CN101295564A - 碳纤维多用途复合绞线制造方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维多用途复合绞线制造方法及其设备，它属于一种电缆制造方法及设备，其特征是所述的方法主要包括各股缠绕成形和合股旋转拧合二大步，所述的制造设备主要由股线缠绕机构(1)和合股旋转绞线机构(2)、牵引旋转收卷机构(3)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
技术领域
本发明涉及一种输电线路导线芯线，尤其是一种用于替代钢芯铝铰线中的钢芯的复合材料芯线的制造方法及设备，具体地说是一种碳纤维多用途复合绞线制造方法及设备。
背景技术
随着我国经济建设的高速发展，电力需求的不断增长，电力负荷不断增加，电源容量和用电需求的增长以及资源能源的日益紧张，环境保护的要求不断提高，我国现有的输电线路已不适应传输容量快速扩容的需求，电力传输已成为电力工业发展的瓶颈。进一步提高电网的输电能力，成为日益重要的世界性问题。
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。
而碳纤维复合绞线，具有重量轻、热膨胀系数小、强度高、容量大、耐高温、低驰度、耐腐蚀、低线损等特点，是一种可替代传统的钢芯铝绞线、铝合金绞线、铝包钢绞线和殷钢导线的全新产品。碳纤维复合导线技术的推广，在提高输电线路的输送容量、提高输电网的安全可靠性，降低架空输配电工程总成本等方面具有十分重要的意义，将有效促进电力领域向高科技方向的发展，满足输变电领域节能、安全、环保和经济性的更高要求。尤其在特高压和大跨越输电线路的建设中，具有无可比拟的优越性，必将给输电导线技术带来前所未有的深刻变化。目前，这一新产品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采用钢铰线作为承重芯线存在的强度低、自重大、线损高的问题，发明一种与现有的钢绞线外形相同的碳纤维多用途复合绞线制造方法及设备。
本发明的技术方案是：
一种碳纤维多用途复合绞线制造方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，设置与复合绞线股数相等的张力纱架，将碳纤维从每个有张力显示并可集中控制张力的张力纱架上匀速牵出，并控制张力在1～5kN；
其次，将每个张力纱架上的碳纤维引出，经过集纱器集纱形成纤维束，引入周波烘箱，以去掉浮在纤维束表面的断纤维以增加连续碳纤维在制品中的体积比并除去纤维中的水份，控制纤维含水率小于3％，周波烘箱的温度控制在400℃～500℃；
第三步，将去过湿的碳纤维送入相应的恒温无损直线料槽中浸润涂胶，控制浸润涂胶的纤维线速度在500～1000mm/min之间
第四步，将浸渍过的碳纤维引入拉挤模予成型器中，控制出口的含胶量在10％～15％，然后送入拉挤模腔内加热，所述的拉挤模腔中设有两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为50℃～60℃，另一段的加热温度为80℃～100℃，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线材；
第五步，使经过预固化的碳纤维线材经过旋转缠绕机，在预固化的碳纤维线材表面用耐高温多股纤维缠绕包覆一层以增加碳纤线材制品界面强度，得到碳纤维预绞线线材；
第六步，将上步所得的碳纤维预绞线线材引入浸渍容器中再次浸润涂胶，控制浸渍容器的温度在40℃±1，使之以500mm/min-1000mm/min的速度再次通过烘箱加热器加热，加热温度为160℃～180；
第七步，将上步所得的纤维预绞线线材引入浸渍定型机构中进行浸渍定型；
第八步，将上述从浸渍定型机构中送出的碳纤维预绞线送入合股绞线旋转机构旋转成带有角度的、绳索状复合绞线，然后再送入带有两段温度控制的固化烘箱中进行加热定型，两段加热定型温度分别为160℃～180℃和200℃～220℃，并去除多余胶，得到复合绞线。
所述的复合绞线束旋转后各股与轴线的夹角为8-15度。
所述的复合绞线的股数为7股、19股或37股。
