CN102810346A - 一种碳纤维复合材料电缆及其电缆芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料电缆及其电缆芯的制备方法，该制备方法首先进行碳纤维和玻璃纤维张力测试和调整，然后进行脱水处理，然后牵引通过恒温胶槽浸润胶液，然后使碳纤维牵引入预固化模具(3)，玻璃纤维通过矩形分纱板(4)，然后碳纤维牵引进入固化模具(5)，然后玻璃纤维通过平面导纱板(6)后牵引进入固化模具(5)，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周制备得到碳纤维复合材料电缆芯。本发明提供的方法，可操作性强，生产效率更高，可节省大量的人力物力，生产成本低，制备得到的碳纤维复合材料电缆芯具有非常好的直线度，圆整度，无偏心和弯曲，并且颜色一致性好，检测结果表明，具有耐高温、低能耗、寿命长，无偏心，性能好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆芯，具体涉及碳纤维复合材料电缆及其碳纤维复合材料电缆芯的制备方法。
背景技术
长期以来，远程大容量电力输送采用的电线电缆一般以钢芯铝绞线为导线，不仅耗能大，而且载流量小，由此造成的停电、断电故障时有发生，成为电力工业发展的一大“瓶颈”。随着材料技术的不断进步，20世纪末人们尝试用有机复合材料代替金属材料制作导线的芯材，开发出了新型复合材料合成芯导线。该种导线具有耐高温、大容量、低能耗、寿命长等特点。它是用碳纤维等复合材料代替传统的钢芯铝绞线中的钢芯制成的。但是现有技术的碳纤维复合材料电缆芯在制造时常存在如下问题：１、现有技术的模具生产过程中损伤严重，无法连续长距离生产，生产效率低，需大量的人力物力，成本较高；２、现工艺制备得到的芯棒碳纤维常出现偏心缺点，质量较差；３、现工艺制备得到的芯棒不直，弯曲度大，影响性能；４、芯杆颜色常出现差异等诸多缺点。因此，很有必要在现有技术的基础上，研究开发一种直线度，圆整度好，耐高温、大容量、低能耗、寿命长，性能优的碳纤维复合材料电缆芯。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种耐高温、大容量、低能耗、寿命长，无偏心，性能优的碳纤维复合材料电缆，本发明的另一个目的是提供碳纤维复合材料电缆芯的制备方法。该方法制备效率高，制备得到的碳纤维复合材料电缆芯直线度和圆整度好。
技术方案：为了实现本发明的目的，本发明采取如下技术方案：
一种碳纤维复合材料电缆，它包括：碳纤维复合材料电缆芯和绞制在碳纤维复合材料电缆芯外周的梯形截面铝线，所述的碳纤维复合材料电缆芯包括碳纤维中心层和包覆在碳纤维中心层外的玻璃纤维层，所述的梯形截面铝线包括内层的梯形截面铝线和外层的梯形截面铝线。
作为优选方案，以上所述的碳纤维复合材料电缆芯，其中的碳纤维复合材料电缆芯的直径可为5mm到11mm。
本发明提供的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其包括以下步骤：
a、首先将穿过导纱系统后的碳纤维和玻璃纤维，采用张力测量器分别测量并调整每根碳纤维和玻璃纤维的张力，使每根碳纤维和每根玻璃纤维的张力分别一致，得到直线度好的碳纤维和玻璃纤维，备用；本发明通过张力测量器测量并调整每根碳纤维和玻璃纤维，可以保证，从而保证碳纤维和玻璃纤维的张力大小符合要求，并且具有好的直线度，为保证电缆芯棒的直线度，防止弯曲具有重要作用。
b、将步骤a调整好张力和直线度的碳纤维和玻璃纤维通过除湿系统进行脱水处理，得到干燥过的碳纤维和玻璃纤维，备用；本发明通过大量实验研究，实验结果表明，经过脱水处理后的碳纤维和玻璃纤维具有更优越的性能，如为后续的浸胶处理提供好的条件，胶液能够更加致密吸附在碳纤维和玻璃纤维的表面。
c、然后将步骤b脱水处理后的碳纤维和玻璃纤维牵引通过恒温胶槽浸润胶液；
d、将步骤c浸润过胶液的碳纤维牵引入预固化模具(3)，并将浸润过胶液的玻璃纤维通过预固化模具(3)两侧的矩形分纱板(4)，然后碳纤维进行圆柱状预成型后通过固化模具(5)底部的集束口牵引进入固化模具(5)，然后玻璃纤维通过平面导纱板(6)后牵引进入固化模具(5)，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周，在固化模具(5)内固化成形，制备得到直线度和圆整度好的碳纤维复合材料电缆芯。
