纖維復(fù)合型絞合電纜的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種纖維復(fù)合型絞合電纜，該纖維復(fù)合型絞合電纜具備：復(fù)合股線，其是將碳纖維束浸漬在熱固化性樹脂，并且絞合多根用纖維所述碳纖維束的外周的股線而形成的；和熱固化性樹脂，其浸漬在該復(fù)合股線中，并通過熱處理固化，在與所述碳纖維的纖維方向垂直相交的剖面中的所述碳纖維的比例為60-75%，通過降低所含樹脂的比例并增加碳纖維的比例，能夠提局強度。
【專利說明】纖維復(fù)合型絞合電纜

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種纖維復(fù)合型絞合電纜。

【背景技術(shù)】
[0002]在高強度低伸長率的纖維中，碳纖維也具有重量輕、高耐腐蝕性、非磁性、高熱傳導(dǎo)率及極低熱膨脹系數(shù)、高拉伸強度、及高拉伸彈性等特性，已知的有:利用這些特性將碳纖維和作為基礎(chǔ)樹脂的熱固化性樹脂復(fù)合化而形成的纖維復(fù)合型絞合電纜(CFRP電纜)。
[0003]一般而言，該纖維復(fù)合型絞合電纜通過如下方式制成:將浸潰了熱固化性樹脂的碳纖維束絞合成股線，并絞合多根該股線，之后通過熱處理使所述熱固化性樹脂固化。
[0004]在此，提出了如下纖維復(fù)合型絞合電纜:在浸潰了熱固化性樹脂的股線的外周，以與股線軸向近乎呈直角的角度致密地纏繞纖維絲，之后絞合多根股線，之后通過熱處理使熱固化性樹脂固化(例如，日本國特許公開公報特開平2-127583號)。
[0005]這種纖維復(fù)合型絞合電纜，使用在高壓電線的抗張力補強材料或橋桁等混凝土結(jié)構(gòu)物的抗張力補強材料等。另外，纖維復(fù)合型絞合電纜的剖面中的碳纖維所占的比例(下面，稱為“Vf值”)越高，纖維復(fù)合型絞合電纜的強度越大。
實用新型內(nèi)容
[0006]實用新型要解決的課題
[0007]在上述纖維復(fù)合型絞合電纜中存在如下問題。即，在浸潰樹脂的工藝中，空氣混入至碳纖維束的內(nèi)部使得無法達到規(guī)定強度，或熱固化后的空氣的“孔”有時會成為引起使用中的疲勞破壞的起點。另外，這必定使不必要的樹脂殘留而導(dǎo)致Vf值無法上升。另外，樹脂的附著在圓周方向產(chǎn)生偏差，由此使長尺寸方向的Vf值不穩(wěn)定。而且，會使沒有參與復(fù)合化的多余的樹脂附著，由此降低Vf值，并導(dǎo)致強度(每單位剖面積的抗張力)降低。若將低強度的纖維復(fù)合型絞合電纜使用在高壓電線，則在相同直徑的CFRP電纜中鐵塔的跨度變短，增加鐵塔的材料費及工事費等，導(dǎo)致成本增加。
[0008]此外，最初，纖維復(fù)合型絞合電纜的Vf值為20%左右，但經(jīng)過各種改良近年來已達到60%左右。但是，熱為仍有多余的樹脂占有相當(dāng)?shù)谋壤?br> [0009]在此，本實用新型的目的在于，提供一種通過減小所含的樹脂的比例并增加碳纖維的比例，能夠提高強度的纖維復(fù)合型絞合電纜及其制造方法。
[0010]解決課題的方法
[0011]本實用新型的纖維復(fù)合型絞合電纜，其特征在于，具備復(fù)合股線，其是將碳纖維束浸潰在熱固化性樹脂，并且絞合多根用纖維包覆所述碳纖維束的外周的股線，而且通過熱處理使所述熱固化性樹脂固化而形成的，其中，在與所述碳纖維的纖維方向垂直相交的剖面中的所述碳纖維的比例占60-75 %。
