CN100555478C - 输电线路碳纤维复合芯制作工艺及设备 - Google Patents

Abstract

一种输电线路碳纤维复合芯制造工艺及设备，属于一种电缆制造方法及辅助设备，其特征是所述的方法主要包括浸润、分纱、二段预固化和三段半固化及后固化冷却等步骤，所述的设备主要由纱架(1)、集纱器(2)、去湿器(3)、浸渍器(4，4′)、前模导纱器(5)、前模(6)、前模加热器(7)、分纱器(8)、导纱器(9)、加热器(10)、后模(11)、后固化加热器(12)、风冷冷却装置(13)、牵引机(15)及双盘收线装置(16)组成。本发明具有方法简单，配置合理，结构简单，制造安装、调试、维护方便的优点。

Description

输电线路碳纤维复合芯制作工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种输出线路中承担两个铁塔之间电缆重量的芯线的制造方法及设备，尤其是一种复合材料芯线的制造方法设备，具体地说是一种输电线路碳纤维复合芯制造工艺及设备。

背景技术

自从1800年开始，架空输电用导线很少有大的革新，其中以钢芯铝导线使用量最大，作为承担架空输电电缆重量的钢绞线，这种钢绞线不仅本身重量大，而且易因磁损和热效应造成输出线路的线损，此外钢绞线的抗拉强度不高，今年我国南方出现的大面积输出铁塔倒塌导致供电线路瘫痪就是因为钢绞线不能承重冰雪的重量拉断后造成铁塔倒塌。为此有人根据复合材料的特性提出了利用碳纤维复合芯来代替钢绞线，充分发挥其重量轻、强度高、无磁损、成本低的优点，但由于缺乏相应的制造方法及其设备而难以实现。

发明内容

本发明的目的是针对目前电力输送线路急需碳纤维复合芯的问题，发明一种用于生产复合芯输电线路的输电线路碳纤维复合芯制造工艺，同时提供一种与该方法相配的设备以解决生产急需。

本发明的技术方案是：

一种输电线路碳纤维复合芯制造方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，将碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维从纱架上匀速牵出，使其经过集纱器进入去湿器中除去水分，控制含水率不大于3％；

其次，将去过湿的碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维分别送入相应的恒温无损直线料槽中浸润涂胶，控制浸润涂胶的移动速度在400～600mm/min之间；

第三步，使经过浸润涂有胶的碳纤维经过第一前模导纱器去除多余胶水后进入前模中进行预固化，控制前模的加热温度，形成两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为35℃-45℃，另一段的加热温度为70℃-90℃，同时使两个加热段之间保持20-40cm的间隔，得到预固化的碳纤维芯；

第四步，使经过预固化的碳纤维与经过恒温无损直线料槽浸润涂胶的高强度玻璃纤维或玄武纤维一起进入后模分纱器中，通过分纱器的作用使高强度玻璃纤维或玄武纤维周围有规则包覆在预固化的碳纤维芯上；

第五步，使包覆有高强度玻璃纤维或玄武纤维的预固化的碳纤维芯进入第二后模导纱器中去除高强度玻璃纤维或玄武纤维上多余的胶水后送入后模中进行加热固化，控制加热温度，使后模形成三个加热区，三个加热区的加热的温度依次为95℃～110℃、165℃～175℃和155℃～165℃，三个加热区之间间隔20-40cm，得到固化复合芯，通过调整三个加热区的温度控制固化复合芯的出模硬度不小于设计硬度的85％；

