CN101950622B - 一种碳纤维复合材料电缆芯及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高性能碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯和保护层，保护层通过缠绕工艺包覆在承重芯的外部，承重芯为耐高温高力学性能环氧树脂体系与碳纤维的复合物，保护层为耐高温耐候性能环氧树脂体系与玻璃纤维的复合物，承重芯的耐高温高力学性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别与保护层的耐高温耐候性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别不同。本发明由于承重芯和保护层选择为不同的环氧树脂体系，因此承重芯的环氧树脂体系高力学性能不会受到外部保护层的环氧树脂体系影响，而外部保护层优良的耐候性能保护了承重芯不受外部环境的伤害，使电缆芯的综合性能得到了大大的提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合材料电缆芯及其制作方法。
背景技术
碳纤维复合材料电缆芯作为传统钢芯的替代产品，由于长期在野外高温，日照，气候变化等恶劣条件下工作，要求其具有优良力学性能的同时，还具有耐高温、抗紫外线以及抗老化性等，对电缆芯的综合性能要求很高。
传统的碳纤维复合材料电缆芯结构为内部碳纤维与环氧树脂复合材料制成的承重芯，外部为玻璃纤维与环氧树脂复合物制成的保护层，两者共用同一种树脂体系。在同一种树脂体系下，耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响，通过改性增加某一方面的性能往往以牺牲另一方面性能为代价。
发明内容
本发明设计了一种碳纤维复合材料电缆芯及其制作方法，其解决的技术问题是传统高性能碳纤维复合材料电缆芯中，由于承重芯和保护层选择为同一种树脂体系，导致电缆芯在耐高温、抗张强度、抗弯强度、模量、抗压强度、抗紫外线以及抗老化性等性能之间互相影响或相互冲突。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯和保护层，所述保护层通过缠绕工艺包覆在所述承重芯的外部，所述承重芯为耐高温高力学性能环氧树脂体系与碳纤维的复合物，所述保护层为耐高温耐候性能环氧树脂体系与玻璃纤维的复合物，所述承重芯的耐高温高力学性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别与所述保护层的耐高温耐候性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别不同。
进一步，所述承重芯的耐高温高力学性能环氧树脂体系包括E51环氧树脂、TDE86环氧树脂（4、5—环氧环乙烷—1、2二甲酸二缩水甘油酯）、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种。
进一步，所述保护层的耐高温耐候性能环氧树脂体系包括E51环氧树脂、TDE86环氧树脂（4、5—环氧环乙烷—1、2二甲酸二缩水甘油酯）、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种。
进一步，所述保护层中还添加紫外吸收剂。
进一步，所述紫外吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327、三嗪-5中的一种或多种组合。
进一步，所述保护层中还添加能量转移剂。
进一步，所述能量转移剂为三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶基）亚磷酸酯或AM101中的一种或两种组合。
一种碳纤维复合材料电缆芯的制造方法，包括以下步骤：
第一步，将碳纤维由纱架引出，进入第一浸胶区浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温高力学性能环氧树脂体系；
第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5--12mm，调节温度使固化度达到85%以上；
第三部，两侧玻璃纤维引出后分别进入第二浸胶区和第三浸胶区浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温耐候性环氧树脂；
第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5--2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；
第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉，调节温度使两者充分固化；
第六步，复合材料电缆芯制品通过牵引机后，在收卷盘处收取。
该碳纤维复合材料电缆芯及其制造方法具有以下有益效果：
（1）本发明由于承重芯和保护层选择为不同的环氧树脂体系，因此承重芯的环氧树脂体系高力学性能不会受到外部保护层的环氧树脂体系影响，而外部保护层优良的耐候性能保护了承重芯不受外部环境的伤害，使电缆芯的综合性能得到了大大的提高。
（2）本发明由于在保护层中添加了紫外吸收剂和能量转移剂，使得电缆芯具有优良的耐高温性，耐候性即抗紫外线以及抗老化性能。
附图说明
图1是本发明碳纤维复合材料电缆芯的结构示意图；
图2是本发明碳纤维复合材料电缆芯的成型工艺示意图。
附图标记说明：
1—纱架；2—第一浸胶区；3—第一固化炉；4—第二浸胶区；5—第三浸胶区；6—缠绕区；7—第二固化炉；8—牵引机；9—收卷盘；10—碳纤维；11—玻璃纤维；12—承重芯；13—保护层。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯12和保护层13，保护层13通过缠绕工艺包覆在承重芯12的外部，承重芯12为耐高温高力学性能环氧树脂体系与碳纤维的复合物，保护层13为耐高温耐候性能环氧树脂体系与玻璃纤维的复合物，承重芯12的耐高温高力学性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别与保护层13的耐高温耐候性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别不同。因此承重芯的环氧树脂体系高力学性能不会受到外部保护层的环氧树脂体系影响，而外部保护层优良的耐候性能保护了承重芯不受外部环境的伤害，使电缆芯的综合性能得到了大大的提高。
