专利名称：热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法
热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法
技术领域
本发明属于高压输电导线的生产和应用领域，特别涉及热塑性树脂基体复合材 料导线芯棒及其制备模具和方法。
背景技术：
国内外高压输电中的关键技术之一是导线，导线性能的好坏直接影响输电特 性。导线在使用过程中，要承受复杂工况的影响风力疲劳载荷、电场感应、磁场涡 流、高温、高寒、雨雪冰雹等，而且受到大气中各种介质的腐蚀，因而要求导线要具有 高的导电特性、高的拉伸强度、高的抗疲劳性能、高的耐复杂环境影响和耐腐蚀性能。 目前国内外用的导线几乎全部为钢芯铝绞线或钢芯铜绞线，该类导线虽然能够满足导电 要求，但线损高，弧垂大，电磁噪音大，不利于加大塔距和高温输电。
国外近几年出现了以复合材料为芯的输电导线，其特征是以碳纤维增强热固性 环氧树脂基复合材料芯棒代替钢芯，该新型导线具有受热不膨胀，重量轻等优点，获得 了国际输变电系统的青睐和认可。但环氧树脂长期户外使用，抗老化性能下降较大，输 电耐温不能超过120°C，特别是在碳纤维复合芯导线收到损伤后，由于树脂基体是热固性 体系，回收再利用难度很大，对环境造成污染，同时增加了资源消耗，因而一定上限制 了在高压线路上的应用。发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供研制一种热塑性树脂基体复合材料导线 芯棒及其制备模具和方法，为目前碳纤维复合材料导线的生产应用开拓新的领域。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒，它包括热塑性树脂基体，在热塑性树脂基 体内均勻分布增强纤维束。
所述热塑性树脂基体为热塑性树脂，为聚苯硫醚、聚醚醚酮、双马树脂、尼 龙、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的一种或任意两种或两种以上具有热塑特性高分子材 料的混合体。
所述增强纤维束为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种 的混合体。
一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具，它为一种密闭组合结构， 主要由预成型模、熔融树脂模、结构定型模和冷却水套组成，预成型模与熔融树脂模密 闭连接，在熔融树脂模上配备树脂进料口，熔融树脂与增强纤维束在熔融树脂模的熔融 树脂腔内实现浸渍；熔融树脂模与结构定型模密闭连接，结构定型模与冷却水套连接。
一种采用热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具的芯棒制备方法，它采用模具内熔融拉挤成型工艺生产，拉挤工艺和热塑性树脂熔融工艺一次完成，其步骤 为1)将增强纤维束送入预成型模，温度在20-10(TC，获得复合材料芯棒基本形状；2)将增强纤维束送入熔融树脂模内，并加压0.5-5MPa注入熔融树脂实现浸渍，温 度在 100-500 0C ；3)充分浸渍混合后，再经过结构定型模获得最终结构尺寸，并进行降温，温度范围 40-100°C,随后在模具出口冷却后制得成品。
本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的截面为圆形，长度连续，芯棒基体 为热塑性树脂，增强材料为碳纤维为主的耐高温高强度纤维，采用模内熔融拉挤成型工 艺生产。
本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的基体材料可以是粒状，也可以是 纤维状。热塑性树脂可以是聚苯硫醚(PPS),聚醚醚酮(PEEK)，双马树脂，尼龙， 超高分子量聚乙烯、聚丙烯等单一材料，或者是两种或两种以上热塑性树脂体系的混 合；复合材料芯棒的增强材料为连续长纤维，可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、 芳纶纤维或以上几种纤维的混合体。
本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的成型特征为模内熔融成型，当热塑 性树脂原料是固体颗粒状时，则将颗粒料熔化后利用加压装置注入模腔内，保持模腔内 高压，高压树脂在模腔内与增强纤维充分浸渍后，连同纤维一起通过定型模后冷却，获 得所需结构；如果原料是纤维状，则将热塑性树脂纤维与增强纤维同时进入热模腔，在 模腔内熔融后浸渍增强纤维，然后再经过定型模具冷却后获得所需结构。
本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒制备时所用模具结构特征为密闭组合 式。整套模具由三部分组成，第一部分为预成型腔，第二部分为熔融加压腔，第三部分 为带有冷却水套的结构成型腔。在预成型腔获得复合材料芯棒基本形状，在熔融加压腔 实现树脂对纤维的浸胶，在结构成型腔冷却后获得复合材料芯棒结构尺寸。第二部分为 熔融加压腔中间具有加料口，可封闭也可由外部加压注入熔融树脂。
本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒制备时，其模具加热温度控制特征 为，第一部分为纤维准备预成型部分，温度20-10(TC，第二部分熔融加压仓温度与所用 树脂体系熔化温度有关，温度范围为100-500°C，第三部分结构成型腔温度控制范围为降 温区，温度范围40-100°C。
本发明的制备碳纤维复合材料芯杆，其成型特征为拉挤工艺和热塑性树脂熔融 工艺一次完成，利用本工艺制备的芯杆具有整体结构密实，综合性能稳定等特点。
