專利名稱：輸電線路碳纖維復合芯制作工藝及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輸出線路中承擔兩個鐵塔之間電纜重量的芯線的制造方 法及設備，尤其是一種復合材料芯線的制造方法設備，具體地說是一種輸電 線路碳纖維復合芯制造工藝及設備。
技術背景自從1800年開始，架空輸電用導線很少有大的革新，其中以鋼芯鋁導線 使用量最大，作為承擔架空輸電電纜重量的鋼絞線，這種鋼絞線不僅本身重 量大，而且易因磁損和熱效應造成輸出線路的線損，此外鋼絞線的抗拉強度 不高，今年我國南方出現(xiàn)的大面積輸出鐵塔倒塌導致供電線路癱瘓就是因為 鋼絞線不能承重冰雪的重量拉斷后造成鐵塔倒塌。為此有人根據(jù)復合材料的 特性提出了利用碳纖維復合芯來代替鋼絞線，充分發(fā)揮其重量輕、強度高、 無磁損、成本低的優(yōu)點，但由于缺乏相應的制造方法及其設備而難以實現(xiàn)。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對目前電力輸送線路急需碳纖維復合芯的問題，發(fā)明 一種用于生產復合芯輸電線路的輸電線路碳纖維復合芯制造工藝，同時提供 一種與該方法相配的設備以解決生產急需。本發(fā)明的技術方案是一種輸電線路碳纖維復合芯制造方法，其特征是它包括以下步驟 首先，將碳纖維和高強度玻璃纖維或玄武纖維從紗架上勻速牽出，使其經 過集紗器進入去濕器中除去水分，控制含水率不大于3%;其次，將去過濕的碳纖維和高強度玻璃纖維或玄武纖維分別送入相應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂膠的移動速度在400 600mm/min 之間；第三步，使經過浸潤涂有膠的碳纖維經過第一前模導紗器去除多余膠水后進入前模中進行預固化，控制前模的加熱溫度，形成兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的加熱溫度為35。C-45t:，另一段的加熱溫度為70°C-90°C，同 時使兩個加熱段之間保持20-40cm的間隔，得到預固化的碳纖維芯；第四步，使經過預固化的碳纖維與經過恒溫無損直線料槽浸潤涂膠的高 強度玻璃纖維或玄武纖維一起進入后模分紗器中，通過分紗器的作用使高強 度玻璃纖維或玄武纖維周圍有規(guī)則包覆在預固化的碳纖維芯上；第五步，使包覆有高強度玻璃纖維或玄武纖維的預固化的碳纖維芯進入 第二后模導紗器中去除高強度玻璃纖維或玄武纖維上多余的膠水后送入后模中進行加熱固化，控制加熱溫度，使后模形成三個加熱區(qū)，三個加熱區(qū)的加 熱的溫度依次為95°C 110°C、 165。C 175。C和155°C 165°C，三個加熱區(qū) 之間間隔20-40cm，得到固化復合芯，通過調整三個加熱區(qū)的溫度控制固化復 合芯的出模硬度不小于設計硬度的85%;第六步，將上述固化的復合芯送入后固化加熱器進行后固化處理，控制 后固化溫度不小于180°C—190°C，后固化時間不小于3—4分鐘；最后，將從后固化加熱器中牽引出的復合芯冷卻、檢驗即可收繞在雙盤 收線裝置上。一種輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是它主要由紗架1、集紗器 2、去濕器3、碳纖維、高強玻璃纖維浸漬器4， 4'、前模導紗器5、前模6、 前模加熱器7、后模分紗器8、后模導紗器9、后模加熱器IO、后模ll、后固 化加熱器12、風冷冷卻裝置13、牽引機15及雙盤收線裝置16組成，集紗器 2安裝在紗架1的出紗端，去濕器3安裝在集紗器2和碳纖維、高強玻璃纖維 浸漬器4， 4'之間，前模導紗器5、前模6依次安裝在碳纖維浸漬器4和分紗 器8之間，前模加熱器7套裝在前模6上，高強玻璃纖維浸漬器4'安裝在后 模分紗器8和去濕器3之間，后模導紗器9與后模分紗器8相連，加熱器IO 的后模11安裝在導紗器9的出紗口一側，后模11的出口處安裝有后固化加 熱器12，風冷冷卻裝置13安裝在后固化加熱器12的出口端，牽引機15則安 裝在雙盤收線裝置16和風冷冷卻裝置13之間。所述的紗架1為帶張力顯示紗架，所述的集紗器2為帶斷頭控制器的集紗器。所述的前模加熱器7由兩段組成，兩段之間間隔距離為20 40厘米，兩 段的加熱溫度分別為35。