承重芯12的耐高温高力学性能环氧树脂体系包括E51、TDE86、AG80、MY721、AFG90、DER331中的一种或者多种。保护层13的耐高温耐候性能环氧树脂体系包括E51、TDE86、AG80、MY721、AFG90、DER331中的一种或者多种。
E51环氧树脂类别低分子量液体双酚A型环氧树脂。TDE86环氧树脂的化学名称为：4、5—环氧环乙烷—1、2二甲酸二缩水甘油酯。AG80四官能团环氧树脂的主体树脂为氨基四官能环氧树脂；MY721环氧树脂为四官能环氧树脂；AFG90三官能团环氧树脂的主体树脂为氨酚基三官能环氧树脂；陶氏生产的DER331液体环氧树脂是由环氧氯丙烷和双酚A反应生成的产品。
保护层13中还添加紫外吸收剂。紫外吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327、三嗪-5中的一种或多几种组合。
保护层13中还添加能量转移剂。能量转移剂为三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶基）亚磷酸酯或AM101中的一种或两种组合。
因此，由于在保护层中添加了紫外吸收剂和能量转移剂，使得电缆芯在具有优良的耐高温性的同时，还具有优异的耐候性即抗紫外线以及抗老化性能。
如图2所示，为本发明碳纤维复合材料电缆芯的成型工艺示意图，其工作成型原理如下：
第一步，将碳纤维10由纱架1引出，进入第一浸胶区2浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温高力学性能环氧树脂体系；
第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉3预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5--12mm，调节温度使固化度达到85%以上；
第三步，两侧玻璃纤维11引出后分别进入第二浸胶区4和第三浸胶区5浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温耐候性环氧树脂；
第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区6缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5--2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；
第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉7，调节温度使两者充分固化；
第六步，复合材料电缆芯制品通过牵引机8后，在收卷盘9处收取。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种碳纤维复合材料电缆芯，包括承重芯（12）和保护层（13），所述保护层（13）通过缠绕工艺包覆在所述承重芯（12）的外部，其特征在于：所述承重芯（12）为耐高温高力学性能环氧树脂体系与碳纤维的复合物，所述保护层（13）为耐高温耐候性能环氧树脂体系与玻璃纤维的复合物，所述承重芯（12）的耐高温高力学性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别与所述保护层（13）的耐高温耐候性能环氧树脂体系中选择的环氧树脂数量和类别不同；所述承重芯（12）的耐高温高力学性能环氧树脂体系包括E51环氧树脂、TDE86环氧树脂（4、5—环氧环乙烷—1、2二甲酸二缩水甘油酯）、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种；所述保护层（13）的耐高温耐候性能环氧树脂体系包括E51环氧树脂、TDE86环氧树脂（4、5—环氧环乙烷—1、2二甲酸二缩水甘油酯）、AG80四官能团环氧树脂、MY721环氧树脂、AFG90三官能团环氧树脂、陶氏生产的DER331液体环氧树脂中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中还添加紫外吸收剂。
3.根据权利要求2所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述紫外吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327、三嗪-5中的一种或多种组合。
4.根据权利要求2或3所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述保护层（13）中还添加能量转移剂。
5.根据权利要求5所述碳纤维复合材料电缆芯，其特征在于：所述能量转移剂为三（1,2,2,6,6-五甲基哌啶基）亚磷酸酯或AM101中的一种或两种组合。
6.一种根据权利要求1至5任何一项所述碳纤维复合材料电缆芯的制造方法，包括以下步骤：
第一步，将碳纤维（10）由纱架（1）引出，进入第一浸胶区（2）浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温高力学性能环氧树脂体系；
第二步，浸胶完成后碳纤维进入第一固化炉（3）预固化，制得碳纤维复合芯，直径为5--12mm，调节温度使固化度达到85%以上；
第三步，两侧玻璃纤维（11）引出后分别进入第二浸胶区（4）和第三浸胶区（5）浸胶，使用的环氧树脂体系为耐高温耐候性环氧树脂；
第四步，浸胶后玻璃纤维通过缠绕区（6）缠绕包覆在碳纤维芯外层，单侧厚度为0.5--2mm，缠绕速度通过伺服电机控制与拉挤速度相同步；
第五步，碳纤维复合芯与玻璃纤维保护层复合后一起通过第二固化炉（7），调节温度使两者充分固化；
第六步，复合材料电缆芯制品通过牵引机（8）后，在收卷盘（9）处收取。
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