專利名稱：：用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及架空輸電線路導(dǎo)線領(lǐng)域，具體的是涉及用于架空輸電線路導(dǎo)線的的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯。
背景技術(shù)：
：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。這種導(dǎo)線充分發(fā)揮了有機(jī)復(fù)合材料的特點(diǎn)，與目前各種架空導(dǎo)線相比，具有重量輕、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、馳度低、載流量大、耐腐蝕的特點(diǎn)，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(yīng)用前景，特別適用于老線路的改造。20世紀(jì)90年代日本開發(fā)了復(fù)合材料合成芯導(dǎo)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(shí)際線路試驗(yàn)了4年多。復(fù)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7u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(jī)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(guò)最后的熱處理使樹脂完全硬化，最后形成復(fù)合材料芯線。復(fù)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(yàn)證明，這種新型復(fù)合材料芯導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了ACSR，在常溫下的應(yīng)力——伸長(zhǎng)特性呈現(xiàn)彈性體，沒(méi)有塑性變性，破斷時(shí)的伸長(zhǎng)量比鋼絞線小，約為1.6%。耐熱性基本與ACSR相同。美國(guó)新型復(fù)合材料合成芯導(dǎo)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(hào)為ACCC的復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線——碳纖維復(fù)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(qiáng)度、高韌性配方的環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的耐沖擊性、耐抗拉應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。將碳纖維與玻璃纖維進(jìn)行預(yù)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(fù)合材料芯線。芯線外層與鄰?fù)鈱訛樘菪谓孛驿X線股。導(dǎo)線已完成常規(guī)的型式試驗(yàn)，具有良好的機(jī)械特性和電氣特性。ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)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(dǎo)線、鋁包鋼導(dǎo)線、鋁合金導(dǎo)線及進(jìn)口殷剛導(dǎo)線的新產(chǎn)品，ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)線與傳統(tǒng)導(dǎo)線相比具有重量輕、強(qiáng)度大、低線損、弛度小、耐高溫、耐腐蝕、與環(huán)境親和等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電力傳輸?shù)墓?jié)能、環(huán)保與安全。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的導(dǎo)線都是由導(dǎo)電性能好的金屬絲或金屬條形成。這種導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度低且不柔軟，使用起來(lái)易折斷。同時(shí)由于金屬的特性，用金屬制成的導(dǎo)線隨環(huán)境溫度的變化熱脹冷縮嚴(yán)重，以至于在天冷的時(shí)候經(jīng)常導(dǎo)線自身被拉斷。國(guó)內(nèi)也有人開始研究碳纖維復(fù)合芯鋁絞線和碳纖維復(fù)合芯鋁絞線，但沒(méi)有具體的實(shí)用參數(shù)，沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。國(guó)內(nèi)有人試用玻璃纖維增強(qiáng)塑料與碳纖維復(fù)合芯制作加強(qiáng)芯(FRP)雖然具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、抗靜電及防嚙咬等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)度的，并且能夠提供更高實(shí)用性的用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯。本發(fā)明需要解決的基本問(wèn)題是要選用合適的樹脂作為基體材料與芳綸纖維結(jié)合；與包裹在內(nèi)芯的碳纖維共同形成導(dǎo)線內(nèi)的加強(qiáng)骨架芯棒；采用新工藝將以上材料加以結(jié)合。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為采用環(huán)氧樹脂材料可以獲得較好的與芳綸纖維的結(jié)合性；通過(guò)鍍格模具與包裹在內(nèi)芯的碳纖維共同形成導(dǎo)線內(nèi)的加強(qiáng)骨架芯棒，具體經(jīng)嚴(yán)格溫控加熱，經(jīng)連續(xù)拉橋工藝成型并經(jīng)擠塑機(jī)涂覆護(hù)套科，可以較好解決熱固性工藝和熱塑性工藝的結(jié)合問(wèn)題，從而獲得較優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)，達(dá)到預(yù)定技術(shù)解決目標(biāo)。本發(fā)明所述的用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，是采用熱固性工藝復(fù)合芳綸纖維和熱固性樹脂，其直徑為8mm25mm;碳纖維復(fù)合芯直徑為6mm20腿。本發(fā)明所述的芳綸纖維與環(huán)氧樹脂包裹碳纖維加強(qiáng)芯，是采用熱塑性工藝將PE涂覆在芳綸纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成的內(nèi)包裹碳纖維加強(qiáng)芯的桿體上。本發(fā)明所述的芳綸光纜加強(qiáng)芯的熱固化工藝中對(duì)模具加熱進(jìn)行嚴(yán)格控制，熟化區(qū)域200士10。C和定型區(qū)域140士1(TC。本發(fā)明所采用的基體材料為環(huán)氧樹脂及乙烯基樹脂。芳綸與樹脂和碳纖復(fù)合芯是以芳綸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(fù)合芯。其基本工藝原理和玻璃纖維光纜加強(qiáng)芯一致，在技術(shù)上具有較強(qiáng)的可操作性，但是芳綸纖維、碳纖維較玻璃纖維具有更好的力學(xué)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(qiáng)芯彎曲半徑大、質(zhì)量較重的缺點(diǎn)，而且具有更高的拉伸強(qiáng)度和抗斷裂特性，是玻璃纖維加強(qiáng)芯良好的替代產(chǎn)品?