一种碳纤维多用途复合绞线制造设备，其特征是它主要包括股线缠绕机构1、合股绞线旋转机构2、牵引旋转收卷机构3，线材缠绕机构1的数量与最终成品碳纤维复合绞线的股数相等，各线材缠绕机构1最终输出的线材均同步送入同一合股绞线旋转机构2的输入端，合股绞线旋转机构2的输出的成品复合绞线送入牵引旋转收卷机构3中收卷；所述的股线缠绕机构1主要依次由张力显示控制纱架101、集纱器102、去湿器103、浸渍器104、予成型模105、拉挤模109、碳纤维缠绕机106、二次浸渍器107和固化烘箱108组成，固化烘箱108作为绞线旋转机构1的输出接合股绞线旋转机构2的输入；所述的合股绞线旋转机构2主要依次由多股浸渍定型装置201、多股绞线旋转装置202、定型烘箱203组成，其中的浸渍定型装置201包括定型模具204，定型模具204的中心位置处设有与最终成型复合绞线股数相配的模腔205，在定型模具204上设有与模腔205相通的浸渍液注入口206和浸渍液出口207，浸渍液出口207正对浸渍槽208，浸渍槽208设有与浸渍液注入口206相通的循环口209，各股线缠绕机构1中的固化烘箱108送来的线材浸渍固化后送入定型模具204中浸渍并由进口端大、出口端小的模腔205挤压进行合股后送入多股绞线旋转装置202旋转成带有角度的、绳索状复合绞线4，该复合绞线4然后进入紧邻的定型烘箱203中，定型烘箱203中设有两段加热定型温度段，其中第一段的加热温度为160℃～180℃，第二段的加热温度为200℃～220℃，定型烘箱203作为合股绞线旋转机构2的成品复合绞线4的输出端与牵引旋转收卷机构3相邻，牵引收卷机构3由与多股绞线旋转装置202，同步牵引旋转机301和收卷机302组成。
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和最终成形产品的绳状特点通过合理设计工艺路线，所生产的绳状复合绞线具有：
(1)比重小，重量不到传统钢芯的1/4，导线整体重量大大减轻；抗拉强度大，可满足远距离架设的强度要求，如许多跨越江河和山
(2)热膨胀系数小，碳纤维具有接近为零的热膨胀系数，基本上消除了导线的弧垂问题，不受铝的长期蠕变影响；
(3)导电率高，载流量大。由于复合材料不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，在输送相同电力的条件下，具有更低的运行温度，可以减少电力损耗，节约能源成本。另外，相同直径时碳纤维复合导线的铝材截面积为常规钢芯铝绞线的1.2倍以上，因此可以提高载流量20％，大幅度提高导线传输容量；
(4)耐候性好，耐高温、耐摩擦、耐腐蚀。
本发明的还具有以下意义：
(1)对解决我国电网建设与改造所面临的诸多技术问题具有重大意义；
(2)可以为我国输电网改造和维护节省巨额投资；
(3)可以提高我国输电网的安全可靠性；
(4)可以推进我国输电网的技术进步，从而使我国输电导线研制水平达到国际先进水平；
(5)可以推进我国复合材料高新技术的技术进步和产业化；
(6)有利于提高我国复合材料产业和输电导线产业的总体技术水平；
(7)对我国电力事业的环境保护和可持续发展具有深远的意义。
本发明的设备配置合理，结构简单，制造安装、调试、维护方便。
附图说明
图1是本发明的复合绞线产品结构示意图。
图2是本发明的设备及工艺流程示意图。
图3是本发明的浸渍定型装置的结构示意图。
图4是图3的左视结构示意图。
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。
实施例一。
如图1所示。
一种碳纤维多用途复合绞线制造方法，它包括以下步骤：
首先，设置与复合绞线股数(一般为7股、19股或37股，如表1所示)相等的张力纱架101，将碳纤维从每个有张力显示并可集中控制张力的张力纱架上匀速牵出，并控制张力在1～5kN；
其次，将每个张力纱架上的碳纤维引出，经过集纱器102集纱形成纤维束，引入周波烘箱103，以去掉浮在纤维束表面的断纤维以增加连续碳纤维在制品中的体积比并除去纤维中的水份，控制纤维含水率小于3％，周波烘箱103的温度控制在400℃～500℃；