C 45。C及70。C 9(TC。所述的加熱器10由三段組成，段與段之間的間隔距離為20 40厘米， 其中靠近導紗器9的一段的加熱溫度為95°C 110°C，中間段的加熱溫度為 165°C 175°C，第三段的加熱溫度為155°C 165°C。所述的后固化加熱器12的溫度約為180°C 190°C。在牽引機15和風冷冷卻裝置13之間安裝有用于檢驗復合芯質量的直徑 檢測器14。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明經過反復實驗，在傳統(tǒng)復合材料制造方法的基礎上結合碳纖維及 高強玻璃纖維(或玄武纖維)的復合的特點通過合理設計工藝路線，尤其是 采用分別浸潤后對碳纖維進行拉擠予成型半固化狀態(tài)，通過控制其加熱溫度 區(qū)段得到性能優(yōu)良的碳纖維芯，尤其是在最終包覆成形的過程中通過大量的 實驗總結出分三段進行加熱固化，既保證最終產品的硬度，又滿足了生產的 順暢性和生產效率的提高，方法具有獨創(chuàng)性，填被了國內空白，為輸出線路 的更新提供了價廉物美的芯材。同時本發(fā)明根據(jù)碳纖維復合芯的特點通過對 現(xiàn)有的復合材料生產中常用的設備進行合理的配置，組合生產出的碳纖維復 合芯完全能滿足電力輸送的需要。利用本發(fā)明的方法和設備生產的碳纖維復合芯生產的復合導線強度可比現(xiàn)有同類型導線高2倍，導電率更高且無磁損 和熱損，能節(jié)能6%以上，同時由于使導線的重量減輕了 10 20%，因此弧垂 更低，可降低弧垂2倍以上，本發(fā)明的復合芯還具有耐腐蝕，使用壽命長的 優(yōu)點，它的壽命是常規(guī)導線的2倍，還能節(jié)約鋁材50%以上，可減少投資一半 以上。本發(fā)明的設備配置合理、控制系統(tǒng)先進、結構簡單、制造安裝、調試、 維護方便。尤其是其中的兩次固化加熱經過反復試驗摸索出了分別采用兩段 式加熱和三段式加熱的加熱方式，充分發(fā)揮了加熱在復合材料制造中的重要 作用，對保證產品質量至關重要。


圖1是本發(fā)明的設備的組成結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖l所示。一種輸電線路碳纖維復合芯制造工藝，它包括以下步驟 首先，將碳纖維和高強度玻璃纖維(或玄武纖維)從紗架上勻速牽出，使 其經過集紗器進入去濕器中除去水分，控制含水率不大于3%;其次，將去過濕的碳纖維和高強度玻璃纖維(或玄武纖維)分別送入相 應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂膠的移動速度在400 600臓/min之間；第三步，使經過浸潤涂有膠的碳纖維經過第一導紗器去除多余膠水后進 入前模中進行預固化，控制前模的加熱溫度，形成兩段加熱，其中靠近導紗 器的一段的加熱溫度為35°C-45°C，另一段的加熱溫度為7(TC-90°C，同時使 兩個加熱段之間保持20-40cm的間隔，得到預固化的碳纖維芯；第四步，使經過預固化的碳纖維與經過恒溫無損直線料槽浸潤涂膠的高 強度玻璃纖維或玄武纖維一起進入分紗器中，通過分紗器的作用使高強度玻 璃纖維或玄武纖維有規(guī)則包覆在預固化的碳纖維芯周圍；第五步，使包覆有高強度玻璃纖維(或玄武纖維)的預固化的碳纖維芯 進入第二導紗器中去除高強度玻璃纖維(或玄武纖維)上多余的膠水后送入 后模中進行加熱固化，控制加熱溫度，使后模形成三個加熱區(qū)，三個加熱區(qū) 的加熱的溫度依次為95。C 110。C、 165。C 175。C和155°C 165°C，三個加 熱區(qū)之間間隔20-40cm，得到半固化復合芯，通過調整三個加熱區(qū)的溫度控制 半固化復合芯的出模硬度不小于設計硬度(即最終成品硬度)的85%以上；每個 加熱區(qū)的具體溫度值可通過有限次的調試加以確定， 一量出模硬度滿足要求 即可確定；第六步，將上述半固化的復合芯送入后固化加熱器進行后固化處理，控 制后固化溫度不小于180°C，后固化時間不小于3—4分鐘，后固化時間可通過調整加熱器的長度和牽引速度來實現(xiàn)；最后，將從后固化加熱器中牽引出的復合芯冷卻、檢驗即可收繞在雙盤 收線裝置上。