第六步，将上述固化的复合芯送入后固化加热器进行后固化处理，控制后固化温度不小于180℃-190℃，后固化时间不小于3-4分钟；

最后，将从后固化加热器中牵引出的复合芯冷却、检验即可收绕在双盘收线装置上。

一种输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是它主要由纱架1、集纱器2、去湿器3、碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4，4′、前模导纱器5、前模6、前模加热器7、后模分纱器8、后模导纱器9、后模加热器10、后模11、后固化加热器12、风冷冷却装置13、牵引机15及双盘收线装置16组成，集纱器2安装在纱架1的出纱端，去湿器3安装在集纱器2和碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4，4′之间，前模导纱器5、前模6依次安装在碳纤维浸渍器4和分纱器8之间，前模加热器7套装在前模6上，高强玻璃纤维浸渍器4′安装在后模分纱器8和去湿器3之间，后模导纱器9与后模分纱器8相连，加热器10的后模11安装在导纱器9的出纱口一侧，后模11的出口处安装有后固化加热器12，风冷冷却装置13安装在后固化加热器12的出口端，牵引机15则安装在双盘收线装置16和风冷冷却装置13之间。

所述的纱架1为带张力显示纱架，所述的集纱器2为带断头控制器的集纱器。

所述的前模加热器7由两段组成，两段之间间隔距离为20～40厘米，两段的加热温度分别为35℃～45℃及70℃～90℃。

所述的加热器10由三段组成，段与段之间的间隔距离为20～40厘米，其中靠近导纱器9的一段的加热温度为95℃～110℃，中间段的加热温度为165℃～175℃，第三段的加热温度为155℃～165℃。

所述的后固化加热器12的温度约为180℃～190℃。

在牵引机15和风冷冷却装置13之间安装有用于检验复合芯质量的直径检测器14。

本发明的有益效果：

本发明经过反复实验，在传统复合材料制造方法的基础上结合碳纤维及高强玻璃纤维(或玄武纤维)的复合的特点通过合理设计工艺路线，尤其是采用分别浸润后对碳纤维进行拉挤予成型半固化状态，通过控制其加热温度区段得到性能优良的碳纤维芯，尤其是在最终包覆成形的过程中通过大量的实验总结出分三段进行加热固化，既保证最终产品的硬度，又满足了生产的顺畅性和生产效率的提高，方法具有独创性，填被了国内空白，为输出线路的更新提供了价廉物美的芯材。同时本发明根据碳纤维复合芯的特点通过对现有的复合材料生产中常用的设备进行合理的配置，组合生产出的碳纤维复合芯完全能满足电力输送的需要。利用本发明的方法和设备生产的碳纤维复合芯生产的复合导线强度可比现有同类型导线高2倍，导电率更高且无磁损和热损，能节能6％以上，同时由于使导线的重量减轻了10～20％，因此弧垂更低，可降低弧垂2倍以上，本发明的复合芯还具有耐腐蚀，使用寿命长的优点，它的寿命是常规导线的2倍，还能节约铝材50％以上，可减少投资一半以上。

本发明的设备配置合理、控制系统先进、结构简单、制造安装、调试、维护方便。尤其是其中的两次固化加热经过反复试验摸索出了分别采用两段式加热和三段式加热的加热方式，充分发挥了加热在复合材料制造中的重要作用，对保证产品质量至关重要。

附图说明

图1是本发明的设备的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种输电线路碳纤维复合芯制造工艺，它包括以下步骤：

首先，将碳纤维和高强度玻璃纤维(或玄武纤维)从纱架上匀速牵出，使其经过集纱器进入去湿器中除去水分，控制含水率不大于3％；

其次，将去过湿的碳纤维和高强度玻璃纤维(或玄武纤维)分别送入相应的恒温无损直线料槽中浸润涂胶，控制浸润涂胶的移动速度在400～600mm/min之间；

第三步，使经过浸润涂有胶的碳纤维经过第一导纱器去除多余胶水后进入前模中进行预固化，控制前模的加热温度，形成两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为35℃-45℃，另一段的加热温度为70℃-90℃，同时使两个加热段之间保持20-40cm的间隔，得到预固化的碳纤维芯；

第四步，使经过预固化的碳纤维与经过恒温无损直线料槽浸润涂胶的高强度玻璃纤维或玄武纤维一起进入分纱器中，通过分纱器的作用使高强度玻璃纤维或玄武纤维有规则包覆在预固化的碳纤维芯周围；

