纤维复合型绞合电缆的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种纤维复合型绞合电缆，该纤维复合型绞合电缆具备：复合股线，其是将碳纤维束浸渍在热固化性树脂，并且绞合多根用纤维所述碳纤维束的外周的股线而形成的；和热固化性树脂，其浸渍在该复合股线中，并通过热处理固化，在与所述碳纤维的纤维方向垂直相交的剖面中的所述碳纤维的比例为60-75%，通过降低所含树脂的比例并增加碳纤维的比例，能够提局强度。
【专利说明】纤维复合型绞合电缆
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种纤维复合型绞合电缆。
【背景技术】
[0002]在高强度低伸长率的纤维中，碳纤维也具有重量轻、高耐腐蚀性、非磁性、高热传导率及极低热膨胀系数、高拉伸强度、及高拉伸弹性等特性，已知的有:利用这些特性将碳纤维和作为基础树脂的热固化性树脂复合化而形成的纤维复合型绞合电缆(CFRP电缆)。
[0003]一般而言，该纤维复合型绞合电缆通过如下方式制成:将浸溃了热固化性树脂的碳纤维束绞合成股线，并绞合多根该股线，之后通过热处理使所述热固化性树脂固化。
[0004]在此，提出了如下纤维复合型绞合电缆:在浸溃了热固化性树脂的股线的外周，以与股线轴向近乎呈直角的角度致密地缠绕纤维丝，之后绞合多根股线，之后通过热处理使热固化性树脂固化(例如，日本国特许公开公报特开平2-127583号)。
[0005]这种纤维复合型绞合电缆，使用在高压电线的抗张力补强材料或桥桁等混凝土结构物的抗张力补强材料等。另外，纤维复合型绞合电缆的剖面中的碳纤维所占的比例(下面，称为“Vf值”)越高，纤维复合型绞合电缆的强度越大。
实用新型内容
[0006]实用新型要解决的课题
[0007]在上述纤维复合型绞合电缆中存在如下问题。即，在浸溃树脂的工艺中，空气混入至碳纤维束的内部使得无法达到规定强度，或热固化后的空气的“孔”有时会成为引起使用中的疲劳破坏的起点。另外，这必定使不必要的树脂残留而导致Vf值无法上升。另外，树脂的附着在圆周方向产生偏差，由此使长尺寸方向的Vf值不稳定。而且，会使没有参与复合化的多余的树脂附着，由此降低Vf值，并导致强度(每单位剖面积的抗张力)降低。若将低强度的纤维复合型绞合电缆使用在高压电线，则在相同直径的CFRP电缆中铁塔的跨度变短，增加铁塔的材料费及工事费等，导致成本增加。
[0008]此外，最初，纤维复合型绞合电缆的Vf值为20%左右，但经过各种改良近年来已达到60%左右。但是，热为仍有多余的树脂占有相当的比例。
[0009]在此，本实用新型的目的在于，提供一种通过减小所含的树脂的比例并增加碳纤维的比例，能够提高强度的纤维复合型绞合电缆及其制造方法。
[0010]解决课题的方法
[0011]本实用新型的纤维复合型绞合电缆，其特征在于，具备复合股线，其是将碳纤维束浸溃在热固化性树脂，并且绞合多根用纤维包覆所述碳纤维束的外周的股线，而且通过热处理使所述热固化性树脂固化而形成的，其中，在与所述碳纤维的纤维方向垂直相交的剖面中的所述碳纤维的比例占60-75 %。
[0012]本实用新型的纤维复合型绞合电缆的制造方法，其特征在于，将碳纤维束浸溃在热固化性树脂中，用纤维包覆所述碳纤维束的外周而作为股线，绞合多根所述股线而形成复合股线，将所述复合股线浸溃在热固化性树脂，在去除所述复合股线的表面的所述热固化性树脂后，通过热处理固化使所述热固化性树脂固化。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1A是示出作为本实用新型的第一实施方案的纤维复合绞合电缆的、主要构成部分的复合股线的图。
[0014]图1B是示出所述复合股线的剖面图。
[0015]图2是示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，将碳纤维的复丝浸溃于热固化树脂的浸溃工艺的说明图。