第三步，将去过湿的碳纤维送入相应的恒温无损直线料槽104中浸润涂胶，控制浸润涂胶的纤维线速度在500～1000mm/min之间；
第四步，将浸渍过的碳纤维引入拉挤模予成型器105中，控制出口的含胶量在10％～15％，然后送入拉挤模腔109内加热，所述的拉挤模腔中设有两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为50℃～60℃，另一段的加热温度为80℃～100℃，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线材；
第五步，使经过预固化的碳纤维线材经过旋转缠绕机106，在预固化的碳纤维线材表面用耐高温多股纤维缠绕包覆一层以增加碳纤线材制品界面强度，得到碳纤维预绞线线材；
第六步，将上步所得的碳纤维预绞线线材引入浸渍容器107中再次浸润涂胶，控制浸渍容器107的温度在40℃±1，使之以500mm/min-1000mm/min的速度再次通过烘箱加热器108加热，加热温度为160℃～180℃；
第七步，将上步所得的纤维预绞线线材引入浸渍定型机构201中进行浸渍定型；
第八步，将上述从浸渍定型机构201中送出的碳纤维预绞线送入合股绞线旋转机构202旋转成带有角度(与轴线的夹角为8～15度，轴向夹角确定)的、绳索状复合绞线，然后再送入带有两段温度控制的固化烘箱203中进行加热定型，两段加热定型温度分别为160℃～180℃和200℃～220℃，加温时间由牵引速度控制，牵引速度由工艺要求确定，并去除多余胶，得到复合绞线。
工艺流程和设备组成图如图2所示。
实施例二。
如图2、3、4所示。
一种碳纤维多用途复合绞线制造设备，它主要包括股线缠绕机构1、合股绞线旋转机构2、牵引旋转收卷机构3，如图2所示。线材缠绕机构1的数量与最终成品碳纤维复合绞线的股数相等(如表1所示，它可为图1所示的7股、19股、37股，相应地所述的线材缠绕机构1的数量也应为7个，19个和37个，图2所示的为7股结构得合绞线的成型装置示意图，其中的线材缠绕机构1的数量为7个)，各线材缠绕机构1最终输出的线材均同步送入同一合股绞线旋转机构2的输入端，合股绞线旋转机构2的输出的成品复合绞线送入牵引旋转收卷机构3中收卷；所述的股线缠绕机构1主要依次由张力显示控制纱架101、集纱器102、去湿器103(可采用周滤烘箱)、浸渍器104、予成型模105、拉挤模109、碳纤维缠绕机106、二次浸渍器107和固化烘箱108组成，它们通过制造过程中的复合绞线4相互串接成一个整体，固化烘箱108作为绞线旋转机构1的输出接合股绞线旋转机构2的输入；所述的合股绞线旋转机构2主要依次由多股浸渍定型装置201、多股绞线旋转装置202、定型烘箱203组成，其中的浸渍定型装置201包括定型模具204，定型模具204的中心位置处设有与最终成型复合绞线股数相配的模腔205，在定型模具204上设有与模腔205相通的浸渍液注入口206和浸渍液出口207，浸渍液出口207正对浸渍槽208，浸渍槽208设有与浸渍液注入口206相通的循环口209(如图3、4)，各股线缠绕机构1中的固化烘箱108送来的线材浸渍固化后送入定型模具204中浸渍并由进口端大、出口端小的模腔205挤压进行合股后送入多股绞线旋转装置202旋转成带有角度的、绳索状复合绞线4，该复合绞线4然后进入紧邻的定型烘箱203中，定型烘箱203中设有两段加热定型温度段，其中第一段的加热温度为160℃～180℃，第二段的加热温度为200℃～220℃，定型烘箱203作为合股绞线旋转机构2的成品复合绞线4的输出端与牵引收卷机构3相邻，牵引收卷机构3由与多股绞线旋转装置202同步旋转的牵引旋转机301和收卷机302组成。
具体实施时，上述设备中所涉及的张力显示控制纱架101、集纱器102、去湿器103、浸渍器104、予成型模105、纤维缠绕机106、二次浸渍器107和固化定型模108、旋转合股绞线装置202、定型烘箱203均可采用现有成熟产品或申请人在先申请的有关碳纤复合材料成型设备中相同的装置或机构、模具加以实现。牵引收卷机构3中旋转的牵引旋转机301和收卷机302可采用常规的牵引旋转机和收卷机进行简单的改造而成，即将牵引旋转机和收卷机安装在一个转动装置上即可。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1、一种碳纤维多用途复合绞线制造方法，其特征是它包括以下步骤：
