专利名称：用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及架空输电线路导线领域，具体的是涉及用于架空输电线路
导线的的玄武岩纤维与碳纤维复合芯。
技术背景随着材料技术的不断进步，20世纪末人们尝试用有机复合材料代替金属材料制作导线的芯材，开发出了新型复合材料合成芯导线。这种导线充分发挥了有机复合材料的特点，与目前各种架空导线相比，具有重量轻、强度高、热稳定性好、驰度低、载流量大、耐腐蚀的特点，从节能、节地、节材、环保、提高输电能力等方面看，具有很好的应用前景，特别适用于老线路的改造。20世纪90年代日本开发了复合材料合成芯导线，产品分为碳纤维芯铝绞线(ACFR)和耐热碳纤维芯耐热铝合金绞线(TACFR)两种，前者在实际线路试验了4年多。复合材料芯线主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。用12000根直径为7ii的PAN系碳纤维涂上未硬化的热硬化性树脂绞在一起，在缠上有机纤维形成一根股线，然后用7根股线绞成合成绞线。再经过最后的热处理使树脂完全硬化，最后形成复合材料芯线。复合材料芯线质量是常规钢芯的约1/5，线膨胀系数约为1/12。试验证明，这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了 ACSR，在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体，没有塑性变性，破断时的伸长量比钢绞线小，约为1.6%。耐热性基本与ACSR相同。
美国新型复合材料合成芯导线开发研究较为成功的是CTC公司，2003年该公司又推出了型号为ACCC的复合材料合成芯导线——碳纤维复合芯铝绞线。它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，碳纤维采用聚酰胺耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强的耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，在环氧树脂浸渍，然后在高温模子中固化成型为复合材料芯线。芯线外层与邻外层为梯形截面铝线股。导线已完成常规的型式试验，具有良好的机械特性和电气特性。ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。 国内现有的导线都是由导电性能好的金属丝或金属条形成。这种导线抗拉强度低且不柔软，使用起来易折断。同时由于金属的特性，用金属制成的导线随环境温度的变化热胀冷縮严重，以至于在天冷的时候经常导线自身被拉断。国内也有人开始研究碳纤维复合芯铝绞线和碳纤维复合芯铝绞线，但没有具体的实用参数，没有取得实质性的进展。国内有人试用玻璃纤维增强塑料与碳纤维复合芯制作加强芯(FRP)虽然具有轻质高强、耐腐蚀、抗静电及防啮咬等优点，但是生产速率满，弯曲半径较大。 发明内容为了克服上述不足，本发明的主要目的旨在提供一种新型的、高强度的，并且能够提供更高实用性的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯。
本发明需要解决的基本问题是要选用合适的树脂作为基体材料与玄武岩纤维结合；与包裹在内芯的碳纤维共同形成导线内的加强骨架芯棒；采用新工艺将以上材料加以
^口 口 。
本发明采用的技术方案为采用环氧树脂材料可以获得较好的与玄武岩纤维的结
3合性；通过镀格模具与包裹在内芯的碳纤维共同形成导线内的加强骨架芯棒，具体经严格
温控加热，经连续拉桥工艺成型并经挤塑机涂覆护套科，可以较好解决热固性工艺和热塑
性工艺的结合问题，从而获得较优良的产品品质，达到预定技术解决目标。 本发明所述的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，是采用热固
性工艺复合玄武岩纤维和热固性树脂，其直径为8mm 25mm ;碳纤维复合芯直径为6mm
20mm。 本发明所述的玄武岩纤维与环氧树脂包裹碳纤维加强芯，是采用热塑性工艺将PE
涂覆在玄武岩纤维和热固性树脂复合而成的内包裹碳纤维加强芯的杆体上。 本发明所述的玄武岩光缆加强芯的热固化工艺中对模具加热进行严格控制，熟化
区域200士1(TC和定型区域140±10°C。 本发明所采用的基体材料为环氧树脂及乙烯基树脂。 玄武岩与树脂和碳纤复合芯是以玄武岩纤维碳纤维为基体材料，热固性树脂为粘 结材料的一种新型复合芯。其基本工艺原理和玻璃纤维光缆加强芯一致，在技术上具有较 强的可操作性，但是玄武岩纤维、碳纤维较玻璃纤维具有更好的力学性能和理化性能，可以 在较大程度上克服玻璃纤维光缆加强芯弯曲半径大的缺点，而且具有更高的拉伸强度和抗 断裂特性、耐高温特性，是玻璃纤维加强芯良好的替代产品。
图1是本发明的立体示意简图；
图2时本发明横截面示意简图；