與上述方法相配的輸電線路碳纖維復合芯制造設備主要由紗架1、集紗器2、去濕器3、碳纖維、高強玻璃纖維浸漬器4， 4'、前模導紗器5、前模6、 前模加熱器7、分紗器8、導紗器9、加熱器IO、后模ll、后固化加熱器12、 風冷冷卻裝置13、直徑檢測器14、牽引機15及雙盤收線裝置16組成，集紗 器2安裝在紗架1的出紗端，去濕器3安裝在集紗器2和碳纖維、高強玻璃 纖維浸漬器4， 4'之間，前模導紗器5、前模6依次安裝在碳纖維浸漬器4和 后模分紗器8之間，前模加熱器7套裝在前模6上，浸漬器4'安裝在分紗器 8和去濕器3之間，導紗器9與分紗器8相連，加熱器10的后模11安裝在導 紗器9的出紗口一側，后模11的出口處安裝有后固化加熱器12 (加熱溫度約 為18(TC 19(TC)，風冷冷卻裝置13安裝在后固化加熱器12的出口端，牽引 機15則安裝在雙盤收線裝置16和風冷冷卻裝置13之間。直徑檢測器1 (型 號可為CFBLS上海儀川儀表廠)位于牽引機15和風冷冷卻裝置13之間，并 連接有報警器19，圖1中20為整個生產線的控制系統(tǒng)，它可采用現(xiàn)有技術加 以實現(xiàn)。具體實施時紗架1可采用帶張力顯示紗架(型號可為CFBLS，上海儀 川儀表廠)，集紗器2可采用帶斷頭控制器的集紗器(型號可為SV，宜興市 立成純水設備有限公司)。為了保證固化效果，具體實施時前模加熱器7可由兩段組成，兩段之間 間隔距離為20 40厘米，兩段的加熱溫度分別為35。C 45t:及70°C 90°C。同樣地加熱器10可由三段組成，段與段之間的間隔距離為20 40厘米， 其中靠近導紗器9的一段的加熱溫度為95°C 110°C，中間段的加熱溫度為 165。C 175。C，第三段的加熱溫度為155。C 165。C。開機前應先通過人工將碳纖維17和高強玻璃纖維(或玄武纖維)從紗架 上拉出穿過各相應的裝置后置于牽引機15上固定后才能開機。以下的工作過 程是假定整個生產線已進入運行狀態(tài)后的過程。安裝在紗架1上的碳纖維17和高強玻璃纖維(也可采用玄武纖維)18的引出端首先經集砂器2集束，然后進入去濕器3中去濕后分別進入對應的浸 漬器4， 4'中浸膠，浸膠后的碳纖維17進入前模導紗器5中去除多余的膠后 進入前模6中擠壓成形，并同時在前模加熱器7的加熱下形成半固化芯線， 然后與經過浸膠的高強玻璃纖維(或玄武纖維)18—起進入分紗器8中，在 分紗器8的作用下使高強玻璃纖維(玄武纖維)18包覆在半固化的芯線表面， 然后兩者一起進入導紗器9中去除多余的膠后進入裝有三個加熱器10的后模 ll中加熱固化定型，得到內芯為碳纖維17、表面覆蓋有高強玻璃纖維(玄武 纖維)18、固化率為85%以上的芯線，芯線進入后續(xù)的后固化加熱器12在180 一190'C進一步固化定型，然后進入風冷冷卻裝置13進行冷卻后進入直徑檢 測器對其直徑進行檢測，如果直徑過大或過小則應通過控制系統(tǒng)調整浸漬器 4， 4'中的膠量或通過調整低收縮劑量的方法，已固化成形的復合芯最終在牽 引機15的牽引下進入雙盤收線裝置16收線形成便于運輸?shù)谋P狀芯線圈。本發(fā)明未涉及部分如去濕器、浸漬器、導紗器、前模、后模、牽引機、 雙盤收線裝置等均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求
1、一種輸電線路碳纖維復合芯制作工藝，其特征是它包括以下步驟首先，將碳纖維和高強度玻璃纖維或玄武纖維從紗架上勻速牽出，使其經過集紗器進入去濕器中除去水分并控制纖維含水率不大于3％，提高制品力學強度；。其次，將去過濕的碳纖維和高強度玻璃纖維或玄武纖維分別送入相應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂膠的移動速度在400～600mm/min之間；第三步，使經過浸潤涂有膠的碳纖維經過第一導紗器去除多余膠水后進入前模中進行預固化，控制前模的加熱溫度，形成兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的加熱溫度為35℃-45℃，另一段的加熱溫度為70℃-90℃，同時使兩個加熱段之間保持20-40cm的間隔，得到預固化的碳纖維芯；第四步，使經過預固化的碳纖維與經過恒溫無損直線料槽浸潤涂膠的高強度玻璃纖維或玄武纖維一起進入分紗器中，通過分紗器的作用使高強度玻璃纖維