本发明的有益效果是本发明成型后，其拉伸强度超过ISOOMpa，拉伸模量大 于120Gpa，使用温度超过150°C，耐腐蚀性能优良。采用本发明工艺生产碳纤维复合材 料连续芯杆，效率高，质量稳定，特别适合大规模生产。
图1为热塑性树脂基体碳纤维复合材料导线芯剖面图； 图2为所用模具结构图。
其中，1预成型模，2熔融树脂模，3树脂进料口，4熔融树脂腔，5结构定型模，6冷却水套，7热塑性树脂基体，8增强纤维。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
本发明热塑性树脂基体碳纤维复合材料导线芯棒剖面图如附图1所示,它包括热 塑性树脂基体7，在热塑性树脂基体7内均勻分布增强纤维束8。
所述热塑性树脂基体7为热塑性树脂，为聚苯硫醚、聚醚醚酮、双马树脂、尼 龙、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的一种或任意两种或两种以上的混合体。
所述增强纤维束8为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几 种的混合体。
热塑性树脂基体碳纤维复合材料导线芯棒的界面特征为热塑性基体上均勻分布 着增强纤维束。
本发明的所用模具结构如附图2所示，主要由预成型模1，熔融树脂模2，结构 定型模5，冷却水套6组成。熔融树脂模2上配备树脂进料口 3，熔融树脂与增强纤维在 熔融树脂模2的熔融树脂腔4内实现浸渍。
增强纤维经过预成型模1进入熔融树脂模腔2，在此腔体内与树脂充分浸渍混合 后，再经过结构定型模5获得最终结构尺寸，在模具出口冷却后制得成品。
实施例1 以碳纤维为增强材料，聚苯硫醚(PPS)树脂为基体，生产本发明芯棒的具体实施 例如下100束12K碳纤维通过直径为IOmm的预成型模进入熔融树脂模腔，在其中与外部通 过熔融泵加压打入腔体的熔融聚苯硫醚树脂充分混合后，再通过直径为IOmm的结构成 型模具腔体，在牵引机的牵引拉动下，在出口水冷固化，获得直径IOmm的最终产品。
实施例2 以碳纤维为增强材料，聚苯硫醚(PPS)纤维为基体，生产本发明芯棒的具体实施 例如下100束12K碳纤维和30束聚苯硫醚(PPS)纤维通过直径为12mm的预成型模进入熔 融树脂模腔，在此腔体内，使熔融聚苯硫醚纤维熔化，充分浸渍后，再通过直径为IOmm 的结构成型模具腔体，在牵引机的牵引拉动下，在出口水冷固化，获得直径IOmm的最 终产品。
实施例3 以碳纤维和玻璃纤维为增强材料，聚苯硫醚(PPS)和尼龙(PA)树脂为基体，生 产本发明芯棒的具体实施例如下40束12K碳纤维和20束玻璃碳纤维通过直径为8mm的预成型模进入熔融树脂模腔， 在其中与通过熔融泵加压打入的腔体的充分熔融的聚苯硫醚和尼龙树脂充分混合后，再 通过直径为8mm的结构成型模具腔体，在牵引机的牵引拉动下，在出口水冷固化，获得 直径8mm的最终产品。
实施例4 以碳纤维和玻璃纤维为增强材料，超高分子量聚乙烯(PE)纤维为基体，生产本发明芯棒的具体实施例如下30束12K碳纤维和10束玻璃碳纤维和30束超高分子量聚乙烯(PE)纤维通过直径 为6mm的预成型模进入熔融树脂模腔，在此腔体内，使超高分子量聚乙烯(PE)纤维熔 化，充分浸渍后，再通过直径为5mm的结构成型模具腔体，在牵引机的牵引拉动下，在 出口水冷固化，获得直径5mm的最终产品。
权利要求
1.一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒，其特征是，它包括热塑性树脂基体，在 热塑性树脂基体内均勻分布增强纤维束。
2.如权利要求1所述的热塑性树脂基体复合材料导线芯棒，其特征是，所述热塑性树 脂基体为热塑性树脂，为聚苯硫醚、聚醚醚酮、双马树脂、尼龙、超高分子量聚乙烯、 聚丙烯中的一种或任意两种或两种以上的混合体。
3.如权利要求1所述的热塑性树脂基体复合材料导线芯棒，其特征是，所述增强纤维 束为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的混合体。
4.一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具，其特征是，它为一种密闭组 合结构，主要由预成型模、熔融树脂模、结构定型模和冷却水套组成，预成型模与熔融 树脂模密闭连接，在熔融树脂模上配备树脂进料口，熔融树脂与增强纤维束在熔融树脂 模的熔融树脂腔内实现浸渍；熔融树脂模与结构定型模密闭连接，结构定型模与冷却水 套连接。
5.—种采用权利要求4所述热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具的芯棒制备 方法，其特征是，它采用模具内熔融拉挤成型工艺生产，拉挤工艺和热塑性树脂熔融工 艺一次完成，其步骤为1)将增强纤维束送入预成型模，温度在20-10(TC，获得复合材料芯棒基本形状；2)将增强纤维束送入熔融树脂模内，并加压0.5-5MPa注入熔融树脂实现浸渍，温 度在 100-500 0C ；3)充分浸渍混合后，再经过结构定型模获得最终结构尺寸，并进行降温，温度范围 40-100°C,随后在模具出口冷却后制得成品。
全文摘要
本发明涉及一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法。它包括热塑性树脂基体，在热塑性树脂基体内均匀分布增强纤维束。采用膜腔内熔融拉挤工艺制备复合材料芯棒。利用此工艺制备的连续芯棒结构致密，柔韧性好，生产效率高，质量稳定，特别适合用作碳纤维复合芯导线的加强芯。
文档编号H01B7/18GK102024518SQ201010526208
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者朱波, 王成国, 蔡华甦, 蔡珣 申请人:山东大学