CN101718150B - 一种复合材料杆塔及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层和第二外层，以及置于本体内的泡沫填充物，所述的本体为包括树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第一外层为包括耐候性树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第一外层、第二外层和本体内的泡沫填充物构成复合材料杆塔；本发明提供的复合材料杆塔，由于采用的脂环族环氧树脂和氟或氟的聚合物都具有优异的抗紫外线、防水防潮、不粘自清洁及电气绝缘特性，所以制成的复合材料杆塔非常适合户外各种恶劣气象条件下的长期运行。

Description

一种复合材料杆塔及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种复合材料杆塔，尤其涉及一种绝缘复合材料杆塔，可以作为电力线路、通讯设施，铁路电气化，轨道交通及公共事业及相关领域的绝缘支撑构件。

背景技术

目前，各个领域使用的传统杆塔、如输配电线路的铁塔，通讯杆塔，铁路电气化杆塔，都是采用钢筋混凝土或者钢铁制成，不仅重量重，而且这些杆塔都是导体，容易产生诸如雷电、大风、污秽、冰雪、盐雾等恶劣天气引起的运行事故。通讯杆塔由于屏蔽作用还会产生微波紊乱，影响通讯质量。铁路电气化传统杆塔的杂散电流还会造成对铁轨的腐蚀，等等。所有的短缺都将通过复合材料杆塔的绝缘特性得到克服。

目前也有一些技术，公开了采用复合材料制作电力杆塔或者类似产品，但是有的技术公开不够充分，如中国专利“200710168533.0”，名称为“10KV配电线路绝缘塔头”，公开了一种10KV配电线路绝缘塔头，其特征在于：采用憎水型高强度绝缘棒，用连接金具与针式绝缘子进行组装，形成一个绝缘塔头整体；或采用憎水型高强度绝缘棒直接与连接金具进行组装，形成一个绝缘塔头整体。对于憎水型高强度绝缘棒本身没有相应的介绍。

也有的技术，在应用中存在抗紫外线能力差，没有绝缘功能等缺陷。如中国专利“00131910.8”，名称为“一种用复合材料制作的电力杆塔”的专利申请所公开的一种用复合材料制作的电力杆塔，其特征是按照下述主要成份及重量比选取：聚酯树脂或环氧树脂或酚醛树脂40-60份，玻璃纤维或碳纤维40-60份，瓷粉或石英粉或轻质碳酚钙9-11份，颜料5-7份，阻燃剂6-10份，防老化剂3-5份，固化剂3-5份。不仅没有抗紫外线功能，而且碳纤维是导体不具有绝缘功能，故而其公开的电力杆塔不具备绝缘效果，并且碳纤维成本非常高，实际应用中不具备普遍推广的价值。

此外，如中国专利“200620072440.9”，名称为“新型复合电杆”所公开的，是一种玻璃纤维与聚氨酯复合的新型电杆，包括中空杆体，杆体是浸渍聚氨酯的玻璃纤维股绕轴的缠绕体，所述浸渍聚氨酯的玻璃纤维股由内到外依次是内层玻璃纤维层、中层芳香族聚氨酯层、外层脂肪族聚氨酯层构成，聚氨酯固化后三层结为一整体。

发明内容

本发明的目的是揭示一种复合材料杆塔，本身强度高，绝缘性能好，并且通过高强度本体和具备强抗紫外线能力的耐候性树脂的复合保护及具有超耐候、防水、阻燃、低表面能特性的氟和氟聚合物的涂敷，使复合材料杆塔具有绝缘、高强度、抗紫外线、耐天候、憎水、阻燃、不粘自洁等一系列优异特性，尤其适合户外长久使用。

本发明的技术方案是，一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层和第二外层，以及置于本体内的泡沫填充物，所述的本体为包括树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第一外层为包括耐候性树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第一外层、第二外层和本体内的泡沫填充物构成复合材料杆塔。

在本发明一个较佳实施例中，所述的本体为环氧树脂及玻璃纤维的复合材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂。

在本发明一个较佳实施例中，所述的泡沫填充物为绝缘的闭孔泡沫塑料。

在本发明一个较佳实施例中，所述的复合材料杆塔用作电力、通讯、铁路电气化、轨道交通及公用设施中的杆塔；该杆塔是整塔或者横担或者塔头；或者塔杆、横担与塔头之间的不同组合。

