CN102103902A

CN102103902A - 输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆及其制备方法

Info

Publication number: CN102103902A
Application number: CN 201110029722
Authority: CN
Inventors: 程逸建; 程正珲
Original assignee: NANJING LOYALTY COMPOSITE EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Current assignee: NANJING LOYALTY COMPOSITE EQUIPMENT MANUFACTURE CO Ltd
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2011-06-22

Abstract

一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆及制备方法，它由起承载作用的芯线（1）和至少一层起导电作用的金属导线（2）组成，所述的芯线（1）包裹在金属导线（2）中，其特征是所述的芯线（1）由多股碳纤维复合芯（3）组成，各股碳纤维复合芯（3）呈斜向拧合粘结成一体。本发明的电缆具有比重轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、驰度低、热膨胀系数小。

Description

输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种输电线路电缆，尤其是一种采用复合材料作为芯线的电缆及其制备方法，具体地说是一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆及其制备方法。

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，2008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，但现有的芯线均为单根圆形，不仅制造难度大，而且综合强度不高，以至于难以推广运用，限制了此类电缆的推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的复合材料芯线电缆主要呈单圆柱形存在的制造难度大，综合强度不高的问题，设计一种由多股复合材料芯绞合组成具有斜向角度的芯线的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，同时提供其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，它由起承载作用的芯线1和至少一层起导电作用的金属导线2组成，所述的芯线1包裹在金属导线2中，其特征是所述的芯线1由多股碳纤维复合芯3和至少一层玻纤带防护层4组成，各股碳纤维复合芯3和玻纤带防护层4呈斜向拧合粘结成一体。

所述的芯线1至少由7股直径不小于1毫米碳纤维复合芯3组成；每股碳纤维复合芯3及玻纤带防护层4与轴心线的夹角不大于10度。

所述的金属导线2为铝导线，它由多根铝线斜向挤压包覆缠绕在芯线1，当所述的金属导线层的数量为两层以上时，相邻层的金属导线2的缠绕方向相反。

本发明的技术方案之二是：

一种权利要求1所述的输电线路碳纤维复合绞线增加芯电缆制备方法，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预成型器中，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的间隙，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-1000 mm/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，得到复合绞线芯并收卷在收卷盘上；

第九步，将缠绕有复合绞线芯的收卷盘安装在电缆绞线机架尾部支架上；

第十步，将复合绞线芯末端引入电缆绞线机中心轴后再用牵引带引入电缆绞线机头孔中，然后引入电缆收卷盘上固定；

第十一步，按照通用电缆绞线机通常加工方法，进行绞线加工，控制进线速度在10~15m/min，以防碳纤维复合绞线芯表面受损。

本发明的有益效果：

本发明的电缆具有比重轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、线损低、驰度低、热膨胀系数小。

本发明的方法简单易，可在一条生产线上一次性成型。

附图说明

图1是本发明的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆的结构示意图。

图2是本发明的电缆生产线结构示意图。

图2（a）是芯线制造设备部分。

图2（b）是电缆成形设备部分。

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。

一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，它由起承载作用的芯线1和至少一层（图中为2层）起导电作用的金属导线2组成，所述的芯线1包裹在金属导线2中，所述的芯线1由多股碳纤维复合芯3组成，各股碳纤维复合芯呈斜向拧合粘结成一体。在碳纤维复合绞线芯表面与铝导线之间缠绕有一层起绝缘作用玻纤带的保护层4。所述的芯线1至少由7股直径不小于1毫米碳纤维复合芯3组成；每股碳纤维复合芯3与轴心线的夹角不大于10度。所述的金属导线2为铝导线，它由多根铝线斜向挤压包覆缠绕在芯线1，当所述的金属导线层的数量为两层以上时，相邻层的金属导线2的缠绕方向相反。

实施例二。

一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆制备方法，它包括以下步骤：

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，得到复合绞线芯并收卷在收卷盘上；如图2（a）所示。

第十一步，按照通用电缆绞线机通常加工方法，进行绞线加工，控制进线速度在10~15m/min，以防碳纤维复合绞线芯表面被挤压受损。如图2(b)所示。具体实施时还可在碳纤维复合绞线芯表面与铝导线之间缠绕有一层起绝缘作用玻纤带的保护层4。

图2（a）是本发明的芯线制造设备流程图，它是本发明整个生产线的前部，与图2（b）所示的电缆成型线一起组成整个生产线。图2（a）的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501、合股绞线旋转机构502、牵引收卷机构503, 线材缠绕机构501的数量与最终成品碳纤维复合绞线的股数相等（它可为图2（a）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，图中所示的为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501最终输出的线材均同步送入同一合股绞线旋转机构502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收卷机构503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504相互串接成一个整体，固化烘箱108作为绞线旋转机构501的输出接合股绞线旋转机构502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，定型模具的中心位置处设有与最终成型复合绞线股数相配的模腔，在定型模具上设有与模腔相通的浸渍液注入口，各股线缠绕机构1中的固化烘箱108送来的线材浸渍后送入定型模具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504，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502的成品复合绞线504的输出端与牵引收卷机构503相邻，牵引收卷机构503由与多股绞线旋转装置202同步旋转的旋转牵引机301和旋转收卷机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中旋转的旋转牵引机301和旋转收卷机302可采用常规的牵引机和收卷机进行简单的改造而成，即将牵引机和收卷机安装在一个转动装置上即上。

图2（b）所示的电缆生产线的入口与图2（a）所示的生产线的尾端的收卷盘8相连，收卷盘8上的芯线穿过放线器4和绞头5和固定盘6后与电缆收线盘7相连，放线器4中放出的铝导线通过绞头缠绕在芯线上形成图1所示的电缆，最后收在收线盘7上。

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

1.一种输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，它由起承载作用的芯线（1）和至少一层起导电作用的金属导线（2）组成，所述的芯线（1）包裹在金属导线（2）中，其特征是所述的芯线（1）由多股碳纤维复合芯（3）和至少一层玻纤带防护层（4）组成，各股碳纤维复合芯（3）和玻纤带防护层（4）呈斜向拧合粘结成一体。

2.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，其特征是所述的芯线（1）至少由7股直径不小于1毫米碳纤维复合芯（3）组成；每股碳纤维复合芯（3）与轴心线的夹角不大于10度。

3.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆，其特征是所述的金属导线（2）为铝导线，它由多根铝线斜向挤压包覆缠绕在芯线（1），当所述的金属导线层的数量为两层以上时，相邻层的金属导线（2）的缠绕方向相反。

4.一种权利要求1所述的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆制备方法，其特征是它包括以下步骤：

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分，控制纤维含水率小于3%，周波烘箱的温度控制在400℃~500℃；

第十一步，按照通用电缆绞线机通常加工方法，进行绞线加工，控制进线速度在10~15m/min，以防碳纤维复合绞线芯表面被挤压受损。

5.根据权利要求4所述的输电线路碳纤维复合绞线增强芯电缆制备方法，其特征是在碳纤维复合绞线芯表面与铝导线之间缠绕有一层起绝缘作用的玻纤带保护层。