[0016]图3是示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，制作被包覆的复合股线的工艺的说明图。
[0017]图4是示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，将被包覆的复合股线绞合而制作半固化或未固化状态的复合绞合电缆的说明图。
[0018]图5是示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，对浸溃了热固化树脂的纤维复合绞合电缆进行热处理的工艺的说明图。
[0019]图6是示出用于从所述纤维复合绞合电缆去除多余树脂的树脂去除装置的其他例子的说明图
[0020]图7A是示出从所述纤维复合绞合电缆去除多余树脂的装置的其他例子的说明图。
[0021]图7B是示出从所述纤维复合绞合电缆去除多余树脂的装置的说明图。
[0022]图8是示出本实用新型的第二实施方案的纤维复合绞合电缆的图。
[0023]图9A是将本实用新型的纤维复合绞合电缆使用在高压电线的补强材料的例子的、电线的架线状态图。
[0024]图9B是切割所述电线一部分的图。
[0025]图9C是所述电线的剖面图。
[0026]图1OA是示出将本实用新型的纤维复合绞合电缆使用在混凝土制桥桁的抗张力补强材料的例子的桥底的图。
[0027]图1OB是示出在所述纤维复合绞合电缆中施加张力的状态的桥桁底面图。
【具体实施方式】
[0028]【用于实施实用新型的最佳方案】
[0029]下面，根据附图对本实用新型的实施方案进行说明。
[0030]图1A是示出作为本实用新型的第一实施方案的纤维复合绞合电缆I的、主要构成部分的复合股线20的图。图1B是示出相同复合股线20的剖面图。
[0031]复合股线20为由七根相同直径的股线21、22构成的1X7结构，并以12mm的直径形成。在股线21、22中，存在将位于中心的股线21称为芯股线，将配置在其周围的股线22称为侧股线的情况。并且，以包围一根芯股线21的方式配置相同粗细的六根侧股线22，而一并绞合。芯股线21及侧股线22，具有在PAN系碳纤维束捆住或绞合多根浸溃了热固化性树脂的结构。
[0032]芯股线21和侧股线22，具有分别在PAN系碳纤维2的束捆住或绞合多根浸溃了热固化性树脂3的半固化片2’的结构，且以与股线轴向近乎呈直角的角度致密地缠绕纤维丝4而包覆各股线21，22的外周。此外，“丝”具有包括带(tape)的概念。
[0033]对具有这种结构的、例如直径为15.2mm的纤维复合绞合电缆I的制造工艺进行说明。图2是示出在纤维复合绞合电缆I的制造工艺中，将碳纤维的复丝浸溃在热固化性树脂而制作半固化片的工艺的说明图。图3是示出在纤维复合绞合电缆I的制造工艺中，制作被包覆的股线20的工艺的说明图。图4示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，将被包覆的复合股线绞合而制作半固化或未固化状态的复合绞合电缆的工艺的说明图。图5是示出在所述纤维复合绞合电缆的制造工艺中，进行复合绞合电缆的热处理工艺的说明图。
[0034]半固化片处于为得到股线的之前阶段。如图2所示，在卷筒31卷绕平行地聚集了例如直径为7μπι的碳纤维12000根而成的复丝30。此外，在图2中，33表示卷取侧的卷筒，38表示容纳有热固化树脂H的树脂槽。对热固化性树脂H而言，玻璃化转变点(Tg)在100°C左右，从而在例如要求是Tg = 150-200°C的变性环氧树脂且具有在130°C左右的耐热性的情况下使用。而且，在要求240°C这种高耐热性时，可以使用耐热环氧树脂。
[0035]在卷筒31和卷筒33之间配置有导辊32a、32b、32c、32d，这些导辊从卷筒31向卷筒33连续引导复丝30。尤其是，导辊32a、32c配置在树脂槽38中，该导辊32a、32c的下半部分浸溃在热固化树脂H。导辊32a、32c和导辊32b、32d在铅垂方向上间隔1.5m。而且，在导辊32a和导辊32b之间的、在导辊32b和导辊32c之间的、在导辊32c和导辊32d之间的、以及在导辊32d和卷筒33之间的复丝30分别以形成铅垂方向的方式设定。
