CN102732107A - 一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及输电线路架空导线技术领域，具体公开了一种增强树脂基复合芯棒耐候性的涂料及方法。本发明涂料包括如下重量百分比的组分：氟碳树脂40～70%、与氟碳树脂相溶的有机溶剂20～40%以及固化剂5～25%。采用本发明的涂料及方法对芯棒进行处理后，能够显著提高复合芯棒的耐候性能；并且本发明的涂料及方法成本低廉、能与芯棒生产线进行匹配，不影响原芯棒生产线效率，适用于高品质芯棒的工业化生产。

Description

一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料及方法

技术领域

本发明涉及输电线路架空导线技术领域，具体公开了一种增强树脂基复合芯棒耐候性的涂料及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，对电力的需求持续增长，因此需要不断增大输送线路的输送容量。传统架空导线采用钢芯铝绞线，由于采用钢芯作为加强芯，其具有重量大、热膨胀系数高、强度低等缺点，在提高线路输送容量时，会带来弧垂大等安全问题。

因此国内外开发了一种纤维增强树脂基复合芯软型铝绞线。所述纤维增强树脂基复合材料为以树脂为基体，以纤维或其织物为增强体的复合材料。由于纤维增强树脂基复合材料芯棒具有强度大、耐高温、线膨胀系数小，重量轻的特点，将其作为导线加强芯时有利于改善导线的弧垂特性，因而采用纤维增强树脂基复合材料芯棒制造的复合芯导线与同结构钢芯铝绞线相比线路的输送能力能大幅提高，同时有效降低线路弧垂，提高安全系数。

但是由于芯棒外层采用树脂层包覆，而树脂材料的特性决定了其在高温环境下会热老化，同时外界环境中的紫外线会使其分解，大大降低了复合芯棒的寿命，给输电线路带来了很大的安全隐患。这使得用户在使用该新型导线时有很多顾虑。

因此必须提高芯棒的耐候性能，传统的办法是通过提高树脂基体性能，添加一定抗老化添加剂提高其耐候性能，但是会带来树脂成本提高，加工性能降低等缺点，最终影响到芯棒的成本，进而使整个导线的成本增加。因此有必要在不提高现有芯棒用树脂成本和加工成本前天下，解决芯棒的耐候性问题，具有重大的技术和经济意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料，以及用该涂料提高树脂基复合材料芯棒耐候性的方法。

本发明第一方面公开了一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料，所述涂料包括如下重量百分比的组分：

氟碳树脂                  40～70%

与氟碳树脂相溶的有机溶剂  20～40%

固化剂                    5～25%。

较优的，所述涂料包括如下重量百分比的组分：

氟碳树脂                  50～60%

与氟碳树脂相溶的有机溶剂  25～35%

固化剂                    10～20%。

较优的，所述氟碳树脂为PEVE氟碳树脂。

更优的，所述PEVE氟碳树脂由含氟单体与烷基乙烯醚共聚获得。

进一步的，所述含氟单体与烷基乙烯醚的质量比为4～6：1。

最优的，所述含氟单体为三氟氯乙烯。

较优的，所述与氟碳树脂相溶的有机溶剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲基异丁基酮或丙二醇甲醚乙酸酯。

较优的，所述固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯缩二脲、六亚甲基二异氰酸酯三聚体或异佛尔酮二单氰酸酯。

最优的，所述固化剂为六亚甲基二异氰酸酯缩二脲。

本发明第二方面公开了前述提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料的制备方法，步骤为：

1）将氟碳树脂和与氟碳树脂相溶的有机溶剂按比例混合、分散均匀，然后将分散均匀的混合物进行研磨，获得氟碳树脂分散液；

2）向上一步的氟碳树脂分散液中按比例加入固化剂，充分搅拌并混合均匀，获得涂料。

较优的，步骤1）氟碳树脂及有机溶剂的混合、分散采用高速分散机分散5～15min。更优的，采用高速分散机分散10min。

较优的，步骤1）获得的氟碳树脂分散液细度达20～40μm。最优的，氟碳树脂分散液细度达30μm。

较优的，步骤2）向氟碳树脂分散液中加入固化剂后，经高速分散机充分搅拌并混合均匀。

本发明第三方面公开了一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的方法，为用本发明的涂料喷涂到树脂基复合材料芯棒外表面形成涂料层；烘干涂料层。

较优的，所述喷涂为采用压缩空气对涂料进行喷涂。

较优的，所述喷涂速度为0.5～1.2m/min；最优的，所述喷涂速度为1m/min。

较优的，所述涂料层厚度为30～40μm。

较优的，所述烘干温度为30～50℃。

较优的，在将涂料喷涂到树脂基复合芯棒外表面之前，对芯棒进行清理，除去芯棒表面污渍。

更优的，采用乙醇（酒精）对芯棒进行清理。

在树脂基复合材料芯棒外表面形成涂料层并将涂料层烘干后，将芯棒包装上盘，获得耐候性改进的树脂基复合材料芯棒。

本发明第四方面公开了前述涂料在提高树脂基复合材料芯棒耐候性中的应用。

较优的，所述耐候性包括耐热性和抗紫外性能。

本发明第五方面公开了一种耐候性改进的树脂基复合材料芯棒，包括树脂基复合材料内芯、树脂层，还包括本发明所述的涂料构成的涂料层；所述树脂基复合材料内芯设置于所述树脂层内部，所述涂料层包裹于所述树脂层的外部。

