CN101698739A - 碳纤维复合芯组合物及碳纤维复合芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力导线，具体涉及碳纤维复合芯组合物及碳纤维复合芯的制备方法。由高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，制备方法为碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；张力控制器调节张力，偶联剂喷涂器中装高压喷头喷涂雾状溶剂，纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热成型模具固化成型，成型模具分三区加热，预热区、凝胶区和固化区，固化后再经烘干筒二次固化，整个过程由液压牵引机连续牵引。碳纤维复合芯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。广泛用于电力架空线路。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力导线，具体涉及碳纤维复合芯组合物及碳纤维复合芯的制备方法。
背景技术
现有电力导线为钢芯铝铰导线，钢芯铝铰导线存在的缺陷：①强度低。②导电率低、载流量小，导线运行中存在钢丝材料引起的磁损和热效应，运行温度高。③线膨胀系数大，强度大，钢芯铝铰导线温度从26℃上升到183℃时。强度从236mm增加到1422mm。提高了35倍。④重量大。⑤不耐腐蚀，常规钢芯铝铰导线通电时铝线与镀锌钢线之间存在电化腐蚀问题。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀与环境亲和，实现电力传输节能、环保与安全的碳纤维复合芯组合物。
本发明的另一目的是提供碳纤维复合芯的制备方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种碳纤维复合芯组合物，本发明的特殊之处在于由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶120～140∶1～3∶60～80，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
一种碳纤维复合芯的制备方法，按下述步骤进行：
a、碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；
b、纤维张力控制器调节张力，纤维单丝张力为45N～55N；
c、偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成1％-3％的溶液，喷涂量为0.05cm3/分钟。纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热的成型模具中固化成型，其中加热的成型模具分三区加热，即预热区、凝胶区和固化区，三区温度依次分别为：120℃～130℃，160℃～1170℃，170℃～190℃；
d、固化后再经烘干筒二次固化，固化区温度控制为进口温度165℃～175℃，出口温度140℃～160℃；
e、整个过程由液压牵引机连续牵引。
本发明与现有技术相比，碳纤维复合芯导线是一种节能型增容导线，其加强芯由特高强度碳纤维合成的芯棒替代传统的钢芯或钢绞线，外层采用定形铝线与碳纤维复合芯铰合而成。碳纤维复合芯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。同时具有以下特点
1.强度高。普通钢丝的拉伸强度为1240MPa---1410MPa，而碳纤维复合芯导线强度是前者的两倍。
2.导电率高，载流量大。碳纤维复合芯导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6％。
3.线膨胀系数小，弛度小。碳纤维复合芯导线与传统导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝铰线的1/10，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了电线运行的安全性和有效性.
4.重量轻。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下碳纤维复合芯导线的铝截面积为常规导线的1.29倍。碳纤维复合芯导线单位长度重量约为常规导线的60～80％。
5.耐腐蚀，使用寿命长。碳纤维复合材料与环境亲和，而且又避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电腐蚀问题。较好的解决了铝导线长期运行的老化问题，使用寿命高于普通导线的2倍。
6.降低线路成本。碳纤维复合芯导线抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点可使杆、塔之间的跨距增大、高度降低、同样容量线路成本比普通导线低。
7、采用真空注射拉挤技术，无气泡，密度大。
8、采用高温胶料(≥200℃)生产，高温下测试各项性能指标，几乎无衰减现象。
9、采用耐酸腐蚀材料生产，同时加入纳米抗磨材料，所以在酸性介质(H2S，SO2)中不被腐蚀，延长了材料的使用寿命。
10、技术指标：
①密度：2.1g/cm3；
②吸水率：≤0.01％；
③拉伸强度：≥1600Mpa；
④抗弯强度：≥1100Mpa；
⑤耐应力试验：＞100h；
⑥马丁化耐热性：≥240℃。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
实施例1
一种碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶120～140∶1～3∶60～80，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例3。
实施例2
碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶125～135∶1.5～2.5∶65～75，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例3。
碳纤维复合芯导线，包括一根树脂基体筒内腔内连接一根碳纤维芯，树脂基体筒外圆周上缠有一层顺时针旋转的金属导线，顺时针旋转的金属导线外圆周上缠有一层逆时针旋转的金属导线，逆时针旋转的金属导线外圆周端部连接有紧固的紧箍，上述碳纤维芯的作用是承载负荷。上述设置的树脂基体筒的目的主要是为了保护碳纤维芯，同时提高了碳纤维复合芯导线的抗拉强度，所述金属导线可以是铝铰线或铜铰线或其他导电铰线。
实施例3
一种碳纤维复合芯的制备方法，按下述步骤进行：
a、碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；
b、纤维张力控制器调节张力，纤维单丝张力为45N～55N；