[0012]本實用新型的纖維復(fù)合型絞合電纜的制造方法，其特征在于，將碳纖維束浸潰在熱固化性樹脂中，用纖維包覆所述碳纖維束的外周而作為股線，絞合多根所述股線而形成復(fù)合股線，將所述復(fù)合股線浸潰在熱固化性樹脂，在去除所述復(fù)合股線的表面的所述熱固化性樹脂后，通過熱處理固化使所述熱固化性樹脂固化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A是示出作為本實用新型的第一實施方案的纖維復(fù)合絞合電纜的、主要構(gòu)成部分的復(fù)合股線的圖。
[0014]圖1B是示出所述復(fù)合股線的剖面圖。
[0015]圖2是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，將碳纖維的復(fù)絲浸潰于熱固化樹脂的浸潰工藝的說明圖。
[0016]圖3是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，制作被包覆的復(fù)合股線的工藝的說明圖。
[0017]圖4是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，將被包覆的復(fù)合股線絞合而制作半固化或未固化狀態(tài)的復(fù)合絞合電纜的說明圖。
[0018]圖5是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，對浸潰了熱固化樹脂的纖維復(fù)合絞合電纜進行熱處理的工藝的說明圖。
[0019]圖6是示出用于從所述纖維復(fù)合絞合電纜去除多余樹脂的樹脂去除裝置的其他例子的說明圖
[0020]圖7A是示出從所述纖維復(fù)合絞合電纜去除多余樹脂的裝置的其他例子的說明圖。
[0021]圖7B是示出從所述纖維復(fù)合絞合電纜去除多余樹脂的裝置的說明圖。
[0022]圖8是示出本實用新型的第二實施方案的纖維復(fù)合絞合電纜的圖。
[0023]圖9A是將本實用新型的纖維復(fù)合絞合電纜使用在高壓電線的補強材料的例子的、電線的架線狀態(tài)圖。
[0024]圖9B是切割所述電線一部分的圖。
[0025]圖9C是所述電線的剖面圖。
[0026]圖1OA是示出將本實用新型的纖維復(fù)合絞合電纜使用在混凝土制橋桁的抗張力補強材料的例子的橋底的圖。
[0027]圖1OB是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜中施加張力的狀態(tài)的橋桁底面圖。

【具體實施方式】
[0028]【用于實施實用新型的最佳方案】
[0029]下面，根據(jù)附圖對本實用新型的實施方案進行說明。
[0030]圖1A是示出作為本實用新型的第一實施方案的纖維復(fù)合絞合電纜I的、主要構(gòu)成部分的復(fù)合股線20的圖。圖1B是示出相同復(fù)合股線20的剖面圖。
[0031]復(fù)合股線20為由七根相同直徑的股線21、22構(gòu)成的1X7結(jié)構(gòu)，并以12mm的直徑形成。在股線21、22中，存在將位于中心的股線21稱為芯股線，將配置在其周圍的股線22稱為側(cè)股線的情況。并且，以包圍一根芯股線21的方式配置相同粗細的六根側(cè)股線22，而一并絞合。芯股線21及側(cè)股線22，具有在PAN系碳纖維束捆住或絞合多根浸潰了熱固化性樹脂的結(jié)構(gòu)。
[0032]芯股線21和側(cè)股線22，具有分別在PAN系碳纖維2的束捆住或絞合多根浸潰了熱固化性樹脂3的半固化片2’的結(jié)構(gòu)，且以與股線軸向近乎呈直角的角度致密地纏繞纖維絲4而包覆各股線21，22的外周。此外，“絲”具有包括帶(tape)的概念。