较优的，所述树脂层为环氧树脂层。

更优的，所述树脂层为酚醛环氧树脂层或乙烯基环氧树脂层。

通过本发明氟碳基涂料及本发明方法对芯棒进行处理后，能够显著提高复合芯棒的耐候性能；并且本发明的氟碳基涂料及方法成本低廉、能与现有的芯棒生产线进行匹配，不影响原芯棒生产线效率，适用于高品质芯棒的工业化生产，制备耐候性能好，能够满足相关产品标准要求的高耐候性芯棒。

附图说明

图1：本发明方法制备的纤维增强树脂基复合材料芯棒的结构示意图（1.内芯2.树脂层3.涂料层）

图2：芯棒抗紫外线老化性能结果图（a.空白对照b.对照组c.实验组）

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本实用新型，应理解，实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的保护范围。

实施例1

1.实验材料：

A．PEVE氟碳树脂，购自上海衡峰氟碳材料有限公司

B．芯棒：内芯由体积比为30%碳纤维、50%玻璃纤维以及20%改进型环氧树脂（购自美国亨斯曼公司）组成；芯棒外层树脂层的树脂基体为改进型环氧树脂（购自美国亨斯曼公司）；记为C1。

2.实验方法

1)将PEVE氟碳树脂和乙酸丁酯按1:1的质量比混合并用高速分散机分散约10min，然后将混合物经砂磨机研磨至细度达30μm，得到氟碳树脂分散液。

2）将以上制得的氟碳树脂分散液按4:1的质量比加入六亚甲基二异氰酸酯缩二脲，经高速分散机充分搅拌并混合均匀，可制得氟碳基涂料。

3）通过乙醇（酒精）对芯棒C1进行清洗，去除其表面污渍等。

4）利用压缩空气将涂料喷涂在芯棒C1上，速度为1m/min，涂料层厚度为30μm。

5）在30℃对芯棒进行烘干。

6）将烘干后的芯棒进行包装上盘，获得耐候性改进的树脂基复合材料芯棒记作S1。

实施例2

1.实验材料：

A．PEVE氟碳树脂，同实施例1。

B．芯棒：内芯由体积比为30%碳纤维、50%芳族聚酰胺纤维以及20%乙烯基环氧树脂（购自上海合成树脂研究所）；芯棒外层树脂层基体为乙烯基环氧树脂；记为C2。

2.实验方法

1)将PEVE氟碳树脂和乙酸乙酯按7:2的质量比混合并用高速分散机分散约15min，然后将混合物经砂磨机研磨至细度达40μm，得到氟碳树脂分散液。

2）将以上制得的氟碳树脂分散液按9:1的质量比加入六亚甲基二异氰酸酯缩二脲，经高速分散机充分搅拌并混合均匀，可制得氟碳基涂料。

3)通过乙醇（酒精）对芯棒C2进行清洗，去除其表面污渍等。

4）利用压缩空气将涂料喷涂在芯棒C2上，速度为0.5m/min，涂料层厚度约为35μm。

5）在40℃范围内对芯棒进行烘干。

6）将烘干后的芯棒进行包装上盘，记作S2。

实施例3

1.实验材料：

A．PEVE氟碳树脂，同实施例1。

B．芯棒：内芯由体积比为35%碳纤维、45%玻璃纤维以及20%酚醛基环氧树脂（购自上海新华树脂厂）组成；芯棒外层树脂层基体为酚醛基环氧树脂；记为C3。

2.实验方法

1)将PEVE氟碳树脂和甲基异丁基酮按12:7的质量比混合并用高速分散机分散约15min，然后将混合物经砂磨机研磨至细度达20μm，得到氟碳树脂分散液。

2）将以上制得的氟碳树脂分散液按19：1的质量比加入六亚甲基二异氰酸酯三聚体，经高速分散机充分搅拌并混合均匀，可制得氟碳基涂料。

3）通过乙醇（酒精）对芯棒C3进行清洗，去除其表面污渍等。

4）利用压缩空气将涂料喷涂在芯棒C3上，速度为1.2m/min，涂料层厚度约为40μm。

5）在50℃范围内对芯棒进行烘干。

6）将烘干后的芯棒进行包装上盘，记作S3。

实施例4

1.实验材料：

A．PEVE氟碳树脂，同实施例1。

B．芯棒：内芯由体积比为35%碳纤维、45%芳族聚酰胺纤维以及20%酚醛基环氧树脂（购自上海新华树脂厂）；芯棒外层树脂层基体为酚醛基环氧树脂；记为C4。

2.实验方法

1)将PEVE氟碳树脂和丙二醇甲醚乙酸酯按2:1的质量比混合并用高速分散机分散约5min，然后将混合物经砂磨机研磨至细度达30μm，得到氟碳树脂分散液。

2）将以上制得的氟碳树脂分散液按3:1加入异佛尔酮二单氰酸酯，经高速分散机充分搅拌并混合均匀，可制得氟碳基涂料。

3）通过乙醇（酒精）对芯棒C4进行清洗，去除其表面污渍等。

4）利用压缩空气将涂料喷涂在芯棒C4上，速度为1m/min，涂料层厚度约为35μm。

5）在30℃范围内对芯棒进行烘干。

6）将烘干后的芯棒进行包装上盘，记作S4。

实施例5

1.实验对象

对实施例1-4制备的喷涂有提高材料耐候性涂料的树脂基复合材料芯棒S1-S4的耐热性能和抗紫外线性能进行检测，实验数据如下：

2.检测方法及数据

2.1芯棒耐热老化性

2.1.1检测方法：