c、偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成1％-3％的溶液，喷涂量为0.05cm3/分钟，纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热的成型模具中固化成型，其中加热的成型模具分三区加热，即预热区、凝胶区和固化区，三区温度依次分别为：120℃～135℃，155℃～175℃，170℃～190℃；
d、固化后再经烘干筒二次固化，固化区温度控制为进口温度165℃～175℃，出口温度140℃～160℃；
e、整个过程由液压牵引机连续牵引。
实施例4
碳纤维芯组合物的制备方法，按下述步骤进行：
a、碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；
b、纤维张力控制器调节张力，纤维单丝张力为50N；
c、偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成2％的溶液，喷涂量为0.05cm3/分钟，纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热的成型模具中固化成型，其中加热的成型模具分三区加热，即预热区、凝胶区和固化区，三区温度依次分别为：125℃，165℃，180℃；
d、固化后再经烘干筒二次固化，固化区温度控制：进口温度170℃，出口温度150℃；
e、整个过程由液压牵引机连续牵引。
实施例5
一种碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶125～135∶1.5～2.5∶65～75，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例4。
实施例6
一种碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶125～130∶1.8～2.3∶68～72，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例4。
实施例7
一种碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶130∶2∶70，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例3。
实施例8
一种碳纤维复合芯组合物由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶125∶2.5∶75，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维，所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。制备方法同实施例4。
综上所述，本发明选用高强度碳纤维做为增强材料，真空注射拉挤工艺，其真空注射拉挤最少长度为2500米以上。
(一)原材料的筛选及控制要求：
原材料的合理选取及质量控制是保证碳纤维复合芯体产品质量的关键。
对树脂基体要求是：
①、树脂基体要求具有高韧性，在±80℃的严酷环境下不能有性能指标衰减的树脂基体。
②、具有耐热200℃以上的树脂基体。
③、对原材料的质量进行全面的检验，使用前储存在洁净、温、湿度适宜的环境中。
(二)成型工艺
根据碳纤维复合芯体的要求及特点，选用真空注射拉挤技术工艺生产。
真空注射拉挤技术工艺质量控制点：
①纤维张力控制要求纤维单丝张力至少为45N；
②纤维偶联剂处理，采用的Y-氨丙基三乙氧基硅烷。NH2-CH2-CH2-CH2-Si-COC2H5
③采用真空注射预浸装置，其真空压力为0.09Mpa；
④成型模具温度、拉挤速度控制；
真空注射拉挤工艺的关键部件为模具。原材料入模，并在其中固化后出模的过程是主要工艺过程，模具分三个区，即预热区、凝胶区和固化区，三区的温度是相互协调的，树脂/纤维的混合物首先进入预热区预热，预热温度为120℃～135℃；然后进入凝胶区，凝胶区温度为155℃～175℃，树脂开始反应，从粘稠液体渐变为凝胶状态，最后进入固化区固化，固化温度为170℃～190℃；
拉挤速度为：9.0cm/min
⑤二次固化工艺，二次固化在制品出了成型模具500mm后进行，控制固化区温度为进口165℃～175℃，出口140℃～160℃；
⑥液压牵引机控制
液压牵引机的结构特征是具有前、后两套同样结构和规格的牵引油缸和夹持油缸，各油缸通过管道与阀门和油泵、电动机相连而形成一个完整的液压系统，该系统的执行构件即前、后夹持油缸和牵引油缸能按逻辑程序自动交替循环动作，从而实现对芯体的连续牵引，其牵引力≥50KN夹持力≥30KN。
(三)产品经检测，确保产品质量满足要求。
Claims (5)
1.一种碳纤维复合芯组合物，其特征在于由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶120～140∶1～3∶60～80，所述碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合芯组合物，其特征在于由AFG-90高温环氧树脂，固化剂，促进剂，碳纤维组成，其中AFG-90高温环氧树脂∶固化剂∶促进剂∶碳纤维＝100∶125～135∶1.5～2.5∶65～75。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维复合芯组合物，其特征在于所述的固化剂为甲基四氢苯酐、甲迪纳迪克酸酐，所述的促进剂为2-乙基4-甲基咪唑、二甲胺基甲基、苄基二甲胺。
4.一种权利要求1或2所述的复合芯的制备方法，按下述步骤进行：
a、碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；
b、纤维张力控制器调节张力，纤维单丝张力为45N～55N；
c、偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成1％-3％的溶液，喷涂量为0.05cm3/分钟，纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热的成型模具中固化成型，其中加热的成型模具分三区加热，即预热区、凝胶区和固化区，三区温度依次分别为：120℃～130℃，160℃～170℃，170℃～190℃；
d、固化后再经烘干筒二次固化，固化区温度控制为进口温度165℃～175℃，出口温度140℃～160℃；
e、整个过程由液压牵引机连续牵引。
5.根据权利要求4所述的碳纤维芯组合物的制备方法，按下述步骤进行：
a、碳纤维由纱架经导纱机构，张力控制机构进入偶联剂喷涂器；
b、纤维张力控制器调节张力，纤维单丝张力为50N；
c、偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成2％的溶液，喷涂量为0.05cm3/分钟。纤维经偶联剂喷涂器进入真空注射预浸装置浸渍高温环氧树脂胶后进入加热的成型模具中固化成型，其中加热的成型模具分三区加热，即预热区、凝胶区和固化区，三区温度依次分别为：125℃，165℃，180℃；
d、固化后再经烘干筒二次固化，固化区温度控制：进口温度170℃，出口温度150℃；
e、整个过程由液压牵引机连续牵引。
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