首先，设置与复合绞线股数相等的张力纱架，将碳纤维从每个有张力显示并可集中控制张力的张力纱架上匀速牵出，并控制张力在1～5kN；
其次，将每个张力纱架上的碳纤维引出，经过集纱器集纱形成纤维束，引入周波烘箱，以去掉浮在纤维束表面的断纤维以增加连续碳纤维在制品中的体积比并除去纤维中的水份，控制纤维含水率小于3％，周波烘箱的温度控制在400℃～500℃；
第三步，将去过湿的碳纤维送入相应的恒温无损直线料槽中浸润涂胶，控制浸润涂胶的纤维线速度在500～1000mm/min之间；
第四步，将浸渍过的碳纤维引入拉挤模予成型器中，控制出口的含胶量在10％～15％，然后送入拉挤模腔内加热，所述的拉挤模腔中设有两段加热，其中靠近导纱器的一段的加热温度为50℃～60℃，另一段的加热温度为80℃～100℃，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线材；
第五步，使经过预固化的碳纤维线材经过旋转缠绕机，在预固化的碳纤维线材表面用耐高温多股纤维缠绕包覆一层以增加碳纤线材制品界面强度，得到碳纤维预绞线线材；
第六步，将上步所得的碳纤维预绞线线材引入浸渍容器中再次浸润涂胶，控制浸渍容器的温度在40℃±1，使之以500mm/min-1000mm/min的速度再次通过烘箱加热器加热，加热温度为160℃～180；
第七步，将上步所得的纤维预绞线线材引入浸渍定型机构中进行浸渍定型；
第八步，将上述从浸渍定型机构中送出的碳纤维预绞线送入合股绞线旋转机构旋转成带有角度的、绳索状复合绞线，然后再送入带有两段温度控制的固化烘箱中进行加热定型，两段加热定型温度分别为160℃～180℃和200℃～220℃，并去除多余胶，得到复合绞线。
2、根据权利要求1所述的碳纤维多用途复合绞线制造方法，其特征是复合绞线束旋转后各股与轴线的夹角为8-15度。
3、根据权利要求1所述的碳纤维多用途复合绞线制造方法，其特征是所述的复合绞线的股数为7股、19股或37股。
4、一种碳纤维多用途复合绞线制造设备，其特征是它主要包括股线缠绕机构(1)、合股绞线旋转机构(2)、牵引旋转收卷机构(3)，线材缠绕机构(1)的数量与最终成品碳纤维复合绞线的股数相等，各线材缠绕机构(1)最终输出的线材均同步送入同一合股绞线旋转机构(2)的输入端，合股绞线旋转机构(2)的输出的成品复合绞线送入牵引旋转收卷机构(3)中收卷；所述的股线缠绕机构(1)主要依次由张力显示控制纱架(101)、集纱器(102)、去湿器(103)、浸渍器(104)、予成型模(105)、拉挤模(109)、碳纤维缠绕机(106)、二次浸渍器(107)和固化烘箱(108)组成，固化烘箱(108)作为绞线旋转机构(1)的输出接合股绞线旋转机构(2)的输入；所述的合股绞线旋转机构(2)主要依次由多股浸渍定型装置(201)、多股绞线旋转装置(202)、定型烘箱(203)组成，其中的浸渍定型装置(201)包括定型模具(204)，定型模具(204)的中心位置处设有与最终成型复合绞线股数相配的模腔(205)，在定型模具(204)上设有与模腔(205)相通的浸渍液注入口(206)，各股线缠绕机构(1)中的固化烘箱(108)送来的线材浸渍固化后送入定型模具(204)中浸渍并由进口端大、出口端小的模腔(205)挤压进行合股后送入多股绞线旋转装置(202)旋转成带有角度的、绳索状复合绞线(4)，该复合绞线(4)然后进入紧邻的定型烘箱(203)中，定型烘箱(203)中设有两段加热定型温度段，其中第一段的加热温度为160℃～180℃，第二段的加热温度为200℃～220℃，定型烘箱(203)作为合股绞线旋转机构(2)的成品复合绞线(4)的输出端与牵引旋转收卷机构(3)相邻，牵引旋转收卷机构(3)由与多股绞线旋转装置(202)，同步旋转的牵引旋转机(301)和收卷机(302)组成。
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