，其包括以下步驟I)將碳纖維與玻璃纖維按設(shè)計要求搭配布置好并進(jìn)行干燥準(zhǔn)備；2)根據(jù)使用量按比列將A、B、C三類物質(zhì)在攪拌容器內(nèi)，在10_40°C，轉(zhuǎn)速100-1000 轉(zhuǎn)/分，攪拌混合5-15分鐘混合均勻備用；3)將攪拌好的樹脂混合物倒入浸膠槽，并保持恒溫20_40°C ；4)經(jīng)干燥后的碳纖維與玻璃纖維經(jīng)布紗裝置進(jìn)入浸膠槽浸潤；
5)浸膠后的纖維經(jīng)壓輥擠出多余膠后，通過牽引裝置拉伸進(jìn)入復(fù)合芯棒拉擠模亙.
N 96)浸膠后的纖維樹脂復(fù)合物在拉擠模具經(jīng)150-250°C固化后進(jìn)入后固化與保溫段；7)成型后的樹脂纖維復(fù)合物經(jīng)過冷卻段冷卻到室溫后在拉擠設(shè)備的卷繞盤上進(jìn)行卷繞成為架空導(dǎo)線樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒。本發(fā)明提供的樹脂基體組合物具有成型工藝性好的特點，制成的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒具有強(qiáng)度高、耐高溫，韌性好，抗彎曲、耐環(huán)境老化與熱老化等特點，是目前較優(yōu)的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒基體樹脂，且該組合物的制備方法操作簡單，易于產(chǎn)業(yè)化。
具體實施例方式實施例I 在攪拌反應(yīng)釜投入縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂(常熟佳發(fā)化學(xué)有限公司 JEh-012) 100kg，縮水甘油胺-醚型環(huán)氧樹脂(常熟佳發(fā)化學(xué)有限公司JEh-041) 40kg，消泡劑A-530(德國畢克化學(xué))0. lg，偶聯(lián)劑KH-5601. 5g，紫外線吸收劑UV-531 O. 5kg，抗氧劑 10102kg，端羧基液態(tài)丁腈橡膠15kg，在轉(zhuǎn)速80 100轉(zhuǎn)/分，100 120°C、-O. IMPa脫泡攪拌I小時，出料包裝作為A類，測試粘度為IlOOOmpa. s25°C。在攪拌反應(yīng)釜加入甲基納迪克酸酐100kg，分子量2000-3000端羧基聚丙烯酸酯 20kg，改性咪唑(常熟佳發(fā)化學(xué)JH-0511)2kg，環(huán)氧化物處理的納米粉料(北京崇高納米科技公司TMMT)4kg，攪拌升溫至60 80°C，_0. IMPa下攪拌混合I小時，出料作為B類，測試粘度為 390mpa. s25°C。將A、B、C類按物質(zhì)的量比100 200 3攪拌混合，測試初始粘度為1200mpa. s25°C，4小時后為1250mpa. s25°C，8小時后為1800mpa. s25°C，160°C的凝膠時間為49秒， 表明該基體樹脂混合后粘度增長慢穩(wěn)定性好，在高溫凝膠時間短，適合拉擠快速成型工藝要求。使用時，將碳纖維與玻璃纖維按設(shè)計要求搭配布置好并進(jìn)行干燥準(zhǔn)備；根據(jù)使用量按比列將A、B、C三類物質(zhì)在攪拌容器內(nèi)，在40°C，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分，攪拌混合5分鐘混合均勻備用；將攪拌好的樹脂混合物倒入浸膠槽，并保持恒溫30°C;經(jīng)干燥后的碳纖維與玻璃纖維經(jīng)布紗裝置進(jìn)入浸膠槽浸潤；浸膠后的纖維經(jīng)壓輥擠出多余膠后，通過牽引裝置拉伸進(jìn)入復(fù)合芯棒拉擠模具；浸膠后的纖維樹脂復(fù)合物在拉擠模具經(jīng)180°C固化后進(jìn)入后固化與保溫段；成型后的樹脂纖維復(fù)合物經(jīng)過冷卻段冷卻到室溫后在拉擠設(shè)備的卷繞盤上進(jìn)行卷繞成為架空導(dǎo)線樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒。采用該樹脂組合物在復(fù)合芯拉擠設(shè)備上拉擠直徑8mm的復(fù)合芯棒，模具長度O. 9 米，拉擠模具溫度設(shè)定180-210°C，后固化200-220°C，長度4_6m，拉擠線速度600mm/min，按此條件進(jìn)行拉擠成型的復(fù)合芯棒表面光亮無缺陷，各項性能指標(biāo)符合要求，樹脂混合物工藝性能參數(shù)如表I，成型復(fù)合芯棒與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行比較結(jié)果如表2。表I基體樹脂組合物工藝性能
權(quán)利要求
