一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，該芯棒包括混合有顯影劑的熱固性樹脂基體，在所述熱固性樹脂基體內(nèi)分布有增強(qiáng)碳纖維束；其中，所述顯影劑為納米級(jí)重金屬或重金屬化合物粉末；顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的3-20％。本發(fā)明還公開了該改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法，具體為：向熱固性樹脂中加入顯影劑，混合均勻；將碳纖維束送入混合有顯影劑的熱固性樹脂中實(shí)現(xiàn)浸漬，再經(jīng)過預(yù)成型模、成型模，升溫定型，溫度范圍為140-180℃，冷卻后制得成品。本發(fā)明通過對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒進(jìn)行顯影改性，使其在X射線無損檢測(cè)過程中取得了較好的顯影效果，便于在施工過程中監(jiān)控導(dǎo)線芯棒有無受損。
【專利說明】一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒及其制備方法，屬于輸電導(dǎo)線的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)土地資源有限，輸電走廊的選擇受到制約，因此提高單位輸電走廊的傳輸功率的需求日益迫切，對(duì)于輸電能力取決于導(dǎo)線熱穩(wěn)定性的架空輸電線路而言，更換高性能導(dǎo)線能夠顯著提高線路輸送能力。隨著碳纖維芯棒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，高性能的碳纖維導(dǎo)線的生產(chǎn)以及應(yīng)用也逐步形成體系、規(guī)范化，并逐步得到國(guó)家電網(wǎng)以及用戶的廣泛認(rèn)可。自2013年底至今國(guó)家已發(fā)布3批碳纖維導(dǎo)線采購(gòu)，總長(zhǎng)度6000公里，預(yù)計(jì)年底前還會(huì)有近萬公里的采購(gòu)計(jì)劃。碳纖維導(dǎo)線已經(jīng)進(jìn)入大面積普及推廣階段。
[0003]由于碳纖維的優(yōu)異物理和機(jī)械性能主要體現(xiàn)在纖維方向上，而在徑向上略顯薄弱，因此由其制成的導(dǎo)線在抗剪切，抗壓及抗扭轉(zhuǎn)方面較之金屬有一定差異。如果生產(chǎn)和施工人員未經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)或沒有嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行，而仍然按傳統(tǒng)鋼芯鋁絞線的生產(chǎn)和掛線模式進(jìn)行操作時(shí)，就容易在芯棒生產(chǎn)加工和絞線、金具壓接以及掛線施工過程中對(duì)芯棒產(chǎn)生傷損，由于外層鋁絞線的存在，使得操作人員很難通過肉眼直接發(fā)現(xiàn)，如果受損的導(dǎo)線直接掛網(wǎng)，將會(huì)存在很大的安全隱患，從而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0004]為減少芯棒受損，并對(duì)架線導(dǎo)線進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效的性能評(píng)估已經(jīng)成為研究重點(diǎn)。無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也就倍受廣大科研人員的關(guān)注，其中X射線無損檢測(cè)是應(yīng)用最廣泛的一種非破壞性檢驗(yàn)方法。但由于碳纖維導(dǎo)線芯棒密度僅為1.6g/cm3,碳纖維復(fù)合材料本身對(duì)X射線又具有很好的穿透效果，與鋁絲的對(duì)比度不高，X射線無損檢測(cè)的顯影效果不顯著，因此目前還無法將X射線無損檢測(cè)的方法廣泛應(yīng)用于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒及其制備方法。對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒進(jìn)行顯影改性，使其在無損檢測(cè)過程中取得較好的顯影效果，可用于X射線無損檢測(cè)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，該芯棒包括混合有顯影劑的熱固性樹脂基體，在所述熱固性樹脂基體內(nèi)分布有增強(qiáng)碳纖維束；
[0008]所述顯影劑為納米級(jí)重金屬或重金屬化合物粉末；
[0009]所述顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的3-20% ；
[0010]所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚丁二烯樹脂或有機(jī)硅樹脂中的一種或任意兩種或兩種以上的混合體。
[0011]優(yōu)選的，所述顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的5-15%。
[0012]優(yōu)選的，所述納米級(jí)重金屬為銅、鋇或鉛；所述重金屬化合物為氧化銅、氧化鋇或氧化鉛；其粉末粒徑為10-200nm。
[0013]該改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)向熱固性樹脂中加入顯影劑，顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的3-20%，混合均勻；
[0015](2)將碳纖維束送入混合有顯影劑的熱固性樹脂中實(shí)現(xiàn)浸潰，充分浸潰混合后，再經(jīng)過預(yù)成型模、成型模，升溫定型，溫度范圍為140-180°C，隨后在模具出口冷卻后制得成品O
[0016]所述步驟(I)中，熱固性樹脂和顯影劑的混合是在常溫下進(jìn)行。
