专利名称：一种复合材料杆塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复合材料杆塔，尤其涉及一种绝缘复合材料杆塔，可以作为 电力线路、通讯设施，铁路电气化，轨道交通及公共事业及相关领域的绝缘支撑构件。
背景技术：
目前，各个领域使用的传统杆塔、如输配电线路的铁塔，通讯杆塔，铁路电气化杆 塔，都是采用钢筋混凝土或者钢铁制成，不仅重量重，而且这些杆塔都是导体，容易产生诸 如雷电、大风、污秽、冰雪、盐雾等恶劣天气引起的运行事故。通讯杆塔由于屏蔽作用还会 产生微波紊乱，影响通讯质量。铁路电气化传统杆塔的杂散电流还会造成对铁轨的腐蚀，等 等。所有的短缺都将通过复合材料杆塔的绝缘特性得到克服。目前也有一些技术，公开了采用复合材料制作电力杆塔或者类似产品，但是有的 技术公开不够充分，如中国专利“200710168533. 0”，名称为“ 10KV配电线路绝缘塔头”，公 开了一种10KV配电线路绝缘塔头，其特征在于采用憎水型高强度绝缘棒，用连接金具与 针式绝缘子进行组装，形成一个绝缘塔头整体；或采用憎水型高强度绝缘棒直接与连接金 具进行组装，形成一个绝缘塔头整体。对于憎水型高强度绝缘棒本身没有相应的介绍。也有的技术，在应用中存在抗紫外线能力差，如中国专利“00131910. 8”，名称为 “一种用复合材料制作的电力杆塔”的专利申请所公开的一种用复合材料制作的电力杆塔， 其特征是按照下述主要成份及重量比选取聚酯树脂或环氧树脂或酚醛树脂40-60份，玻 璃纤维或碳纤维40-60份，瓷粉或石英粉或轻质碳酚钙9-11份，颜料5-7份，阻燃剂6-10 份，防老化剂3-5份，固化剂3-5份。不仅没有抗紫外线功能，而且碳纤维是导体不具有绝 缘功能，故而其公开的电力杆塔不具备绝缘效果，并且碳纤维成本非常高，实际应用中不具 备普遍推广的价值。此外，如中国专利“200620072440. 9”，名称为“新型复合电杆”所公开的，是一种玻
璃纤维与聚氨酯复合的新型电杆，包括中空杆体，杆体是浸渍聚氨酯的玻璃纤维股绕轴的 缠绕体，所述浸渍聚氨酯的玻璃纤维股由内到外依次是内层玻璃纤维层、中层芳香族聚氨 酯层、外层脂肪族聚氨酯层构成，聚氨酯固化后三层结为一整体。
实用新型内容本实用新型的目的是揭示一种复合材料杆塔，本身强度高，绝缘性能好，并且通过 高强度本体和具备强抗紫外线能力的耐候性树脂的复合保护及具有超耐候、防水、阻燃、低 表面能特性的氟和氟聚合物的涂敷，使复合材料杆塔具有绝缘、高强度、抗紫外线、耐天候、 憎水、阻燃、不粘自洁等一系列优异特性，尤其适合户外长久使用。本实用新型的技术方案是，一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层 和第二外层，以及置于本体内的泡沫填充物，所述的本体为浸渍树脂的绝缘纤维，所述的第 一外层为浸渍耐候性树脂的绝缘纤维，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第 一外层、第二外层和本体内的泡沫填充物构成复合材料杆塔。[0008]在本实用新型一个较佳实施例中，所述的本体为浸渍环氧树脂的玻璃纤维。在本实用新型一个较佳实施例中，所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂。在本实用新型一个较佳实施例中，所述的泡沫填充物为绝缘的闭孔泡沫塑料。在本实用新型一个较佳实施例中，所述的绝缘纤维为玻璃纤维。在本实用新型一个较佳实施例中，所述的绝缘纤维为E类玻璃纤维。在本实用新型一个较佳实施例中，所述的辅助材料包括固化剂、促进剂、颜料和填 料。本实用新型揭示的复合材料杆塔，由于采用了氟或氟的聚合物以及耐候性树脂作 为原料的一部分，所以抗紫外线能力得到极大的提高，并且憎水，在户外长时间使用的环境 下，不易老化，内部填充轻质的绝缘材料，使得复合材料杆塔重量轻，此外，提高了复合材料 杆塔整体绝缘水平。
附图1为本实用新型较佳实施例中复合材料杆塔的示意图；附图2为本实用新型较佳实施例中复合材料杆塔制造方法的流程示意图。本体1，第一外层2，第二外层3，填充层4。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点 和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确 的界定。本实用新型揭示的一种复合材料杆塔，可以应用在路灯杆、红绿灯杆、电子监控 杆、输配电电力系统的塔头、杆塔、整塔及横担等各个产品上，本实施例中以杆塔为示例来 说明，但本实用新型并不是以此为限，本实用新型的保护范围以权利要求的保护范围为准。如图1所示，本实施例中的复合材料杆塔截面呈圆形，但是本实用新型并不限于 此，可以是椭圆形、方形、多边形或者相关形状。在复合材料杆塔中包括本体1，第一外层2， 第二外层3和填充层4。