[0036]在紧挨着导辊32c的前面配置有以圆锥状形成且内部形成有孔(例如，内径为
5.8mm)的锥形冲模34。在锥形冲模34的外表面设置有槽等，该槽等将热固化性树脂H从锥形冲模34的表面向下方引导。在导辊32d和卷筒33之间，配置有以圆锥状形成且内部形成有孔(例如，内径为5.8mm)的锥形冲模35、和以圆筒状形成的冲模36 (例如，内径为
5.1mm)。
[0037]在树脂槽38设置有超声波振动器38a。如以下所述，该超声波振动器38a具有在复丝30通过树脂槽38时提高浸溃效率的效果。
[0038]通过以该方式构成的装置，以如下方式将复丝30浸溃在热固化性树脂H。S卩，将复丝30从卷筒31导出，经由导辊32a-32d而导入至树脂槽38，并通过树脂槽38所容纳的热固化性树脂H液体，由此使复丝30浸溃在热固化性树脂H并用卷筒33卷取。
[0039]通过导辊32a而浸溃了热固化性树脂H的复丝30，以铅垂方向上升，从而使多余的热固化性树脂H因自身重量而掉落。此时，由于是铅垂方向，与使周向的热固化性树脂H的残余膜厚向倾斜方向移动的情况相比变得均匀。而且，在经过锥形冲模34时，挤出多余的空气和热固化性树脂H而去除。此时，空气向上方排出，所去除的热固化性树脂H从锥形冲模34的表面流下来，因此能够防止再次附着在复丝30。
[0040]通过导辊32c使抽出多余空气的状态的复丝30穿过树脂槽38的内部。浸溃了热固化性树脂H的复丝30以铅垂方向上升，从而使多余的热固化性树脂H因自身重量而掉落。并且，在通过锥形冲模35时，挤出多余的空气和热固化性树脂H而去除。进而，在通过内径小的冲模36之后，将剖面调整为圆形形状，并作为半固化片30A卷取在卷筒33。
[0041]例如，以5.1mm的直径成形的半固化片30A最终被绞合，从而成为例如直径为15.2mm的纤维复合绞合电缆I。
[0042]之后，使用绞合装置(未图示)，将在上述工艺中制作的半固化片30A捆住多根例如十五根，并例如以90mm的大绞合节距进行绞合而得到复合单股线381。该工艺是如下工艺:将卷取了半固化片30A的卷筒39排列在例如十五个支架，导出十五根半固化片并捆住而作为复合单股线381。
[0043]图3是示出在纤维复合绞合电缆I的制造工艺中，制作被包覆的股线50的工艺的说明图。图3中的Q是被包覆装置。将卷绕了在上述工艺中制作的复合单股线381的卷筒40，安装在被包覆装置Q的支轴401。
[0044]该包覆装置Q在复合单股线移动路径的周围具备卷绕机45，该卷绕机45卷绕有纤维丝4。作为纤维丝优选为聚酯纤维等通用纤维的复丝纱(yarn)，可以举出八根、1000旦(denier)的一例。
[0045]并且，经由导辊42用股线卷筒49卷取复合单股线381，并且在复合单股线381移动时在其周围旋转所述卷绕机45，在复合单股线381的外周以相对于轴向近乎呈直角的角度例如60-85度致密地卷绕纤维糸4而包覆外周。由此，制作被包覆了的复合股线50。
[0046]如上所述用纤维包覆股线的周围，一个是为了将复合单半固化片381集中起来，而防止绞合时所产生的变形或松散。另外，在用作混凝土补强材料等的情况下，具有提高附着特性的效果。进而，通过与浸溃树脂相同的树脂来将股线和外包纤维以形成一体的方式构成。
[0047]接着，在卷取复合股线50的七个股线卷筒安装在图4所示的绞合装置R。绞合装置R，配置作为芯部分的一个股线卷筒491，并且在其周围配置作为侧部分的六个股线卷筒492，在作为芯部分的一根复合股线50的周围旋转作为侧部分的六个股线卷筒492，从而绞合作为侧部分的六根复合股线50’，用主轴绞盘52拉引的同时穿过绞合配件51，由此使热固化性树脂作为半固化状态或未固化状态的复合绞合电缆60在卷筒59卷取。
[0048]接着，进行复合绞合电缆60的热处理。在热处理设备具备:预热用筒型加热装置70，其加热热固化性树脂H而使其软化；刷子71，其与复合绞合电缆60的外周面抵接；及最终热处理用筒型加热装置72。