作为优选方案，以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤a所述的碳纤维和玻璃纤维的张力分别调整为0.3至0.4kg。本发明经过大量实验调整筛选到优选的张力的碳纤维和玻璃纤维，不仅可以制备得到直线度好的碳纤维和玻璃纤维，并且可以防止碳纤维和玻璃纤维在后续制备过程中断裂，可充分保证电缆芯的质量。
作为优选方案，以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤c所述的胶液为环氧树脂。本发明经过大量实验筛选不同的胶液，实验结果表明，采用优选的环氧树脂胶液，可在碳纤维和玻璃纤维表面形成致密的胶层，也为后续的固化成行提供良好的基础。
作为优选方案，以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤d所述玻璃纤维和碳纤维的牵引速度为0.3至1.0m/min。本发明通过大量实验筛选玻璃纤维和碳纤维不同的牵引速度，作为最优的技术方案，玻璃纤维和碳纤维的牵引速度为0.4m/min时，玻璃纤维能够均匀地包裹在碳纤维棒周围，制备得到性能优越的电缆芯。
作为优选方案，以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤d中在碳纤维的四周包覆二层玻璃纤维。本发明通过制备工艺和制备装置的改进，在平面导纱板上间隔均匀开设有二圈导纱孔，可以使二圈玻璃纤维均匀包在碳纤维上。
有益效果：本发明提供的碳纤维复合材料电缆及其电缆芯的制备方法和现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明提供的碳纤维复合材料电缆具有耐高温、大容量、低能耗、寿命长，无偏心，直线度好，性能好，应用范围广泛等优点。
(2)本发明提供的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，可操作性强，通过大量实验筛选，优选出最佳制备工艺，并对制备的设备，如分沙器中的平面导纱板等结构进行改进和创新，生产效率更高，可节省大量的人力物力，生产成本低，尤其是制备得到的碳纤维复合材料电缆芯具有非常好的直线度，圆整度，无偏心和弯曲，并且颜色一致性好，实验检测结果表明，具有耐高温、低能耗、寿命长，无偏心，性能好等优点，可克服现有技术的诸多缺点。
附图说明
图1为碳纤维复合材料电缆的横截面的结构示意图。
图2为制备碳纤维复合材料电缆芯过程中的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
１、如图1所示，一种碳纤维复合材料电缆，它包括：碳纤维复合材料电缆芯(1)和绞制在碳纤维复合材料电缆芯(1)外周的梯形截面铝线(2)，所述的碳纤维复合材料电缆芯(1)包括碳纤维中心层(1-1)和包覆在碳纤维中心层(1-1)外的玻璃纤维层(1-2)，所述的梯形截面铝线(2)包括内层的梯形截面铝线(2-1)和外层的梯形截面铝线(2-2)。
2、以上1所述的碳纤维复合材料电缆中的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，包括以下步骤：
a、首先将穿过导纱系统后的碳纤维和玻璃纤维，采用张力测量器分别测量并调整每根碳纤维和玻璃纤维的张力，使每根碳纤维和每根玻璃纤维的张力分别一致，得到直线度好的碳纤维和玻璃纤维，备用；
b、将步骤a调整好张力和直线度的碳纤维和玻璃纤维通过除湿系统进行脱水处理，得到干燥过的碳纤维和玻璃纤维，备用；
c、然后将步骤b脱水处理后的碳纤维和玻璃纤维牵引通过恒温胶槽浸润胶液；
d、如图2所示，将步骤c浸润过胶液的碳纤维牵引入预固化模具(3)，并将浸润过胶液的玻璃纤维通过预固化模具(3)两侧的矩形分纱板(4)，然后碳纤维进行圆柱状预成型后通过固化模具(5)底部的集束口牵引进入固化模具(5)，然后玻璃纤维通过平面导纱板(6)后牵引进入固化模具(5)，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周，在固化模具(5)内固化成形，制备得到直线度和圆整度好的碳纤维复合材料电缆芯。