[0017]所述步驟(I)中，將熱固性樹脂和顯影劑混合后，采用抽真空法排除氣泡。
[0018]所述步驟(2)中，碳纖維束經(jīng)過成型模的速度為0.7-1.0m/min。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020](I)本發(fā)明通過對(duì)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒進(jìn)行顯影改性，使其在X射線無損檢測(cè)過程中取得了較好的顯影效果，便于在施工過程中監(jiān)控導(dǎo)線芯棒有無受損。
[0021](2)本發(fā)明采用熱固性樹脂作為基體，而熱固性樹脂在常溫下為液態(tài)，易于與顯影劑混合均勻，無需額外加熱；采用的顯影劑為納米級(jí)的重金屬或重金屬化合物粉末，也易于充分混合在熱固性樹脂中；而且重金屬或重金屬化合物粉末的密度在4.0g/cm3以上，與碳纖維導(dǎo)線芯棒的密度差異顯著，因此X射線無損檢測(cè)顯影效果較好。
[0022](3)本發(fā)明制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒仍保持了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線所具有的重量輕、強(qiáng)度大、低線損、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，還可用于X射線無損檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)施例1制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果圖；
[0024]圖2為本實(shí)施例2制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果圖；
[0025]圖3為本實(shí)施例3制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果圖；
[0026]圖4為比較例制備的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]以碳纖維為增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹脂為基體，粒徑為10nm的銅粉末為顯影劑，生產(chǎn)改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，具體步驟如下:
[0030]將60束12K碳纖維絲送入混合有顯影劑的環(huán)氧樹脂的膠槽內(nèi)，其中顯影劑的加入量為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的7%，充分浸潰混合后，在牽引機(jī)的牽引下依次進(jìn)入預(yù)成型模、成型模，牽引速度為1.0m/mim;升溫固化，成型模內(nèi)設(shè)有三個(gè)溫度區(qū)，依次為140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷卻后成型，隨后將產(chǎn)品進(jìn)行絞線得出成品。
[0031]本實(shí)施例所用的環(huán)氧樹脂的型號(hào)為E44型。
[0032]對(duì)本實(shí)施例制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果，結(jié)果見圖1。
[0033]由圖1可見，經(jīng)改性后的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果十分明顯。
[0034]實(shí)施例2:
[0035]以碳纖維為增強(qiáng)材料，酚醛樹脂為基體，粒徑為1nm的氧化鋇粉末為顯影劑，生產(chǎn)改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，具體步驟如下:
[0036]將60束12K碳纖維絲送入混合有顯影劑的酚醛樹脂的膠槽內(nèi)，其中顯影劑的加入量為酚醛樹脂質(zhì)量的10%，充分浸潰混合后，在牽引機(jī)的牽引下依次進(jìn)入預(yù)成型模、成型模，牽引速度為0.8m/mim ;升溫固化，成型模內(nèi)設(shè)有三個(gè)溫度區(qū)，依次為140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷卻后成型，隨后將產(chǎn)品進(jìn)行絞線得出成品。
[0037]本實(shí)施例所用的酚醛樹脂的型號(hào)為2130型。
[0038]對(duì)本實(shí)施例制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果，結(jié)果見圖2。
[0039]實(shí)施例3:
[0040]以碳纖維為增強(qiáng)材料，呋喃樹脂為基體，粒徑為200nm的鉛粉末為顯影劑，生產(chǎn)改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，具體步驟如下:
[0041]將97束12K碳纖維絲送入混合有顯影劑的呋喃樹脂的膠槽內(nèi)，其中顯影劑的加入量為呋喃樹脂質(zhì)量的15%，充分浸潰混合后，在牽引機(jī)的牽引下依次進(jìn)入預(yù)成型模、成型模，牽引速度為0.8m/mim ;升溫固化，成型模內(nèi)設(shè)有三個(gè)溫度區(qū)，依次為140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷卻后成型，隨后將產(chǎn)品進(jìn)行絞線得出成品。
[0042]本實(shí)施例所用的呋喃樹脂的型號(hào)為GSOl。
[0043]對(duì)本實(shí)施例制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果，結(jié)果見圖3。
[0044]實(shí)施例4:
[0045]以碳纖維為增強(qiáng)材料，有機(jī)硅樹脂為基體，粒徑為50nm的氧化銅粉末為顯影劑，生產(chǎn)改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，具體步驟如下:
[0046]將97束12K碳纖維絲送入混合有顯影劑的有機(jī)硅樹脂的膠槽內(nèi)，其中顯影劑的加入量為有機(jī)硅樹脂質(zhì)量的20%，充分浸潰混合后，在牽引機(jī)的牽引下依次進(jìn)入預(yù)成型模、成型模，牽引速度為0.8m/mim ；升溫固化，成型模內(nèi)設(shè)有三個(gè)溫度區(qū)，依次為140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷卻后成型，隨后將產(chǎn)品進(jìn)行絞線得出成品。
[0047]本實(shí)施例所用的有機(jī)硅樹脂的型號(hào)為6103。
[0048]對(duì)本實(shí)施例制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果。
[0049]比較例:
[0050]以碳纖維為增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹脂為基體，生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，具體步驟如下:
[0051]將97束12K碳纖維絲送入環(huán)氧樹脂的膠槽內(nèi)，充分浸潰混合后，在牽引機(jī)的牽引下依次進(jìn)入預(yù)成型模、成型模，牽引速度為0.升溫固化，成型模內(nèi)設(shè)有三個(gè)溫度區(qū)，依次為140°C、160°C、18(rC，然后在模具出口冷卻后成型，隨后將產(chǎn)品進(jìn)行絞線得出成品O
[0052]本比較例所用的環(huán)氧樹脂的型號(hào)為E44型。
[0053]對(duì)本比較例制備的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒通過X射線無損檢測(cè)裝置觀測(cè)內(nèi)部芯棒成像效果，結(jié)果見圖4。
[0054]由圖1至圖4可以看出:加入顯影劑改性后制備的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒(圖1至圖3)與普通的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒(圖4)相比，X射線無損檢測(cè)顯影效果明顯改善。
【權(quán)利要求】
1.一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，其特征在于，該芯棒包括混合有顯影劑的熱固性樹脂基體，在所述熱固性樹脂基體內(nèi)分布有增強(qiáng)碳纖維束； 其中，所述顯影劑為納米級(jí)重金屬或重金屬化合物粉末；顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的3-20%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，其特征在于，所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、呋喃樹脂、聚丁二烯樹脂或有機(jī)硅樹脂中的一種或任意兩種或兩種以上的混合體。
3.如權(quán)利要求1所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，其特征在于，所述納米級(jí)重金屬為銅、鋇或鉛；所述重金屬化合物為氧化銅、氧化鋇或氧化鉛。
4.如權(quán)利要求1所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，其特征在于，所述納米級(jí)重金屬或重金屬化合物的粒徑為10-200nm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒，其特征在于，所述顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的5_15%。
6.權(quán)利要求1所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)向熱固性樹脂中加入顯影劑，顯影劑的加入量為熱固性樹脂質(zhì)量百分含量的3-20%，混合均勻； (2)將碳纖維束送入混合有顯影劑的熱固性樹脂中實(shí)現(xiàn)浸潰，充分浸潰混合后，再經(jīng)過預(yù)成型模、成型模，升溫定型，溫度范圍為140-180°C，隨后在模具出口冷卻后制得成品。
7.如權(quán)利要求6所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法,其特征在于,所述步驟(I)中，熱固性樹脂和顯影劑的混合是在常溫下進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求6所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，將熱固性樹脂和顯影劑混合后，采用抽真空法排除氣泡。
9.如權(quán)利要求6所述的一種改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中,碳纖維束經(jīng)過成型模的速度為0.7-1.0m/min。
10.權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的改性碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒在導(dǎo)線X射線無損檢測(cè)中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】H01B13/00GK104200911SQ201410356294
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】朱波, 梁軒偉, 關(guān)勇 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 北京華電云通電力技術(shù)有限公司, 山東工大新材料研究院有限公司