第五步，使包覆有高强度玻璃纤维(或玄武纤维)的预固化的碳纤维芯进入第二导纱器中去除高强度玻璃纤维(或玄武纤维)上多余的胶水后送入后模中进行加热固化，控制加热温度，使后模形成三个加热区，三个加热区的加热的温度依次为95℃～110℃、165℃～175℃和155℃～165℃，三个加热区之间间隔20-40cm，得到半固化复合芯，通过调整三个加热区的温度控制半固化复合芯的出模硬度不小于设计硬度(即最终成品硬度)的85％以上；每个加热区的具体温度值可通过有限次的调试加以确定，一量出模硬度满足要求即可确定；

第六步，将上述半固化的复合芯送入后固化加热器进行后固化处理，控制后固化温度不小于180℃，后固化时间不小于3-4分钟，后固化时间可通过调整加热器的长度和牵引速度来实现；

最后，将从后固化加热器中牵引出的复合芯冷却、检验即可收绕在双盘收线装置上。

与上述方法相配的输电线路碳纤维复合芯制造设备主要由纱架1、集纱器2、去湿器3、碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4，4′、前模导纱器5、前模6、前模加热器7、分纱器8、导纱器9、加热器10、后模11、后固化加热器12、风冷冷却装置13、直径检测器14、牵引机15及双盘收线装置16组成，集纱器2安装在纱架1的出纱端，去湿器3安装在集纱器2和碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4，4′之间，前模导纱器5、前模6依次安装在碳纤维浸渍器4和后模分纱器8之间，前模加热器7套装在前模6上，浸渍器4′安装在分纱器8和去湿器3之间，导纱器9与分纱器8相连，加热器10的后模11安装在导纱器9的出纱口一侧，后模11的出口处安装有后固化加热器12(加热温度约为180℃～190℃)，风冷冷却装置13安装在后固化加热器12的出口端，牵引机15则安装在双盘收线装置16和风冷冷却装置13之间。直径检测器1(型号可为CFBLS上海仪川仪表厂)位于牵引机15和风冷冷却装置13之间，并连接有报警器19，图1中20为整个生产线的控制系统，它可采用现有技术加以实现。

具体实施时纱架1可采用带张力显示纱架(型号可为：CFBLS，上海仪川仪表厂)，集纱器2可采用带断头控制器的集纱器(型号可为：SV，宜兴市立成纯水设备有限公司)。

为了保证固化效果，具体实施时前模加热器7可由两段组成，两段之间间隔距离为20～40厘米，两段的加热温度分别为35℃～45℃及70℃～90℃。

同样地加热器10可由三段组成，段与段之间的间隔距离为20～40厘米，其中靠近导纱器9的一段的加热温度为95℃～110℃，中间段的加热温度为165℃～175℃，第三段的加热温度为155℃～165℃。

开机前应先通过人工将碳纤维17和高强玻璃纤维(或玄武纤维)从纱架上拉出穿过各相应的装置后置于牵引机15上固定后才能开机。以下的工作过程是假定整个生产线已进入运行状态后的过程。

安装在纱架1上的碳纤维17和高强玻璃纤维(也可采用玄武纤维)18的引出端首先经集砂器2集束，然后进入去湿器3中去湿后分别进入对应的浸渍器4，4′中浸胶，浸胶后的碳纤维17进入前模导纱器5中去除多余的胶后进入前模6中挤压成形，并同时在前模加热器7的加热下形成半固化芯线，然后与经过浸胶的高强玻璃纤维(或玄武纤维)18一起进入分纱器8中，在分纱器8的作用下使高强玻璃纤维(玄武纤维)18包覆在半固化的芯线表面，然后两者一起进入导纱器9中去除多余的胶后进入装有三个加热器10的后模11中加热固化定型，得到内芯为碳纤维17、表面覆盖有高强玻璃纤维(玄武纤维)18、固化率为85％以上的芯线，芯线进入后续的后固化加热器12在180-190℃进一步固化定型，然后进入风冷冷却装置13进行冷却后进入直径检测器对其直径进行检测，如果直径过大或过小则应通过控制系统调整浸渍器4，4′中的胶量或通过调整低收缩剂量的方法，已固化成形的复合芯最终在牵引机15的牵引下进入双盘收线装置16收线形成便于运输的盘状芯线圈。