[0033]對具有這種結(jié)構(gòu)的、例如直徑為15.2mm的纖維復(fù)合絞合電纜I的制造工藝進行說明。圖2是示出在纖維復(fù)合絞合電纜I的制造工藝中，將碳纖維的復(fù)絲浸潰在熱固化性樹脂而制作半固化片的工藝的說明圖。圖3是示出在纖維復(fù)合絞合電纜I的制造工藝中，制作被包覆的股線20的工藝的說明圖。圖4示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，將被包覆的復(fù)合股線絞合而制作半固化或未固化狀態(tài)的復(fù)合絞合電纜的工藝的說明圖。圖5是示出在所述纖維復(fù)合絞合電纜的制造工藝中，進行復(fù)合絞合電纜的熱處理工藝的說明圖。
[0034]半固化片處于為得到股線的之前階段。如圖2所示，在卷筒31卷繞平行地聚集了例如直徑為7μπι的碳纖維12000根而成的復(fù)絲30。此外，在圖2中，33表示卷取側(cè)的卷筒，38表示容納有熱固化樹脂H的樹脂槽。對熱固化性樹脂H而言，玻璃化轉(zhuǎn)變點(Tg)在100°C左右，從而在例如要求是Tg = 150-200°C的變性環(huán)氧樹脂且具有在130°C左右的耐熱性的情況下使用。而且，在要求240°C這種高耐熱性時，可以使用耐熱環(huán)氧樹脂。
[0035]在卷筒31和卷筒33之間配置有導(dǎo)輥32a、32b、32c、32d，這些導(dǎo)輥從卷筒31向卷筒33連續(xù)引導(dǎo)復(fù)絲30。尤其是，導(dǎo)輥32a、32c配置在樹脂槽38中，該導(dǎo)輥32a、32c的下半部分浸潰在熱固化樹脂H。導(dǎo)輥32a、32c和導(dǎo)輥32b、32d在鉛垂方向上間隔1.5m。而且，在導(dǎo)輥32a和導(dǎo)輥32b之間的、在導(dǎo)輥32b和導(dǎo)輥32c之間的、在導(dǎo)輥32c和導(dǎo)輥32d之間的、以及在導(dǎo)輥32d和卷筒33之間的復(fù)絲30分別以形成鉛垂方向的方式設(shè)定。
[0036]在緊挨著導(dǎo)輥32c的前面配置有以圓錐狀形成且內(nèi)部形成有孔(例如，內(nèi)徑為
5.8mm)的錐形沖模34。在錐形沖模34的外表面設(shè)置有槽等，該槽等將熱固化性樹脂H從錐形沖模34的表面向下方引導(dǎo)。在導(dǎo)輥32d和卷筒33之間，配置有以圓錐狀形成且內(nèi)部形成有孔(例如，內(nèi)徑為5.8mm)的錐形沖模35、和以圓筒狀形成的沖模36 (例如，內(nèi)徑為
5.1mm)。
[0037]在樹脂槽38設(shè)置有超聲波振動器38a。如以下所述，該超聲波振動器38a具有在復(fù)絲30通過樹脂槽38時提高浸潰效率的效果。
[0038]通過以該方式構(gòu)成的裝置，以如下方式將復(fù)絲30浸潰在熱固化性樹脂H。S卩，將復(fù)絲30從卷筒31導(dǎo)出，經(jīng)由導(dǎo)輥32a-32d而導(dǎo)入至樹脂槽38，并通過樹脂槽38所容納的熱固化性樹脂H液體，由此使復(fù)絲30浸潰在熱固化性樹脂H并用卷筒33卷取。
[0039]通過導(dǎo)輥32a而浸潰了熱固化性樹脂H的復(fù)絲30，以鉛垂方向上升，從而使多余的熱固化性樹脂H因自身重量而掉落。此時，由于是鉛垂方向，與使周向的熱固化性樹脂H的殘余膜厚向傾斜方向移動的情況相比變得均勻。而且，在經(jīng)過錐形沖模34時，擠出多余的空氣和熱固化性樹脂H而去除。此時，空氣向上方排出，所去除的熱固化性樹脂H從錐形沖模34的表面流下來，因此能夠防止再次附著在復(fù)絲30。