本发明的另一目的还在于提供一种复合材料杆塔的制造方法。可以生产出高绝缘性能、高强度、抗紫外线能力强的复合材料杆塔，尤其适合户外使用。

一种复合材料杆塔的制造工艺，包括：

将绝缘纤维浸渍树脂缠绕在预制的模具上，达到设计要求的壁厚与长度，形成复合材料杆塔的本体；

再在复合材料杆塔本体的外面继续缠绕浸渍耐候性树脂的绝缘纤维，形成复合材料杆塔的第一外层；

复合材料杆塔第一外层成形后，安照预先设计的温度和时间对应要求进行加温固化；

再在固化后的复合材料杆塔外面打磨抛光，涂敷氟或氟的聚合物，形成复合材料杆塔的第二外层；

还包括在复合材料杆塔内填充闭孔的塑料泡沫；

所述的树脂或者耐候性树脂浸渍绝缘纤维的过程中，需添加辅助材料。

在本发明一个较佳实施例中，所述的绝缘纤维为玻璃纤维。

在本发明一个较佳实施例中，所述的树脂为环氧树脂。

在本发明一个较佳实施例中，所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂。

在本发明一个较佳实施例中，所述的辅助材料包括固化剂、促进剂、填料和颜料。

本发明揭示的复合材料杆塔，由于采用了氟或氟的聚合物以及耐候性树脂作为原料的一部分，所以抗紫外线能力得到极大的提高，并且憎水，在户外长时间使用的环境下，不易老化，内部填充轻质的绝缘材料，使得复合材料杆塔重量轻，此外，提高了复合材料杆塔整体绝缘水平。

附图说明

附图1为本发明较佳实施例中复合材料杆塔的示意图；

附图2为本发明较佳实施例中复合材料杆塔制造方法的流程示意图。

本体1，第一外层2，第二外层3，填充层4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明揭示的一种复合材料杆塔，可以应用在路灯杆、红绿灯杆、电子监控杆、输配电电力系统的塔头、杆塔、整塔及横担等各个产品上，本实施例中以杆塔为示例来说明，但本发明并不是以此为限，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

如图1所示，本实施例中的复合材料杆塔截面呈圆形，但是本发明并不限于此，可以是椭圆形、方形、多边形或者相关形状。在复合材料杆塔中包括本体1，第一外层2，第二外层3和填充层4。其中的本体1由树脂和绝缘纤维的复合材料组成，本实施例中，树脂优选为环氧树脂，但也可以为其他如酚醛树脂、聚氨酯树脂等。绝缘纤维优选为玻璃纤维，尤其是玻璃纤维中的E类纤维，但也可以是玄武岩纤维。

在本实施例中，第一外层2由耐候性树脂和绝缘纤维的复合材料组成，其中耐候性树脂优选脂环族环氧树脂，但也可以是氟改性环氧树脂或酚醛改性环氧树脂，同样可以起到抗紫外线的作用。本实施例中的绝缘纤维还是优选E类玻璃纤维，但同样可以采用其他如玄武岩纤维。

由于脂环族环氧树脂具有以下优异性能，所以此处的耐候性树脂优选脂环族环氧树脂。

脂环族环氧树脂的分子结构中不含苯环，具有良好的耐侯性能和抗紫外辐射。

因为脂环族环氧树脂分子结构中的环氧基不是来自环氧丙烷，环氧基直接连接在脂环上，所以，脂环族环氧树脂的热稳定性良好：由于脂环族环氧树脂的环氧基直接连接在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度增大，因而热变形温度比较高，马丁耐热可以达到190℃以上，热分解温度大于360℃。固化收缩率小，拉伸强度高。

由于脂环族环氧树脂合成的过程中不含氯、钠等离子，因此脂环族环氧树脂都具有良好的介电性能，无论是从比电阻还是从介电损耗角正切值看，均较双酚A型环氧树脂为优。

脂环族环氧树脂的粘度都比较小，因此，在浇注和压制制件时作业较方便，这一点，尤其是对大部件的制件加工时，更显得重要。

脂环族环氧树脂对有机酸和酸酐的反应活性比对胺类的反应活性大。因此，在酸性固化剂中便能充分固化。这样一来就避免了使用毒性大、挥发性大的胺类固化则，对操作人员比较安全。

