CN102516715A - 一种新型复合材料输电塔构件制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力工业领域，是一种新型复合材料输电塔构件制备方法。本发明经过混料、加热熔融、成型和冷却等工序得到环氧树脂基复合材料输电塔构件；复合材料由树脂组合物和玻璃纤维组成，树脂组合物由环氧树脂、固化剂、增塑剂和抗紫外线老化剂组成，各组分的质量百分比为环氧树脂70～85％，固化剂2～5％，增塑剂7～20％，抗紫外线剂0.5～1.5％。本发明制备的复合材料输电塔构件质量轻、性能优异和绿色环保，完全可以替代镀锌钢件。本发明生产工艺简单、操作方便和生产效率高，可以实现连续化自动生产。

Description

一种新型复合材料输电塔构件制备方法

技术领域

本发明属于电力工业领域，特别是涉及一种新型复合材料输电塔构件制备方法。

背景技术

目前，输电铁塔主要采用镀锌钢结构，镀锌钢结构输电塔在沿海地区和工业污染区腐蚀严重，使用寿命大大缩短，另外热镀锌方法本身存在能耗高和污染严重等缺点。从使用性能、能源和环保角度考虑，复合材料完全可以代替镀锌铁塔，复合材料输电塔需要解决的问题包括：1)刚度，复合材料弹性模量比钢材低得多，在弯曲荷载作用下变形较大，过大变形将影响输电线的电气安全距离；2)节点连接，塔架结构的节点连接是复合材料应用的关键问题；3)稳定性，一般输电塔架运行环境比较恶劣，尤其在高热与高寒地区，要求树脂材料具有高的冷、热稳定性；4)老化，复合杆塔的树脂基体受紫外线影响容易老化，这是制约复合杆塔应用的重要因素；5)制造技术，当前的复合材料构件主要靠拉挤成型技术和缠绕技术实现，研究具备抗老化功能树脂配方和多样化的成型技术是推广应用复合材料杆塔的关键；6)环保问题，复合材料的生产和报废处理面临一定程度的环境污染问题。

采用拉挤或缠绕成型工艺生产的电杆，材料性能得到提高，成本也已大幅降低。随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的完善，复合材料杆塔可以替代传统的镀锌钢结构杆塔用于盐渍土地区、沿海地区、山区、高寒高湿和人为破坏严重地区等。复合材料输电塔重新受到世界各国输电行业的重视，在欧美已经得到应用，其中研究开发和应用最为成熟的是美国，如1954年在夏威夷岛上安装的复合材料电杆至今仍在服役中，经受了高度盐雾腐蚀和经常经受飓风损伤。

目前，采用的树脂体系有环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂等，申请号为201020679506.7和201020679498.6的中国专利提供了聚氨酯复合型材生产方法，申请号为200910249925.9的中国专利提供了一种生产大直径玻璃钢圆筒的模具及方法，这些专利均采用双组分树脂室温固化体系，其不足之处是：1)完全固化时间长，生产效率低和很难实现连续生产；2)生产过程中存在溶剂污染，废旧产品无法回收利用。申请号为200510042803.4的中国专利提供了用玻璃纤维浸渍树脂基缠绕式复合绝缘子芯棒及制备方法。聚氨酯树脂比不饱和聚酯树脂加工的复合材料具有更大的强度、耐冲击力和较大比强度等优势，申请号为200720024505，的中国专利提供了一种免维护钢塑复合通讯塔生产方法，在塔杆型钢的外表面和/或内表面热浸塑复合有改性聚乙烯塑料层，只是用聚乙烯涂层代替热镀锌层防腐而已，不是真正的复合材料杆塔。

发明内容

本发明的目的是针对现有复合材料输电塔构件生产技术的不足，提供一种工艺简单、操作方便和生产效率高的新型复合材料输电塔构件制备方法。

本发明是通过以下方式实施的：

一种新型复合材料输电塔构件制备方法，经过混料、加热熔融、成型和冷却等工序得到环氧树脂基复合材料输电塔构件；复合材料由树脂组合物和玻璃纤维组成，树脂组合物由环氧树脂、固化剂、增塑剂和抗紫外线老化剂组成，各组分的质量百分比为环氧树脂70～85％，固化剂2～5％，增塑剂7～20％，抗紫外线剂0.5～1.5％；树脂组合物与玻璃纤维的质量百分比为：总玻璃纤维60～80％，树脂组合物为20～40％；环氧树脂为E8、E10、E12和E14型号中的至少一种，固化剂为20％葵二酸二酰肼和80％双氰胺的混合物，增塑剂为聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇缩丁醛热塑性树脂中的至少一种；玻璃纤维包括长纤维和短纤维，短纤维用于增加硬度，长纤维用于增加强度，用硅烷偶联剂对纤维进行表面活化处理。模具内腔采用氟树脂复合涂层进行防粘处理，提高生产效率；模具分为预热、成型和冷却三段，预拉应力下厂玻璃纤维挤压成型和经过冷却后得到复合材料构件。