或玄武纖維按一定規(guī)則包覆在預固化的碳纖維芯上；第五步，使包覆有高強度玻璃纖維或玄武纖維的預固化的碳纖維芯進入第二導紗器中去除高強度玻璃纖維或玄武纖維上多余的膠水后送入后模中進行加熱固化，控制加熱溫度，使后模形成三個加熱區(qū)，三個加熱區(qū)的加熱的溫度依次為95℃～110℃、165℃～175℃和155℃～165℃，三個加熱區(qū)之間間隔20-40cm，得到半固化復合芯，通過調整三個加熱區(qū)的溫度控制半固化復合芯的出模硬度不小于設計硬度的85％以上；第六步，將上述半固化的復合芯送入后固化加熱器進行后固化處理，控制后固化溫度不小于180℃，后固化時間不小于3-4分鐘；最后，將從后固化加熱器中牽引出的復合芯冷卻、檢驗即可。
2、 一種輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是它主要由紗架(1)、集紗 器(2)、去濕器(3)、碳纖維、高強玻璃纖維浸漬器(4， 4')、前模導紗器 (5)、前模(6)、前模加熱器(7)、后模分紗器(8)、后模導紗器(9)、加熱器(10)、后模(11)、后固化加熱器(12)、風冷冷卻裝置(13)、牽引機 (15)及雙盤收線裝置(16)組成，集紗器(2)安裝在紗架(1)的出紗端， 去濕器(3)安裝在集紗器(2)和碳高浸漬器(4， 4')之間，前模導紗器(5)、 前模(6)依次安裝在碳纖維浸漬器(4)和后模分紗器(8)之間，前模加熱 器(7)套裝在前模(6)上，高強玻璃纖維浸漬器(4')安裝在后模分紗器 (8)和去濕器(3)之間，與后模分紗器(9)后模導紗器(8)相連，加熱 器(10)的后模(11)安裝在后模導紗器(9)的出紗口一側，后模(11)的 出口處安裝有后固化加熱器(12)，風冷冷卻裝置(13)安裝在后固化加熱器 (12)的出口端，牽引機(15)則安裝在雙盤收線裝置(16)和風冷冷卻裝 置(13)之間。
3、 根據(jù)權利要求2所述的輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是所述的 紗架(1)為帶張力顯示紗架，所述的集紗器(2)為帶斷頭控制器的集紗器。
4、 根據(jù)權利要求2所述的輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是所述的 前模加熱器(7)由兩段組成，兩段之間間隔距離為20 40厘米，兩段的加 熱溫度分別為35。C 45。C及70。C 90。C。
5、 根據(jù)權利要求2所述的輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是所述的 加熱器(10)由三段組成，段與段之間的間隔距離為20 40厘米，其中靠近 導紗器(9)的一段的加熱溫度為95°C 110°C，中間段的加熱溫度為165°C 175°C，第三段的加熱溫度為155°C 165°C。
6、 根據(jù)權利要求2所述的輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是所述的 后固化加熱器(12)的溫度約為180°C—190°C。
7、 根據(jù)權利要求2所述的輸電線路碳纖維復合芯制造設備，其特征是在牽引 機(15)和風冷冷卻裝置(13)之間安裝有用于檢驗復合芯質量的直徑檢測 器(14)。
全文摘要
一種輸電線路碳纖維復合芯制造工藝及設備，屬于一種電纜制造方法及輔助設備，其特征是所述的方法主要包括浸潤、分紗、二段預固化和三段半固化及后固化冷卻等步驟，所述的設備主要由紗架(1)、集紗器(2)、去濕器(3)、浸漬器(4，4′)、前模導紗器(5)、前模(6)、前模加熱器(7)、分紗器(8)、導紗器(9)、加熱器(10)、后模(11)、后固化加熱器(12)、風冷冷卻裝置(13)、牽引機(15)及雙盤收線裝置(16)組成。本發(fā)明具有方法簡單，配置合理，結構簡單，制造安裝、調試、維護方便的優(yōu)點。
文檔編號H01B13/00GK101246765SQ200810024510
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權日2008年3月26日
發(fā)明者程正琿, 程逸建 申請人:南京諾爾泰復合材料設備制造有限公司