[0040]通過導(dǎo)輥32c使抽出多余空氣的狀態(tài)的復(fù)絲30穿過樹脂槽38的內(nèi)部。浸潰了熱固化性樹脂H的復(fù)絲30以鉛垂方向上升，從而使多余的熱固化性樹脂H因自身重量而掉落。并且，在通過錐形沖模35時，擠出多余的空氣和熱固化性樹脂H而去除。進而，在通過內(nèi)徑小的沖模36之后，將剖面調(diào)整為圓形形狀，并作為半固化片30A卷取在卷筒33。
[0041]例如，以5.1mm的直徑成形的半固化片30A最終被絞合，從而成為例如直徑為15.2mm的纖維復(fù)合絞合電纜I。
[0042]之后，使用絞合裝置(未圖示)，將在上述工藝中制作的半固化片30A捆住多根例如十五根，并例如以90mm的大絞合節(jié)距進行絞合而得到復(fù)合單股線381。該工藝是如下工藝:將卷取了半固化片30A的卷筒39排列在例如十五個支架，導(dǎo)出十五根半固化片并捆住而作為復(fù)合單股線381。
[0043]圖3是示出在纖維復(fù)合絞合電纜I的制造工藝中，制作被包覆的股線50的工藝的說明圖。圖3中的Q是被包覆裝置。將卷繞了在上述工藝中制作的復(fù)合單股線381的卷筒40，安裝在被包覆裝置Q的支軸401。
[0044]該包覆裝置Q在復(fù)合單股線移動路徑的周圍具備卷繞機45，該卷繞機45卷繞有纖維絲4。作為纖維絲優(yōu)選為聚酯纖維等通用纖維的復(fù)絲紗(yarn)，可以舉出八根、1000旦(denier)的一例。
[0045]并且，經(jīng)由導(dǎo)輥42用股線卷筒49卷取復(fù)合單股線381，并且在復(fù)合單股線381移動時在其周圍旋轉(zhuǎn)所述卷繞機45，在復(fù)合單股線381的外周以相對于軸向近乎呈直角的角度例如60-85度致密地卷繞纖維糸4而包覆外周。由此，制作被包覆了的復(fù)合股線50。
[0046]如上所述用纖維包覆股線的周圍，一個是為了將復(fù)合單半固化片381集中起來，而防止絞合時所產(chǎn)生的變形或松散。另外，在用作混凝土補強材料等的情況下，具有提高附著特性的效果。進而，通過與浸潰樹脂相同的樹脂來將股線和外包纖維以形成一體的方式構(gòu)成。
[0047]接著，在卷取復(fù)合股線50的七個股線卷筒安裝在圖4所示的絞合裝置R。絞合裝置R，配置作為芯部分的一個股線卷筒491，并且在其周圍配置作為側(cè)部分的六個股線卷筒492，在作為芯部分的一根復(fù)合股線50的周圍旋轉(zhuǎn)作為側(cè)部分的六個股線卷筒492，從而絞合作為側(cè)部分的六根復(fù)合股線50’，用主軸絞盤52拉引的同時穿過絞合配件51，由此使熱固化性樹脂作為半固化狀態(tài)或未固化狀態(tài)的復(fù)合絞合電纜60在卷筒59卷取。
[0048]接著，進行復(fù)合絞合電纜60的熱處理。在熱處理設(shè)備具備:預(yù)熱用筒型加熱裝置70，其加熱熱固化性樹脂H而使其軟化；刷子71，其與復(fù)合絞合電纜60的外周面抵接；及最終熱處理用筒型加熱裝置72。
[0049]在這種裝置中，加熱由卷筒59供應(yīng)的復(fù)合絞合電纜60，并加熱熱固化性樹脂H而使其軟化。并且，用刷子71進一步去除已軟化的多余的熱固化性樹脂H。而且，在例如130-2000C>70-100分鐘的條件下穿過最終熱處理用筒型加熱裝置72中，使半固化或未固化的熱固化性樹脂完全固化，并作為固化復(fù)合絞合電纜90卷取在卷筒69。
[0050]圖1A是示出纖維復(fù)合絞合電纜I的圖。在該纖維復(fù)合絞合電纜I中，碳纖維在與碳纖維的纖維方向垂直相交的剖面中的比例，在去除多余樹脂的狀態(tài)下為60-75%。此外，樹脂的去除是通過如下工藝進行的。
[0051]圖6是示出用于從纖維復(fù)合絞合電纜I去除多余樹脂的樹脂去除裝置600的其他例子的說明圖。
