一种FRP薄壁电杆的制作方法

本实用新型涉及电力输电杆、通讯天线杆、电缆杆塔技术领域，具体涉及一种FRP薄壁电杆。

背景技术：

传统的电杆或电缆杆塔一般采用木杆、水泥杆以及桁架式铁塔。木质电杆使用已经有二百多年，但由于局限于资源有限、高度不够以及材质不直等原因，无法满足军事和国民经济需要，后来代之以水泥杆，实际上是钢筋预应力混凝土杆件，其不足之处在于重量大，同时因为是一体性结构，需用大型汽车运输以及用起重机装卸和安装，因此只能沿着公路蜿蜒布置，不能直线跨越田野、河流、山区，铁塔由较重的钢铁组成，属于可拆卸结构，可以用人工搬运到现场并组装成所设计的桁架，因此铁塔线路可以直线翻山越岭、田野而不必沿着公路布置，还可以沿直线跨越江河，而不必借助公路桥梁，但是铁塔还需要从汽车卸货后由人力搬运到现场的二次搬运工艺，施工安全缺乏保障，另一方面，钢铁结构很容易锈蚀，使用寿命受到锈蚀的威胁，进而增加电力输电系统以及通讯系统的运行成本。

纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，简称FRP)，传统名称为玻璃纤维增强塑料，是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。单一的玻璃纤维，虽然强度很高，但纤维间是松散的，只能承受拉力，不能承受弯曲、剪切和压应力，还不易做成固定的几何形状，是松软体，如果用合成树脂把它们粘合在一起，可以做成各种具有固定形状的坚硬制品，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力，这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料，其强度相当于钢材，又含有玻璃组分，也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，象玻璃那样，因此又称“玻璃钢”，玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料，国外称玻璃纤维增强塑料。随着玻璃钢事业的发展，作为塑料基的增强材料，已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等，这些新型纤维制成的增强塑料，具有轻质高强、耐腐蚀、耐久性能好、施工便捷等性能特点。

本实用新型提出了一种FRP薄壁电杆，采用FRP材料通过缠绕成型工艺制成，一体结构且重量较轻，可以肩扛到现场，因此搬运线路可以走直线而不必沿公路迂回，施工工艺简单，不易锈蚀，使用寿命长，强度高，电杆设计成中空的薄壁结构，应力分布简单、内应力小，相比于厚壁结构(15mm以上)，能充分发挥FRP材料的优势，可以做成12米甚至15米高而不发生弯曲摇晃，满足电力输送的各种要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种FRP薄壁电杆，用以解决现有的电杆或电缆杆塔重量大、运输及安装不便、不耐腐蚀、内应力大、强度不高、使用寿命短、经济成本高的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：所述FRP薄壁电杆包括电杆主体，所述电杆主体整体呈自上而下逐渐加粗且内部中空的圆台形或正棱台形，所述电杆主体的壁厚自上而下逐渐增大，所述电杆主体由FRP材料多层缠绕而成，所述电杆主体的顶端封头设置。

优选的，所述电杆主体内部设置有至少一层加强肋。

优选的，所述加强肋呈十字形、米字形或雪花形。

优选的，所述电杆主体的底端设置有法兰盘，所述法兰盘上设置有多个螺栓安装孔。

优选的，所述法兰盘由电杆主体底部通过FRP材料一体缠绕成型或者所述法兰盘通过树脂胶液粘接在电杆主体底部。

优选的，所述法兰盘上设置有多组肋板，所述肋板与电杆主体通过树脂胶液粘接。

优选的，所述电杆主体整体呈正棱台形时，所述电杆主体的截面形状为正五边形、正六边形或正八边形。

优选的，所述电杆主体的壁厚为2-15mm。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型的FRP薄壁电杆采用FRP材料通过缠绕成型工艺制成一体化中空结构，具备高强度、抗风能力强、不易发生弯曲摇晃、质轻、可以人工搬运的特点，可以直线跨越田野、山峰山谷、河流，而不必沿着公路蜿蜒曲折布置，不仅可以人力运输，还可以人工安装，提高了工程的施工安全性，降低了工程造价成本；安装时可以直接埋入土中，也可以利用法兰盘连接于底座，施工简便；具有抗腐蚀能力强、耐老化时间长等优良性能，延长了电杆的使用寿命，减少了因更换电杆导致的电力(通讯)线路的重新布置、检测、调试工序，减少了后期运营中的维修成本；由于电杆一般承受较大的弯矩，应力较大，而本实用新型的电杆壁厚2-15mm，设计成薄壁结构，具有应力分布均匀，受力合理，避免内应力等优点；兼具较好的绝缘性好，较之铁塔，减少了涡流损失和铁塔涡流对电力系统的影响，满足电力输送的各项要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的一种FRP薄壁电杆的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1的一种FRP薄壁电杆法兰盘的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1的一种FRP薄壁电杆的缠绕工艺示意图。