[0049]在这种装置中，加热由卷筒59供应的复合绞合电缆60，并加热热固化性树脂H而使其软化。并且，用刷子71进一步去除已软化的多余的热固化性树脂H。而且，在例如130-2000C>70-100分钟的条件下穿过最终热处理用筒型加热装置72中，使半固化或未固化的热固化性树脂完全固化，并作为固化复合绞合电缆90卷取在卷筒69。
[0050]图1A是示出纤维复合绞合电缆I的图。在该纤维复合绞合电缆I中，碳纤维在与碳纤维的纤维方向垂直相交的剖面中的比例，在去除多余树脂的状态下为60-75%。此外，树脂的去除是通过如下工艺进行的。
[0051]图6是示出用于从纤维复合绞合电缆I去除多余树脂的树脂去除装置600的其他例子的说明图。
[0052]在树脂去除装置600中，使纤维复合绞合电缆I在将树脂鼓610用高压按压其表面的状态下穿过，从而通过与树脂滚筒之间的摩擦来去除树脂。
[0053]图7A及图7B是示出用于从纤维复合绞合电缆I去除多余树脂的树脂去除装置700的其他例子的说明图。
[0054]树脂去除装置700具有冲模710、和设置在该冲模710的开口部720。树脂去除装置700，使纤维复合绞合电缆I在将冲模710的开口部720的内周面用高压按压其表面的状态下穿过，从而通过与冲模710之间的摩擦来去除树脂。
[0055]图8是示出本实用新型的第二实施方案的纤维复合绞合电缆100的图。
[0056]如图8所示，η为十九根的IX 19结构、直径为18mm的纤维复合型绞合电缆100，其由十九根股线构成。即，在芯的周围绞合由六根，兵器在其外周绞合由十二根。
[0057]就制造过程而言，在芯股线111、第一层侧股线112及第二层侧股线113实施了纤维糸的包覆后，将这些浸溃并绞合而形成未固化纤维复合绞合电缆，并且对该未固化纤维复合绞合电缆实施热处理，由此使热固化性树脂固化而形成图7B中的半成品。
[0058]作为本实用新型的第三实施方案，η为三十七根的1X37结构、直径为28mm的本实用新型的纤维复合型绞合电缆，其由三十七根股线构成。
[0059]图9A是将本实用新型的纤维复合绞合电缆I使用在高压电线的补强材料的例子的、电线的架线状态图，图9B是切割所述电线一部分的图，图9C是电线的剖面图
[0060]如图9A所不,架设在铁塔A的闻压电线B具有如图9B、图9C所不的结构。S卩，闻压电线B是，作为芯材使用了实施例1的纤维复合型绞合电缆1，并且在其周围将铝线或耐热铝合金线900排列成两层而绞合的材料。
[0061]图1OA是示出将本实用新型的纤维复合绞合电缆I使用在混凝土制桥桁C的抗张力补强材料的例子的桥底的图，图1OB是示出在纤维复合绞合电缆I中施加张力的状态的桥桁底面图。
[0062]如图1OA及图1OB所不,为了补强桥祐1 C将第一实施例至第三实施例中任意一个的纤维复合型绞合电缆1、100、200架设在长尺寸方向两端的桥桁C，并经由图1OB的固定器具施加张拉力。
[0063]除此之外，本实用新型的纤维复合型绞合电缆也适用于吊桥用电缆、地锚、及混凝土补强材料等。
[0064]此外，本实用新型并不限于所述实施方案，在不脱离本实用新型主旨的范围内可以进行各种变形并实施是理所当然的。
[0065]【产业上的可利用性】
[0066]通过降低所含树脂的比例并增加碳纤维的比例，可以得到能够提高强度的纤维复合型绞合电缆及其制造方法。
【权利要求】
1.一种纤维复合型绞合电缆，其特征在于， 所述纤维复合型绞合电缆具备复合股线，其是将碳纤维束浸溃在热固化性树脂，并且绞合多根用纤维包覆所述碳纤维束的外周的股线，而且通过热处理使所述热固化性树脂固化而形成的，其中， 在与所述碳纤维的纤维方向垂直相交的剖面中的所述碳纤维的面积比例占60-75%。
【文档编号】H01B5/10GK204029406SQ201420234592
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】木村浩, 稷本刚, 古濑德明 申请人:东京制纲株式会社