其中的本体1由树脂和绝缘纤维的复合材料组成，本实施例中，树 脂优选为环氧树脂，但也可以为其他如酚醛树脂、聚氨酯树脂等。绝缘纤维优选为玻璃纤 维，尤其是玻璃纤维中的E类纤维，但也可以是玄武岩纤维。在本实施例中，第一外层2由耐候性树脂和绝缘纤维的复合材料组成，其中耐候 性树脂优选脂环族环氧树脂，但也可以是氟改性环氧树脂或酚醛改性环氧树脂，同样可以 起到抗紫外线的作用。本实施例中的绝缘纤维还是优选E类玻璃纤维，但同样可以采用其 他如玄武岩纤维。由于脂环族环氧树脂具有以下优异性能，所以此处的耐候性树脂优选脂环族环氧 树脂。脂环族环氧树脂的分子结构中不含苯环，具有良好的耐侯性能和抗紫外辐射。因为脂环族环氧树脂分子结构中的环氧基不是来自环氧丙烷，环氧基直接连接在 脂环上，所以，脂环族环氧树脂的热稳定性良好由于脂环族环氧树脂的环氧基直接连接在 脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度增大，因而热变形温度比较高，马丁
4耐热可以达到190°C以上，热分解温度大于360°C。固化收缩率小，拉伸强度高。由于脂环族环氧树脂合成的过程中不含氯、钠等离子，因此脂环族环氧树脂都具 有良好的介电性能，无论是从比电阻还是从介电损耗角正切值看，均较双酚A型环氧树脂 为优。脂环族环氧树脂的粘度都比较小，因此，在浇注和压制制件时作业较方便，这一 点，尤其是对大部件的制件加工时，更显得重要。脂环族环氧树脂对有机酸和酸酐的反应活性比对胺类的反应活性大。因此，在酸 性固化剂中便能充分固化。这样一来就避免了使用毒性大、挥发性大的胺类固化则，对操作 人员比较安全。在本实用新型实施例中，由包含脂环族环氧树脂制造的有机绝缘体来代替户外装 置中的陶瓷制品、水泥及钢铁制品。与陶瓷相比，它具有重量轻、体积小，抗冲击性好等优 点，而且可以较经济地制成大小、形状各异的产品。这类产品可以同时满足热冲击电阻良 好、热变形温度高、临界电气特性优良的要求。复合材料杆塔的第二外层3采用氟或氟的聚合物，因为氟或氟的聚合物具有优良 的电绝缘性、超高耐候性、抗紫外线辐照、高化学稳定性、抗湿防水性、低表面能和低摩擦系 数、不粘性和抗沾污性。填充层4是采用绝缘泡沫材料进行填充，本实用新型实施例中，优选采用闭孔的 绝缘泡沫塑料进行填充，也可以采用油或者SF6气体进行填充，但是后两者对于密封的要 求相对更为严格，而绝缘泡沫塑料本身质量比较轻，成本也在可接受范围。请参见附图2，此处示意了复合材料杆塔的制造工艺，分别有以下几个步骤组成。缠绕浸渍树脂的绝缘纤维S1，首先把树脂置于树脂槽，将绝缘纤维经过分纱器后 通过树脂槽，绝缘纤维经过树脂槽中树脂的浸渍后，再通过缠绕设备上的集纱器进行卷绕， 所述的缠绕设备设置有芯棒，由缠绕设备的芯棒将上述浸渍树脂的绝缘纤维进行卷绕工 作，待缠绕到一定程度后，就形成了复合材料杆塔的本体1。此处的缠绕有厚度和长度的要 求，也即复合材料杆塔的长度以及本体的厚度，根据不同的应用场合，厚度及长度要求各不 相同。由于树脂是以液体形态添加入绝缘纤维中，因此树脂会渗透入绝缘纤维内。此处的 树脂优选环氧树脂，但也可以是其他如酚醛树脂等，此处的绝缘纤维优选为E类玻璃纤维， 但也可以是玄武岩纤维等。此处的芯棒可以采用不同形状，从而制造出来的最终的复合材 料杆塔的形状也可以各种各样。缠绕浸渍耐候性树脂的绝缘纤维S2，形成复合材料杆塔的本体1以后，继续以此 绝缘纤维和形成的本体1为基础，在缠绕设备的芯棒上进行卷绕。此处树脂槽内放置的是 耐候性树脂，因此此处卷绕的是浸渍过耐候性树脂的绝缘纤维。此处的耐候性树脂优选为 脂环族环氧树脂，耐候性树脂分为热固性和热塑性两种，此处并不限制，也可以是氟环氧树 脂或酚醛环氧树脂。耐候性树脂同样会渗透入绝缘纤维里面，形成第一外层2。加温固化S3，对经过上述步骤后制成的构件进行加温固化，经过固化后，得到的构 件是一体的，为了充分固化，再进行二次加热固化。二次固化(或者后固化)时间与固化温 度条件有关，本实施例中，在固化温度为45°C 50°C条件下，固化时间在3小时左右；在固 化温度为60°C 80°C条件下，固化时间在2小时左右；在固化温度为100°C 120°C条件 下，固化时间为2小时左右；在固化温度为140°C 160°C条件下，固化时间为2小时左右。