本发明未涉及部分如去湿器、浸渍器、导纱器、前模、后模、牵引机、双盘收线装置等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1、一种输电线路碳纤维复合芯制作工艺，其特征是它包括以下步骤：

首先，将碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维从纱架上匀速牵出，使其经过集纱器进入去湿器中除去水分并控制纤维含水率不大于3％，提高制品力学强度；

其次，将去过湿的碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维分别送入相应的恒温无损直线料槽中浸润涂胶，控制浸润涂胶的移动速度在400～600mm/min之间；

第三步，使经过浸润涂有胶的碳纤维经过第一导纱器去除多余胶水后进入前模中进行预固化，控制前模的加热温度，形成两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为35℃-45℃，另一段的加热温度为70℃-90℃，同时使两个加热段之间保持20-40cm的间隔，得到预固化的碳纤维芯；

第四步，使经过预固化的碳纤维与经过恒温无损直线料槽浸润涂胶的高强度玻璃纤维或玄武纤维一起进入分纱器中，通过分纱器的作用使高强度玻璃纤维或玄武纤维按一定规则包覆在预固化的碳纤维芯上；

第五步，使包覆有高强度玻璃纤维或玄武纤维的预固化的碳纤维芯进入第二导纱器中去除高强度玻璃纤维或玄武纤维上多余的胶水后送入后模中进行加热固化，控制加热温度，使后模形成三个加热区，三个加热区的加热的温度依次为95℃～110℃、165℃～175℃和155℃～165℃，三个加热区之间间隔20-40cm，得到半固化复合芯，通过调整三个加热区的温度控制半固化复合芯的出模硬度不小于设计硬度的85％；

第六步，将上述半固化的复合芯送入后固化加热器进行后固化处理，控制后固化温度不小于180℃，后固化时间不小于3分钟；

最后，将从后固化加热器中牵引出的复合芯冷却、检验即可。

2、一种输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是它主要由纱架(1)、集纱器(2)、去湿器(3)、碳纤维浸渍器(4)、高强玻璃纤维浸渍器(4′)、前模导纱器(5)、前模(6)、前模加热器(7)、后模分纱器(8)、后模导纱器(9)、加热器(10)、后模(11)、后固化加热器(12)、风冷冷却装置(13)、牵引机(15)及双盘收线装置(16)组成，集纱器(2)安装在纱架(1)的出纱端，去湿器(3)安装在集纱器(2)和碳纤维浸渍器(4)之间，前模导纱器(5)、前模(6)依次安装在碳纤维浸渍器(4)和后模分纱器(8)之间，前模加热器(7)套装在前模(6)上，高强玻璃纤维浸渍器(4′)安装在后模分纱器(8)和去湿器(3)之间，后模分纱器(8)与后模导纱器(9)相连，加热器(10)的后模(11)安装在后模导纱器(9)的出纱口一侧，后模(11)的出口处安装有后固化加热器(12)，风冷冷却装置(13)安装在后固化加热器(12)的出口端，牵引机(15)则安装在双盘收线装置(16)和风冷冷却装置(13)之间。

3、根据权利要求2所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是所述的纱架(1)为带张力显示纱架，所述的集纱器(2)为带断头控制器的集纱器。

4、根据权利要求2所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是所述的前模加热器(7)由两段组成，两段之间间隔距离为20～40厘米，两段的加热温度分别为35℃～45℃及70℃～90℃。

5、根据权利要求2所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是所述的加热器(10)由三段组成，段与段之间的间隔距离为20～40厘米，其中靠近导纱器(9)的一段的加热温度为95℃～110℃，中间段的加热温度为165℃～175℃，第三段的加热温度为155℃～165℃。

6、根据权利要求2所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是所述的后固化加热器(12)的温度为180℃-190℃。

7、根据权利要求2所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备，其特征是在牵引机(15)和风冷冷却装置(13)之间安装有用于检验复合芯质量的直径检测器(14)。

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