图4为本实用新型实施例2的一种FRP薄壁电杆加强肋的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例中提出的一种FRP薄壁电杆包括电杆主体1，电杆主体1整体呈自上而下逐渐加粗且内部中空的圆台形或正棱台形，电杆主体1整体呈正棱台形时，电杆主体1的截面形状可为正五边形、正六边形、正八边形或其他正多边形，本实施例中电杆主体1为圆台形，电杆主体1的壁厚自上而下逐渐增大，本实施例的电杆主体1的壁厚为2-15mm，以5mm左右为最佳，电杆主体1由FRP材料多层缠绕而成，电杆主体1的顶端封头设置，可防止杂物进入中空部分。

本实施例的FRP薄壁电杆可以做到12-15米高，为了安装方便，电杆主体1可以直接埋入土中，其中15米电杆主体，需要埋深2.5米，12米电杆主体，埋深1.5米；也可以在电杆主体1的底端设置法兰盘2，如图2所示，法兰盘2上设置有多个螺栓安装孔，法兰盘2由电杆主体1底部通过FRP材料一体缠绕成型或者预先制得的法兰盘2通过树脂胶液粘接在电杆主体1底部，法兰盘2上可设置多组肋板21，肋板21与电杆主体1可通过树脂胶液粘接，通过法兰盘与混凝土底座固定连接使电杆固定。

本实施例的一种FRP薄壁电杆通过缠绕工艺制备得到，如图3所示，任何一种中型或大型缠绕设备均可完成缠绕工艺，芯模可以用非金属(木板或塑料)制作，也可以由模具厂制作钢铁模具，具有一定的可设计性，电杆主体的圆台或正棱台形态及其锥度由芯模8决定。

该FRP薄壁电杆的制造方法包括以下步骤：

配制树脂胶液，树脂胶液中包含树脂基体、固化剂、引发剂、促进剂等，还包括抗紫外线抗老化添加剂，各成分比例可按照原材料说明书配制，比如树脂基体采用聚酯，典型配方为(重量比)：聚酯基体95.5-98.5％，固化剂1-3％，添加剂0.5-1.5％；采用环氧树脂，可根据环氧当量计算固化剂分量；采用聚氨酯，可选择两种不同聚合度的聚氨酯组分混合，两种可互为另一种的固化剂，将含有固化剂的树脂胶液储存于浸胶槽内；

本实施例中的高强度连续纤维4采用的是高弹模量玻璃纤维，如玄武岩纤维或碳纤维，通常其纤维杨氏模量为50-220GPa，将高强度连续纤维4先通过浸胶槽5浸满树脂胶液，然后经挤压设备6预先挤压去除掉过量的树脂胶液，保证所制得的FRP薄壁电杆中树脂胶液的重量百分比占15-50％，高强度连续纤维4的重量百分比占50％-85％，优选为树脂胶液占30％，高强度连续纤维4占70％；

将浸有树脂胶液的高强度连续纤维4通过牵纱臂或牵纱车牵引并缠绕至预先凃有脱模剂的芯模8上，芯模8安装于转动轴上并在转动轴的带动下不断旋转，高强度连续纤维4的缠绕方向与芯模8轴线之间呈45°角，牵纱臂或牵纱车在平行于转动轴的方向往复运动，实现对高强度连续纤维4在缠绕方向和前进方向上的双向牵引，牵纱车7可以通过导轨在平行于转动轴的方向往复运动；

通过电脑编程控制牵纱臂或牵纱车适当的运行速度，保证布纱均匀，同时设置牵纱臂或牵纱车在每次往复运动过程中具有不同的运行速度，实现FRP薄壁电杆的壁厚自上而下逐渐增大的不等厚结构，所制得的FRP薄壁电杆的壁厚为2-15mm；

将缠绕完成后的芯模8放置于卧式烘箱内固化，固化温度为110℃-170℃，固化后脱模取出芯模8，即得到FRP薄壁电杆。

法兰盘的制造方法是：在缠绕完成后的芯模8进行固化前，控制牵纱臂或牵纱车停在FRP薄壁电杆的底部位置，芯模8继续不断旋转，浸有树脂胶液的高强度连续纤维4在FRP薄壁电杆的底部多层定点缠绕至一定厚度制得法兰盘，或者将另外通过缠绕工艺制成的法兰盘通过树脂胶液粘接在FRP薄壁电杆的底部，最后将FRP薄壁电杆以及底部连接的法兰盘一同固化。

实施例2

参考图1，本实施例中提出的一种FRP薄壁电杆包括电杆主体1，电杆主体1整体呈自上而下逐渐加粗且内部中空的圆台形或正棱台形，电杆主体1整体呈正棱台形时，电杆主体1的截面形状可为正五边形、正六边形、正八边形或其他正多边形，本实施例中电杆主体1为圆台形，电杆主体1的壁厚自上而下逐渐增大，本实施例的电杆主体1的壁厚为2-15mm，以5mm左右为最佳，电杆主体1由FRP材料多层缠绕而成，电杆主体1的顶端封头设置，可防止杂物进入中空部分。如图4所示，电杆主体1内部设置有至少一层加强肋3，加强肋3可以呈十字形、米字形或雪花形，本实施例中加强肋3为十字形。