在本发明实施例中，由包含脂环族环氧树脂制造的有机绝缘体来代替户外装置中的陶瓷制品、水泥及钢铁制品。与陶瓷相比，它具有重量轻、体积小，抗冲击性好等优点，而且可以较经济地制成大小、形状各异的产品。这类产品可以同时满足热冲击电阻良好、热变形温度高、临界电气特性优良的要求。

复合材料杆塔的第二外层3采用氟或氟的聚合物，因为氟或氟的聚合物具有优良的电绝缘性、超高耐候性、抗紫外线辐照、高化学稳定性、抗湿防水性、低表面能和低摩擦系数、不粘性和抗沾污性。

填充层4是采用绝缘泡沫材料进行填充，本发明实施例中，优选采用闭孔的绝缘泡沫塑料进行填充，也可以采用油或者SF6气体进行填充，但是后两者对于密封的要求相对更为严格，而绝缘泡沫塑料本身质量比较轻，成本也在可接受范围。

请参见附图2，此处示意了复合材料杆塔的制造工艺，分别有以下几个步骤组成。

缠绕浸渍树脂的绝缘纤维S1，首先把树脂置于树脂槽，将绝缘纤维经过分纱器后通过树脂槽，绝缘纤维经过树脂槽中树脂的浸渍后，再通过缠绕设备上的集纱器进行卷绕，所述的缠绕设备设置有芯棒，由缠绕设备的芯棒将上述浸渍树脂的绝缘纤维进行卷绕工作，待缠绕到一定程度后，就形成了复合材料杆塔的本体1。此处的缠绕有厚度和长度的要求，也即复合材料杆塔的长度以及本体的厚度，根据不同的应用场合，厚度及长度要求各不相同。由于树脂是以液体形态浸入绝缘纤维中，因此树脂会渗透入绝缘纤维内。此处的树脂优选环氧树脂，但也可以是其他如酚醛树脂等，此处的绝缘纤维优选为E类玻璃纤维，但也可以是玄武岩纤维等。此处的芯棒可以采用不同形状，从而制造出来的最终的复合材料杆塔的形状也可以各种各样。

缠绕浸渍耐候性树脂的绝缘纤维S2，形成复合材料杆塔的本体1以后，继续以此绝缘纤维和形成的本体1为基础，在缠绕设备芯棒外的本体1上进行卷绕。此处树脂槽内放置的是耐候性树脂，因此此处卷绕的是浸渍过耐候性树脂的绝缘纤维。此处的耐候性树脂优选为脂环族环氧树脂，耐候性树脂分为热固性和热塑性两种，此处并不限制，也可以是氟环氧树脂或酚醛环氧树脂。耐候性树脂同样会渗透入绝缘纤维里面，形成第一外层2。

加温固化S3，对经过上述步骤后制成的构件进行加温固化，经过固化后，得到的构件是一体的，并进行二次固化。二次固化(或称后固化)时间与固化温度条件有关，本实施例中，在固化温度为45℃～50℃条件下，固化时间在3小时左右；在固化温度为60℃～80℃条件下，固化时间在2小时左右；在固化温度为100℃～120℃条件下，固化时间为2小时左右；在固化温度为140℃～160℃条件下，固化时间为2小时左右。然后自然降温至常温，完成固化程序。但是也可以根据当时天气状况，如：空气湿度、温度、产品厚度等条件调节温升程序。然后，抽出芯棒，形成中间品。

打磨抛光并涂氟或氟的化合物S4，经过固化后，形成了中间品，然后，在中间品的第一外层2外面进行打磨抛光，在经过抛光后的表面涂上氟或氟的聚合物，形成第二外层3。根据产品应用当地的天候、气温、污秽等级及太阳光照的强弱确定涂层厚度，涂层可以底涂、面涂，底涂也可以采用和基体树脂附着力好的耐候性涂料，以降低氟和氟聚合物的用量，降低成本。但面涂必须是氟和氟的聚合物。面涂可以一遍二遍，也可以多遍。

填充绝缘材料S5，在本体内部再填充绝缘材料，比如闭孔的绝缘泡沫塑料或者油等绝缘材料，形成填充层4，制成复合材料杆塔，然后进行检测和试验，看制成的复合材料杆塔是否合格，尤其在绝缘性能等方面。如果是填充了油或者SF6等，则还需要将复合材料杆塔两端的端口进行密封，以防止SF6或者油的泄漏。此处的填充绝缘材料S5的步骤，可以设置在打磨抛光并涂氟或氟的化合物S4之后，也可以设置在此步骤之前，先进行填充绝缘材料S5。