其制备方法包括如下步骤：

1)玻璃纤维表面改性，用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行浸渍表面改性处理，改善纤维与树脂的相容性，提高玻璃纤维与树脂之间的结合强度；

2)树脂组合物制备，按比例称取环氧树脂、固化剂、增塑剂和抗紫外线剂，粉碎和搅拌得到均匀粉末混合物；

3)树脂与短玻璃纤维混合物制备，按比例称取树脂组合物和表面改性的短玻璃纤维，加热和螺杆挤出共混得到树脂与短玻璃纤维混合物；

4)复合材料拉压成型，将表面改性长玻璃纤维置于模具并施加预应力，将树脂与短玻璃纤维混合物二次熔融引入模具，通过调整温度调整粘度，在拉压力下进行成型。

另外，对于高弹性模量塔杆，其制备方法是将表面改性玻璃纤维密布构成圆柱形或方管形型材骨架，采用拉挤方法与树脂组合物熔体复合，经过冷却得到圆柱形或方管形复合材料塔杆

本发明的优点在于：

1)轻质高强，采用玻璃纤维提高复合材料塔杆的刚度；

2)耐腐蚀、耐老化、寿命长、尺寸稳定性好、绝缘性能好、减震性能好、色彩丰富、抗疲劳性等；

3)绿色环保，不使用有机溶剂，生产过程中无污染，边角料和报废构件可以通过加热重熔回收再利用；

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实施例：

实施例1

复合材料塔方形构件制备，方形分为长方形和正方形，采用田字结构增加方形管的刚度，采用圆弧结构减小尖角应力集中，管壁厚度为3～10mm。其制备方法包括：

1)玻璃纤维表面改性，用硅烷偶联剂对玻璃纤维进行浸渍表面改性处理，改善纤维与树脂的相容性，提高玻璃纤维与树脂之间的结合强度；

2)树脂组合物制备，树脂组合物的质量百分比为E10 35％、E8 45％、固化剂2％、增塑剂17％和抗紫外线剂1.0％，定量称取各种组分，粉碎和搅拌得到均匀粉末混合物；

3)树脂与短玻璃纤维混合物制备，树脂组合物与短玻璃纤维的质量百分比为为40％和60％，按比例称取两种组分，加热和螺杆挤出共混得到树脂与短玻璃纤维混合物；

4)复合材料拉压成型，树脂与总玻璃纤维的质量百分比为30％和70％，将表面改性长玻璃纤维置于模具并施加预应力，将树脂与短玻璃纤维混合物二次熔融引入模具，通过调整温度调整粘度，在拉压力下进行成型。

实施例2

复合材料塔圆形构件制备，采用田字结构增加方管的刚度，管壁厚度为3～10mm。

树脂组合物的质量百分比为E10 35％、E12 46％、固化剂3.5％、增塑剂15％和抗紫外线剂0.5％，树脂组合物与短玻璃纤维的质量百分比为为45％和55％，树脂与总玻璃纤维的质量百分比为25％和75％。其它同实施例1。

实施例3

复合材料塔角形构件制备，厚度为3～10mm，采用变厚结构增加角形件的刚度。

树脂组合物的质量百分比为E12 30％、E14 50％、固化剂4.5％、增塑剂14％和抗紫外线剂1.5％，树脂组合物与短玻璃纤维的质量百分比为为50％和50％，树脂与总玻璃纤维的质量百分比为22％和78％。其它同实施例1。

实施例4

复合材料杆塔制备，杆塔分为圆形管和方形管，管壁厚度为10～30mm。

1)树脂组合物的质量百分比为E10 20％、E12 25％、E14 35％、固化剂5.0％、增塑剂14％和抗紫外线剂1.0％，树脂组合物与短玻璃纤维的质量百分比为为70％和30％，树脂与总玻璃纤维的质量百分比为20％和80％。

2)将表面改性长玻璃纤维密布构成圆柱形或方管形型材骨架；

3)采用挤方法与树脂组合物熔体复合，经过冷却得到圆柱形或方管形复合材料塔杆。

其它同实施例1。

Claims (2)

1.一种新型复合材料输电塔构件制备方法，包括混料、加热熔融、成型和冷却工序；其特征是复合材料由树脂组合物和玻璃纤维组成；树脂组合物由环氧树脂、固化剂、增塑剂和抗紫外线老化剂组成，各组分的质量百分比为环氧树脂70～85％、固化剂2～5％、增塑剂7～20％、抗紫外线剂0.5～1.5％；树脂组合物与玻璃纤维的质量百分比为：玻璃纤维60～80％，树脂组合物为20～40％。

2.根据权利要求1所述的一种新型复合材料输电塔构件制备方法，其特征是环氧树脂为E8、E10、E12和E14型号中的至少一种；固化剂为20％葵二酸二酰肼和80％双氰胺的混合物；增塑剂为聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇缩丁醛热塑性树脂中的至少一种；玻璃纤维包括长纤维和短纤维，短纤维用于增加硬度，长纤维用于增加强度，用硅烷偶联剂对纤维进行表面活化处理。