图3是本发明生产流程示意简具体实施例方式图3是本发明的生产流程示意图附图中的标号说明 玄武岩纤维与环氧树脂结合层1 ;碳纤维复合芯2 ;制作工艺碳纤维束丝集聚机 架3 ;玄武岩纤维多层纱架4 ;树脂槽5 ;加热模具6 ;熟化区域7 ;定型区域8 ;烘箱9 ;桥塑 机10 ;预热烘箱11 ;牵引机12 ;收巻机13 ; 在图1、图2、图3所示的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯示
意简图中，碳纤维束丝经集聚机架将碳纤维束丝集聚呈圆形体向外拉出，玄武岩纤维从多
层纱架4上包裹碳纤维圆形体上向外拉出，尽量避免碳纤维和玄武岩纤维碰伤和纤维起毛
现象的发生，为防止玄武岩纤维纱绞在一起，应规则有序地穿引玄武岩纤维纱。玄武岩纤维
在分纱辊上应上下多层均匀分布。将通过分纱辊的每一束玄武岩纱穿过树脂槽5模具，不 应有断头来穿过的现象；碳纤维圆形体在玄武岩纤维纱的包裹下同步向外穿过模具拉出。
配制树脂原料，应在搅拌机上充分搅拌，搅拌时间不少于5分钟。搅拌好的树脂原 料须经80目网筛过滤后，方可倒入树脂槽5中。把加热模具6的熟化区域和定型区域7的 温度分别设定为200士1(TC和140士1(TC，并通电加热模具。 碳纤维圆形体与玄武岩纤维纱经树脂槽和加热模具加热，然后再经烘箱9定型， 生产线最高车速为8m/min，生产过程中，为改善产品表面质量，允许车速在5m/min 8m/ min范围内作适当调整。
涂覆前操作人显应检查挤塑机10的润滑、传动、电器控制等情况。提前2 3小 时，启动挤出机的加温系统，并按工艺要求调整好各加温区的温度。穿头引线，并试车观察 螺杆的转动，牵引转速，放线张力，收排线转动，加温控制系统，预热烘箱11，冷却水流通等 情况，确认无问题后方可开车生产。涂覆完成后，牵引机12牵引并经收巻机13收巻，检验 后完成。
配方比例碳纤维50 55% ;玄武岩纤维10% 15% ;树脂及辅助材料30 %
40%。
权利要求
用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特征在于采用热塑性工艺将PE涂覆在玄武岩纤维和热固性树脂复合而成的内包裹碳纤维加强芯的杆体上，其直径为8mm～25mm；碳纤维复合芯直径为6mm～20mm；工艺熟化区域200±10℃和定型区域140±10℃；由碳纤维50％～55％、玄武岩纤维10％～15％、树脂及辅助材料30％～40％组成。
2. 根据权利要求1所述的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特 征在于碳纤维束丝经集聚机架将碳纤维束丝集聚呈圆形体向外拉出，玄武岩纤维从多层 纱架上包裹碳纤维圆形体上向外拉出，碳纤维圆形体在玄武岩纤维纱的包裹下同步向外穿 过模具拉出。
3. 根据权利要求1所述的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特 征在于配制树脂原料，应在搅拌机上充分搅拌，搅拌时间不少于5分钟。搅拌好的树脂原 料须经80目网筛过滤后，方可倒入树脂槽5中。把加热模具的熟化区域和定型区域的温度 分别设定为200士1(TC和140士1(TC，并通电加热模具。
4. 根据权利要求1所述的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特 征在于碳纤维圆形体与玄武岩纤维纱经树脂槽和加热模具加热，然后再经烘箱定型，生产 线最高车速为8m/min，生产过程中，为改善产品表面质量，允许车速在5m/min 8m/min范 围内作适当调整。提前2 3小时，启动挤出机的加温系统，并按工艺要求调整好各加温区 的温度。
5. 根据权利要求1所述的用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特 征在于玄武岩纤维在分纱辊上上下多层均匀分布。将通过分纱辊的每一束玄武岩纱穿过 树脂槽模具。
全文摘要
用于架空输电线路导线的玄武岩纤维与碳纤维复合芯，其特征在于由碳纤维50％～55％、玄武岩纤维10％～15％、树脂及辅助材料30％～40％组成。碳纤维束丝经集聚机架将碳纤维束丝集聚呈圆形体向外拉出，玄武岩纤维从多层纱架上包裹碳纤维圆形体上向外拉出，碳纤维圆形体在玄武岩纤维纱的包裹下同步向外穿过模具拉出。搅拌好的树脂原料须经80目网筛过滤后，方可倒入树脂槽5中。把加热模具的熟化区域和定型区域的温度分别设定为200±10℃和140±10℃，并通电加热模具。启动挤出机的加温系统，并按工艺要求调整好各加温区的温度。可以较好解决热固性工艺和热塑性工艺的结合问题，从而获得较优良的产品品质，达到预定技术解决目标。
文档编号H01B1/00GK101702336SQ20091021983
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者程显军, 贾欣博 申请人:程显军