在绝缘纤维浸渍树脂或者耐候性树脂的过程中，需要添加辅助材料，辅助材料包括适量的固化剂、促进剂、填料和颜料，也可以适当添加阻燃剂等材料，视实际的需求和应用而定。

此处制成的复合材料杆塔截面是圆形或接近于圆形的，但是同样可以采用上述方法，制成截面为椭圆形或方形或多边形的复合材料杆塔，只不过缠绕时采用的芯棒形状不同而已。此外，缠绕设备上的芯棒也可以采用异形的，比如芯棒上下不同粗细等，从而制造成其他所需要的复合材料杆塔。

此外，还可以采用干法缠绕制作复合材料杆塔，下面简单的进行介绍，将绝缘纤维浸渍树脂，然后进行烘干，形成半固化状态的绝缘纤维与树脂的复合材料，经过加热后软化，再缠绕在芯棒上，形成复合材料杆塔的本体1；将绝缘纤维浸渍耐候性树脂，然后进行烘干，形成半固化状态的绝缘纤维与耐候性树脂的复合材料，经过加热软化后，再缠绕在芯棒外的本体1上，形成复合材料杆塔的第一外层2，然后经过加温固化，在第一外层进行打磨抛光处理，涂覆氟或氟的聚合物，形成第二外层3，在本体内填充泡沫填充物，形成填充层4。

本发明实施例制成的复合材料杆塔，其长度可以按照设计需要进行制作，或者可以制作不同直径或者尺寸的复合材料杆塔，然后将相配套的复合材料杆塔再次进行组装，比如套装或者法兰固定连接，从而制成比较高的杆塔或者下面粗、上面细的杆塔等。

本发明揭示的复合材料杆塔，由于采用了氟或氟的聚合物以及耐候性树脂作为杆塔组成的一部分，所以抗紫外线能力得到极大的提高，并且憎水，不粘自清洁的能力强。在户外长时间使用的环境下，不易老化，内部填充轻质的绝缘材料，使得复合材料杆塔重量轻，此外，提高了复合材料杆塔整体绝缘水平。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复合材料杆塔，包括本体，置于本体外的第一外层和第二外层，以及置于本体内的绝缘填充物；其特征在于，所述的本体为包括树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第一外层为包括耐候性树脂与绝缘纤维的复合材料，所述的第二外层为氟或氟的聚合物，所述的本体、第一外层、第二外层和本体内的绝缘填充物构成复合材料杆塔，所述本体内的绝缘填充物为油或者六氟化硫气体。

2.根据权利要求1所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的本体的所述绝缘纤维经过所述树脂的浸渍。

3.根据权利要求1所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的第一外层的所述绝缘纤维经过所述耐候性树脂的浸渍。

4.根据权利要求3所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的本体内的绝缘填充物为六氟化硫气体。

5.根据权利要求1～4之一所述的复合材料杆塔，其特征在于，所述的复合材料杆塔用作电力、通讯、铁路电气化、轨道交通及公用设施中的杆塔；该杆塔是整塔或者横担或者塔头；或者塔杆、横担与塔头之间的不同组合。

6.一种复合材料杆塔的制造工艺，包括：

将绝缘纤维浸渍树脂缠绕在预制的模具上，达到设计要求的壁厚与长度，形成复合材料杆塔的本体；

再在复合材料杆塔本体的外面继续缠绕浸渍耐候性树脂的绝缘纤维，形成复合材料杆塔的第一外层；

复合材料杆塔第一外层成形后，按照预先设计的温度和时间对应要求进行加温固化；

再在固化后的复合材料杆塔外面打磨抛光，涂敷氟或氟的聚合物，形成复合材料杆塔的第二外层；

还包括在复合材料杆塔内填充绝缘填充物，所述绝缘填充物为油或者六氟化硫气体；

所述的树脂或者耐候性树脂浸渍绝缘纤维的过程中，需添加辅助材料。 

7.根据权利要求6所述的复合材料杆塔的制造工艺，其特征在于，所述的绝缘纤维为玻璃纤维。

8.根据权利要求7所述的复合材料杆塔的制造工艺，其特征在于，所述的树脂为双酚A环氧树脂。

9.根据权利要求8所述的复合材料杆塔的制造工艺，其特征在于，所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂。

10.根据权利要求6所述的复合材料杆塔的制造工艺，其特征在于，所述的绝缘填充物为六氟化硫气体。 

Images