5然后自然降温至常温，完成固化程序。但是也可以根据当时天气状况，如空气湿度、温度、 产品厚度等条件调节温升程序。然后，抽出芯棒，形成中间品。打磨抛光并涂氟或氟的化合物S4,经过固化后，形成了中间品，然后，在中间品的 第一外层2外面进行打磨抛光，在经过抛光后的表面涂上氟或氟的聚合物，形成第二外层 3。根据产品应用当地的天候、气温、污秽等级及太阳光照的强弱确定涂层厚度，涂层可以 底涂、面涂，底涂也可以采用和基体树脂附着力好的耐候性涂料，以降低氟和氟聚合物的用 量，降低成本。但面涂必须是氟和氟的聚合物。面涂可以一遍二遍，也可以多遍。填充绝缘材料S5，在本体内部再填充绝缘材料，比如闭孔的绝缘泡沫塑料或者油 等绝缘材料，形成填充层4，制成复合材料杆塔，然后进行检测和试验，看制成的复合材料杆 塔是否合格，尤其在绝缘性能等方面。如果是填充了油或者SF6等，则还需要将复合材料杆 塔两端的端口进行密封，以防止SF6或者油的泄漏。此处的填充绝缘材料S5的步骤，可以 设置在打磨抛光并涂氟或氟的化合物S4之后，也可以设置在此步骤之前，先进行填充绝缘 材料S5。在绝缘纤维浸渍树脂或者耐候性树脂的过程中，需要添加辅助材料，辅助材料包 括适量的固化剂、促进剂、填料和颜料，也可以适当添加阻燃剂等材料，视实际的需求和应 用而定。此处制成的复合材料杆塔截面是圆形或接近于圆形的，但是同样可以采用上述方 法，制成截面为椭圆形或方形的复合材料杆塔，只不过缠绕时采用的芯棒形状不同而已。此 外，缠绕设备上的芯棒也可以采用异形的，比如芯棒上下不通粗细等，从而制造成其他所需 要的复合材料杆塔。此外，还可以采用干法缠绕制作复合材料杆塔，下面简单的进行介绍，将绝缘纤维 浸渍树脂，然后进行烘干，形成半固态的绝缘纤维与树脂的复合材料，经过加热后软化，再 缠绕在芯棒上，形成复合材料杆塔的本体1 ；将绝缘纤维浸渍耐候性树脂，然后进行烘干， 形成半固态的绝缘纤维与耐候性树脂的复合材料，经过加热软化后，再缠绕在芯棒上，形成 复合材料杆塔的第一外层2，然后经过加温固化，在第一外层进行打磨抛光处理，涂覆氟或 氟的聚合物，形成第二外层3，在本体内填充泡沫填充物，形成填充层4。本实用新型实施例制成的复合材料杆塔，其长度可以按照设计需要进行制作，或 者可以制作不同直径或者尺寸的复合材料杆塔，然后将相配套的复合材料杆塔再次进行组 装，比如套装或者法兰固定连接，从而制成比较高的杆塔或者下面粗、上面细的杆塔等。本实用新型揭示的复合材料杆塔，由于采用了氟或氟的聚合物以及耐候性树脂作 为杆塔组成的一部分，所以抗紫外线能力得到极大的提高，并且憎水，不粘自清洁的能力 强。在户外长时间使用的环境下，不易老化，内部填充轻质的绝缘材料，使得复合材料杆塔 重量轻，此外，提高了复合材料杆塔整体绝缘水平。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳 动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范 围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
权利要求一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层和第二外层，以及置于本体内的泡沫填充物；其特征在于，所述的本体为浸渍树脂的绝缘纤维，所述的第一外层为浸渍耐候性树脂的绝缘纤维，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第一外层、第二外层和本体内的泡沫填充物构成复合材料杆塔。
2.根据权利要求1所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的本体浸渍环氧树脂的玻 璃纤维。
3.根据权利要求2所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的耐候性树脂为脂环族环 氧树脂。
4.根据权利要求3所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的泡沫填充物是闭孔的塑 料泡沫。
5.根据权利要求1所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的绝缘纤维为玻璃纤维。
6.根据权利要求6所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的绝缘纤维为E类玻璃纤维。
专利摘要一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层和第二外层，以及置于本体内的泡沫填充物，所述的本体为浸渍树脂的绝缘纤维，所述的第一外层为浸渍耐候性树脂的绝缘纤维，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第一外层、第二外层和本体内的泡沫填充物构成复合材料杆塔；本实用新型提供的复合材料杆塔，由于采用的脂环族环氧树脂和氟或氟的聚合物都具有优异的抗紫外线、防水防潮、不粘自清洁及电气绝缘特性，所以制成的复合材料杆塔非常适合户外各种恶劣气象条件下的长期运行。
文档编号E04H12/34GK201598869SQ20092027962
公开日2010年10月6日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者谢佐鹏 申请人:常熟风范电力设备股份有限公司