[0052]在樹脂去除裝置600中，使纖維復(fù)合絞合電纜I在將樹脂鼓610用高壓按壓其表面的狀態(tài)下穿過，從而通過與樹脂滾筒之間的摩擦來去除樹脂。
[0053]圖7A及圖7B是示出用于從纖維復(fù)合絞合電纜I去除多余樹脂的樹脂去除裝置700的其他例子的說明圖。
[0054]樹脂去除裝置700具有沖模710、和設(shè)置在該沖模710的開口部720。樹脂去除裝置700，使纖維復(fù)合絞合電纜I在將沖模710的開口部720的內(nèi)周面用高壓按壓其表面的狀態(tài)下穿過，從而通過與沖模710之間的摩擦來去除樹脂。
[0055]圖8是示出本實用新型的第二實施方案的纖維復(fù)合絞合電纜100的圖。
[0056]如圖8所示，η為十九根的IX 19結(jié)構(gòu)、直徑為18mm的纖維復(fù)合型絞合電纜100，其由十九根股線構(gòu)成。即，在芯的周圍絞合由六根，兵器在其外周絞合由十二根。
[0057]就制造過程而言，在芯股線111、第一層側(cè)股線112及第二層側(cè)股線113實施了纖維糸的包覆后，將這些浸潰并絞合而形成未固化纖維復(fù)合絞合電纜，并且對該未固化纖維復(fù)合絞合電纜實施熱處理，由此使熱固化性樹脂固化而形成圖7B中的半成品。
[0058]作為本實用新型的第三實施方案，η為三十七根的1X37結(jié)構(gòu)、直徑為28mm的本實用新型的纖維復(fù)合型絞合電纜，其由三十七根股線構(gòu)成。
[0059]圖9A是將本實用新型的纖維復(fù)合絞合電纜I使用在高壓電線的補強材料的例子的、電線的架線狀態(tài)圖，圖9B是切割所述電線一部分的圖，圖9C是電線的剖面圖
[0060]如圖9A所不,架設(shè)在鐵塔A的聞壓電線B具有如圖9B、圖9C所不的結(jié)構(gòu)。S卩，聞壓電線B是，作為芯材使用了實施例1的纖維復(fù)合型絞合電纜1，并且在其周圍將鋁線或耐熱鋁合金線900排列成兩層而絞合的材料。
[0061]圖1OA是示出將本實用新型的纖維復(fù)合絞合電纜I使用在混凝土制橋桁C的抗張力補強材料的例子的橋底的圖，圖1OB是示出在纖維復(fù)合絞合電纜I中施加張力的狀態(tài)的橋桁底面圖。
[0062]如圖1OA及圖1OB所不,為了補強橋祐1 C將第一實施例至第三實施例中任意一個的纖維復(fù)合型絞合電纜1、100、200架設(shè)在長尺寸方向兩端的橋桁C，并經(jīng)由圖1OB的固定器具施加張拉力。
[0063]除此之外，本實用新型的纖維復(fù)合型絞合電纜也適用于吊橋用電纜、地錨、及混凝土補強材料等。
[0064]此外，本實用新型并不限于所述實施方案，在不脫離本實用新型主旨的范圍內(nèi)可以進行各種變形并實施是理所當(dāng)然的。
[0065]【產(chǎn)業(yè)上的可利用性】
[0066]通過降低所含樹脂的比例并增加碳纖維的比例，可以得到能夠提高強度的纖維復(fù)合型絞合電纜及其制造方法。
【權(quán)利要求】
1.一種纖維復(fù)合型絞合電纜，其特征在于， 所述纖維復(fù)合型絞合電纜具備復(fù)合股線，其是將碳纖維束浸潰在熱固化性樹脂，并且絞合多根用纖維包覆所述碳纖維束的外周的股線，而且通過熱處理使所述熱固化性樹脂固化而形成的，其中， 在與所述碳纖維的纖維方向垂直相交的剖面中的所述碳纖維的面積比例占60-75%。
【文檔編號】H01B5/10GK204029406SQ201420234592
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】木村浩, 稷本剛, 古瀨德明 申請人:東京制綱株式會社