本实施例的FRP薄壁电杆可以做到12-15米高，为了安装方便，电杆主体1可以直接埋入土中，其中15米电杆主体，需要埋深2.5米，12米电杆主体，埋深1.5米；也可以在电杆主体1的底端设置法兰盘2，参考图2，法兰盘2上设置有多个螺栓安装孔，法兰盘2由电杆主体1底部通过FRP材料一体缠绕成型或者预先制得的法兰盘2通过树脂胶液粘接在电杆主体1底部，法兰盘2上可设置多组肋板21，肋板21与电杆主体1可通过树脂胶液粘接，通过法兰盘与混凝土底座固定连接使电杆固定。

本实施例的一种FRP薄壁电杆通过缠绕工艺制备得到，参考图3，任何一种中型或大型缠绕设备均可完成缠绕工艺，由于本实施例的FRP薄壁电杆内设置有加强肋，因此加强肋和电杆内壁可以先用手糊法预成型，即先将加强肋固定并作为实施缠绕的骨架，在加强肋外表面通过手糊成型缠绕数层浸有树脂胶液的高强度连续纤维布制成电杆的内壁，通过手糊预成型所得的包含加强肋和电杆内壁的型体，充当缠绕的芯模，无需进行脱模处理。

该FRP薄壁电杆的制造方法包括以下步骤：

配制树脂胶液，树脂胶液中包含树脂基体、固化剂、引发剂、促进剂等，还包括抗紫外线抗老化添加剂，各成分比例可按照原材料说明书配制，比如树脂基体采用聚酯，典型配方为(重量比)：聚酯基体95.5-98.5％，固化剂1-3％，添加剂0.5-1.5％；采用环氧树脂，可根据环氧当量计算固化剂分量；采用聚氨酯，可选择两种不同聚合度的聚氨酯组分混合，两种可互为另一种的固化剂，将含有固化剂的树脂胶液储存于浸胶槽内；

本实施例中的FRP材料采用的是高弹模量玻璃纤维，如玄武岩纤维或碳纤维，通常其纤维杨氏模量为50-220GPa，将高强度连续纤维4先通过浸胶槽5浸满树脂胶液，然后经挤压设备6预先挤压去除掉过量的树脂胶液，保证所制得的FRP薄壁电杆中树脂胶液的重量百分比占15-50％，高强度连续纤维4的重量百分比占50％-85％，优选为树脂胶液占30％，高强度连续纤维4占70％；

将浸有树脂胶液的高强度连续纤维4通过牵纱臂或牵纱车牵引并缠绕至芯模8上，芯模8安装于转动轴上并在转动轴的带动下不断旋转，高强度连续纤维4的缠绕方向与芯模轴线之间呈45°角，牵纱臂或牵纱车在平行于转动轴的方向往复运动，实现对高强度连续纤维4在缠绕方向和前进方向上的双向牵引，牵纱车7可以通过导轨在平行于转动轴的方向往复运动；

通过电脑编程控制牵纱臂或牵纱车适当的运行速度，保证布纱均匀，同时设置牵纱臂或牵纱车在每次往复运动过程中具有不同的运行速度，实现FRP薄壁电杆的壁厚自上而下逐渐增大的不等厚结构，所制得的FRP薄壁电杆的壁厚为2-15mm；

将缠绕完成后的芯模8放置于卧式烘箱内固化，固化温度为110℃-170℃，固化后无需脱模，即得到FRP薄壁电杆。

法兰盘的制造方法是：在缠绕完成后的芯模进行固化前，控制牵纱臂或牵纱车停在FRP薄壁电杆的底部位置，芯模继续不断旋转，浸有树脂胶液的高强度连续纤维4在FRP薄壁电杆的底部多层定点缠绕至一定厚度制得法兰盘，或者将另外通过缠绕工艺制成的法兰盘通过树脂胶液粘接在FRP薄壁电杆的底部，最后将FRP薄壁电杆以及底部连接的法兰盘一同固化。

本实用新型的FRP薄壁电杆采用FRP材料通过缠绕成型工艺制成一体化中空结构，具备高强度、抗风能力强、不易发生弯曲摇晃、质轻、可以人工搬运的特点，提高了工程的施工安全性，降低了工程造价成本施工简便，具有抗腐蚀能力强、耐老化时间长等优良性能，延长了电杆的使用寿命，减少了后期运营中的维修成本，设计成薄壁结构，具有应力分布均匀，受力合理，避免内应力等优点，兼具较好的绝缘性好，减少了涡流损失和铁塔涡流对电力系统的影响，满足电力输送的各项要求。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。