1.一種架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于該組合物包含A、B、C三類分別包裝的物質(zhì)，其中A類物質(zhì)按重量份數(shù)計由以下組分組成環(huán)氧樹脂100份，增韌劑0-50份，填料0-20， 紫外線吸收劑O. I 5份，抗氧劑O. I 5份，消泡劑O 2份，偶聯(lián)劑O. I 5份；所述的環(huán)氧樹脂為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺或縮水甘油胺-醚混合型環(huán)氧樹脂、環(huán)氧乙烯基樹脂，或為上述樹脂一種或多種的混合物；B類物質(zhì)按重量份數(shù)計由以下組分組成固化劑100份，增韌劑0-50份，填料0-20份， 促進(jìn)劑O. 1-10份；所述固化劑為液態(tài)苯二甲酸酐或其氫化物，或為甲基納迪克酸酐，或為芳香族或脂環(huán)族胺；C類物質(zhì)為脫膜劑；上述A、B、C類物質(zhì)的質(zhì)量比為100 20 200 0.5-5。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述增韌劑為預(yù)制的納米橡膠或核殼型橡膠，所述橡膠顆粒均勻分散于環(huán)氧樹脂中；所述增韌劑或為在環(huán)氧樹脂固化過程中產(chǎn)生原位分相的海島型結(jié)構(gòu)增韌劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述填料為粒徑200-2000目的硅酸鹽類粉末、納米粉末或以環(huán)氧化物處理的納米粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述A類物質(zhì)中的增韌劑、填料與B類物質(zhì)中的不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述縮水甘油胺-醚型環(huán)氧樹脂為常溫呈液態(tài)，既有縮水甘油胺結(jié)構(gòu)又有縮水甘油醚結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述環(huán)氧乙烯基樹脂為縮水甘油胺或縮水甘油醚型環(huán)氧樹脂與丙烯酸或甲基丙烯酸反應(yīng)產(chǎn)物，并且以低粘度丙烯酸酯稀釋得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物，其特征在于所述促進(jìn)劑為咪唑或叔胺、三苯基膦或季膦鹽、路易斯酸或有機(jī)金屬鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒的基體樹脂組合物的使用方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)將碳纖維與玻璃纖維按設(shè)計要求搭配布置好并進(jìn)行干燥準(zhǔn)備；2)根據(jù)使用量按比列將A、B、C三類物質(zhì)在攪拌容器內(nèi)，在10-40°C，轉(zhuǎn)速100-1000轉(zhuǎn) /分，攪拌混合5-15分鐘混合均勻備用；3)將攪拌好的樹脂混合物倒入浸膠槽,并保持恒溫20-40°C；4)經(jīng)干燥后的碳纖維與玻璃纖維經(jīng)布紗裝置進(jìn)入浸膠槽浸潤；5)浸膠后的纖維經(jīng)壓輥擠出多余膠后，通過牽引裝置拉伸進(jìn)入復(fù)合芯棒拉擠模具；6)浸膠后的纖維樹脂復(fù)合物在拉擠模具經(jīng)150-250°C固化后進(jìn)入后固化與保溫段；7)成型后的樹脂纖維復(fù)合物經(jīng)過冷卻段冷卻到室溫后在拉擠設(shè)備的卷繞盤上進(jìn)行卷繞成為架空導(dǎo)線樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于架空導(dǎo)線用樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒制造成型的基體樹脂組合物及其使用方法，該組合物包含A類物質(zhì)為環(huán)氧樹脂100份，增韌劑0-50份，填料0-20，紫外線吸收劑0.1～5份，抗氧劑0.1～5份，消泡劑0～2份，偶聯(lián)劑0.1～5份；B類物質(zhì)為固化劑100份，增韌劑0-50份，填料0-20份，促進(jìn)劑0.1-10份；C類物質(zhì)為脫膜劑；將質(zhì)量比為100∶20～200∶0.5-5的A、B、C類物質(zhì)混合攪拌均勻后放入復(fù)合芯成型設(shè)備浸膠槽，碳纖維與玻璃纖維通過浸膠槽浸潤，進(jìn)入拉擠模具，固化、保溫，經(jīng)過冷卻卷繞成為復(fù)合芯棒；本發(fā)明的樹脂組合物具有良好加工工藝性，使用成本較低，固化成型的纖維增強(qiáng)復(fù)合芯棒強(qiáng)度高、耐高溫，韌性好，抗彎曲、耐環(huán)境老化與熱老化，符合長期安全穩(wěn)定運行要求。
文檔編號H01B9/00GK102604328SQ20121004796
公開日2012年7月25日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者梁平輝, 蘇浩, 鄧衛(wèi)東 申請人:常熟佳發(fā)化學(xué)有限責(zé)任公司