，F(xiàn)有人新研制的內(nèi)有碳纖維加強(qiáng)芯、外包裹玻璃纖維與環(huán)氧樹脂結(jié)合的導(dǎo)線內(nèi)復(fù)合芯與內(nèi)有碳纖維加強(qiáng)芯、外包裹芳綸纖維與環(huán)氧樹脂結(jié)合的復(fù)合芯比較情況看下表。玻璃纖維與和芳綸纖維與環(huán)氧樹脂結(jié)合的加強(qiáng)芯比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2、具有較強(qiáng)的耐酸耐堿性2、彎曲半徑小(僅為玻璃纖維加強(qiáng)芯的一半)；3、具有較高拉伸強(qiáng)度3、質(zhì)量更輕(密度為玻璃纖維加強(qiáng)芯的一半)；缺點(diǎn)4、抗斷裂(在折斷情況下仍可保持1100MPa1、彎曲半徑大；的拉伸強(qiáng)度)；2、生產(chǎn)速度慢；5、耐腐蝕、抗靜電、具有較強(qiáng)的耐酸耐堿性；6、生產(chǎn)速度快。圖1是本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖；圖2時(shí)本發(fā)明橫截面示意簡(jiǎn)圖；圖3是本發(fā)明生產(chǎn)流程示意簡(jiǎn)具體實(shí)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(biāo)號(hào)說(shuō)明芳綸纖維與環(huán)氧樹脂結(jié)合層1;碳纖維復(fù)合芯2;制作工藝碳纖維束絲集聚機(jī)架3;芳綸纖維多層紗架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(jī)10;預(yù)熱烘箱ll;牽引機(jī)12;收巻機(jī)13;在圖l、圖2、圖3所示的用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯示意簡(jiǎn)圖中，碳纖維束絲經(jīng)集聚機(jī)架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架4上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，盡量避免碳纖維和芳綸纖維碰傷和纖維起毛現(xiàn)象的發(fā)生，為防止芳綸纖維紗絞在一起，應(yīng)規(guī)則有序地穿引芳綸纖維紗。芳綸纖維在分紗輥上應(yīng)上下多層均勻分布。將通過(guò)分紗輥的每一束芳綸紗穿過(guò)樹脂槽5模具，不應(yīng)有斷頭來(lái)穿過(guò)的現(xiàn)象；碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過(guò)模具拉出。配制樹脂原料，應(yīng)在攪拌機(jī)上充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過(guò)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(shè)定為200士1(TC和140士1(TC，并通電加熱模具。碳纖維圓形體與芳綸纖維紗經(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(guò)程中，為改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，允許車速在5m/min8m/min范圍內(nèi)作適當(dāng)調(diào)整。涂覆前操作人顯應(yīng)檢査擠塑機(jī)10的潤(rùn)滑、傳動(dòng)、電器控制等情況。提前23小時(shí)，啟動(dòng)擠出機(jī)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(dòng)，牽引轉(zhuǎn)速，放線張力，收排線轉(zhuǎn)動(dòng)，加溫控制系統(tǒng)，預(yù)熱烘箱11，冷卻水流通等情況，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后方可開車生產(chǎn)。涂覆完成后，牽引機(jī)12牽引并經(jīng)收巻機(jī)13收巻，檢驗(yàn)后完成。配方比例碳纖維5055%;芳綸纖維10%15%;樹脂及輔助材料30%40%。權(quán)利要求1、用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于采用熱塑性工藝將PE涂覆在芳綸纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成的內(nèi)包裹碳纖維加強(qiáng)芯的桿體上，其直徑為8mm～25mm；碳纖維復(fù)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％、芳綸纖維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(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于碳纖維束絲經(jīng)集聚機(jī)架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過(guò)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(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于配制樹脂原料，應(yīng)在攪拌機(jī)上充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過(guò)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(shè)定為200士10。C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(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于碳纖維圓形體與芳綸纖維紗經(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(guò)程中，為改善產(chǎn)品表面質(zhì)量，允許車速在5m/min8m/min范圍內(nèi)作適當(dāng)調(diào)整。提前23小時(shí)，啟動(dòng)擠出機(jī)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(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于芳綸纖維在分紗輥上上下多層均勻分布。將通過(guò)分紗輥的每一束芳綸紗穿過(guò)樹脂槽模具。全文摘要用于架空輸電線路導(dǎo)線的芳綸纖維與碳纖維復(fù)合芯，其特征在于由碳纖維50％～55％、芳綸纖維10％～15％、樹脂及輔助材料30％～40％組成。碳纖維束絲經(jīng)集聚機(jī)架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過(guò)模具拉出。攪拌好的樹脂原料須經(jīng)80目網(wǎng)篩過(guò)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(shè)定為200±10℃和140±10℃，并通電加熱模具。啟動(dòng)擠出機(jī)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(wèn)題，從而獲得較優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)，達(dá)到預(yù)定技術(shù)解決目標(biāo)。文檔編號(hào)H01B1/24GK101494092SQ20091001038公開日2009年7月29日申請(qǐng)日期2009年2月18日優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日發(fā)明者程顯軍申請(qǐng)人:程顯軍