1）原始抗拉强度：对待检测芯棒（S1-S4）不做任何处理，取合适长度试样，两端做好端头，处理好的端头能牢固的固定在拉力机上，确保在轴向拉伸试验中试样不滑落，同时试样有效拉伸长度应不小于70 D。试验中保证试样的纵轴线与拉伸的中线重合。拉伸速度应取为1mm/min～6mm/min，检测芯棒强度。

2）高温抗拉强度：将芯棒（S1-S4）在190℃温度下放置400h后，取合适长度试样，两端做好端头，处理好的端头能牢固的固定在拉力机上，确保在轴向拉伸试验中试样不滑落，同时试样有效拉伸长度应不小于70D。试验中保证试样的纵轴线与拉伸的中线重合。拉伸速度应取为1mm/min～6mm/min，检测芯棒强度。

3）检测标准：检测对象的高温抗拉强度不低于其标称强度的95%为合格。

2.1.2检测结果

表1  芯棒耐热老化实验结果

由表1可知，检测对象S1-S4的高温抗拉强度均不低于其原始抗拉强度的95%，本发明涂料喷涂制备的芯棒质量均合格。

2.2芯棒抗紫外线老化性能

2.2.1检测方法

1.实验对象的制备：

1）实验组：将实施例1-4制备的改进的芯棒S1-S4放置于紫外波长340nm，强度为0.76W/m²的紫外光照射下，采用循环曝露方式，其中每循环辐照暴露时间为4 h，共曝露1008h。

2）对照组：按照实施例1-4未涂涂料层的芯棒C1-C4放置于紫外波长340nm，强度为0.76W/m²的紫外光照射下，采用循环曝露方式，其中每循环辐照暴露时间为4h，共曝露1008h。

3）空白对照组：取实施例1-4未涂涂料层的芯棒C1-C4，不做任何处理。

2.2.2评价标准：

芯棒曝露1008h后，检测其表面是否有发黏，纤维裸露、裂纹或龟裂现象。

2.3检测结果

S1-S4的芯棒进行紫外光循环暴露检测1008h后，其表面均不发黏、无纤维裸露、裂纹或龟裂现象，与放置前表面一样。而未涂覆涂料的芯棒C1-C4在紫外光循环暴露后则出现纤维裸露、裂纹等现象。实施例1芯棒S1和C1抗紫外线老化性能的结果见图2。

Claims (12)

1.一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量百分比的组分：

氟碳树脂                      40～70%

与氟碳树脂相溶的有机溶剂      20～40%

固化剂                        5～25%。

2.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述涂料包括如下重量百分比的组分：

氟碳树脂                      50～60%

与氟碳树脂相溶的有机溶剂      25～35%

固化剂                        10～20%。

3.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述氟碳树脂为PEVE氟碳树脂。

4.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述与氟碳树脂相溶的有机溶剂选自乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲基异丁基酮或丙二醇甲醚乙酸酯。

5.如权利要求1所述的涂料，其特征在于，所述固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯缩二脲、六亚甲基二异氰酸酯三聚体或异佛尔酮二单氰酸酯。

6.权利要求1-5任一权利要求所述涂料的制备方法，步骤为：

1）将氟碳树脂和与氟碳树脂相溶的有机溶剂按比例混合、分散均匀，然后将分散均匀的混合物进行研磨，获得氟碳树脂分散液；

2）向上一步的氟碳树脂分散液中按比例加入固化剂，充分搅拌并混合均匀，获得涂料。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1）获得的氟碳树脂分散液细度达20～40μm。

8.一种提高树脂基复合材料芯棒耐候性的方法，为采用权利要求1-5任一权利要求所述涂料喷涂到树脂基复合材料芯棒外表面形成涂料层；烘干涂料层。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷涂速度为0.5～1.2m/min；涂料层厚度为30～40μm。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述烘干温度为30～50℃。

11.权利要求1-5任一权利要求所述涂料在提高树脂基复合材料芯棒耐候性中的应用。

12.一种耐候性改进的树脂基复合材料芯棒，包括树脂基复合材料内芯、树脂层，其特征在于，还包括权利要求1-5任一权利要求所述的涂料构成的涂料层；所述树脂基复合材料内芯设置于所述树脂层内部，所述涂料层包裹于所述树脂层的外部。

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