以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤a所述的碳纤维和玻璃纤维的张力分别调整为0.3至0.4kg。
以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤c所述的胶液为环氧树脂。
以上所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，步骤d所述玻璃纤维和碳纤维的牵引速度为0.4m/min。
取以上制备得到的碳纤维复合材料电缆芯，经直线度，圆整度，耐高温，能耗检测结果表明，本发明提供的碳纤维复合材料电缆芯直线度和圆整度好，无偏心和弯曲，合格率达９９%以上，并且能耐160℃高温，能耗低，性能优越。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种碳纤维复合材料电缆，其特征在于，它包括：碳纤维复合材料电缆芯(1)和绞制在碳纤维复合材料电缆芯(1)外周的梯形截面铝线(2)，所述的碳纤维复合材料电缆芯(1)包括碳纤维中心层(1-1)和包覆在碳纤维中心层(1-1)外的玻璃纤维层(1-2)，所述的梯形截面铝线(2)包括内层的梯形截面铝线(2-1)和外层的梯形截面铝线(2-2)。
2.权利要求1所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先将穿过导纱系统后的碳纤维和玻璃纤维，采用张力测量器分别测量并调整每根碳纤维和玻璃纤维的张力，使每根碳纤维和每根玻璃纤维的张力分别一致，得到直线度好的碳纤维和玻璃纤维，备用；
b、将步骤a调整好张力和直线度的碳纤维和玻璃纤维通过除湿系统进行脱水处理，得到干燥过的碳纤维和玻璃纤维，备用；
c、然后将步骤b脱水处理后的碳纤维和玻璃纤维牵引通过恒温胶槽浸润胶液；
d、将步骤c浸润过胶液的碳纤维牵引入预固化模具(3)，并将浸润过胶液的玻璃纤维通过预固化模具(3)两侧的矩形分纱板(4)，然后碳纤维进行圆柱状预成型后通过固化模具(5)底部的集束口牵引进入固化模具(5)，然后玻璃纤维通过平面导纱板(6)后牵引进入固化模具(5)，使玻璃纤维包覆在碳纤维的四周，在固化模具(5)内固化成形，制备得到直线度和圆整度好的碳纤维复合材料电缆芯。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤a所述的碳纤维和玻璃纤维的张力分别调整为0.3至0.4kg。
4. 根据权利要求2所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤c所述的胶液为环氧树脂。
5.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤d所述玻璃纤维和碳纤维的牵引速度为0.3至1.0m/min 。
6.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤d所述玻璃纤维和碳纤维的牵引速度为0.4m/min。
7.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料电缆芯的制备方法，其特征在于，步骤d中在碳纤维的四周包覆二层玻璃纤维。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Denomination of invention: Carbon fiber composite material cable and preparation method of cable core thereof Effective date of registration: 20171108 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Bank of Suzhou Limited by Share Ltd Ganyu branch Pledgor: Zhongfu Carbon Fiber Core Cable Technology Co., Ltd. Registration number: 2017320000046 |
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Date of cancellation: 20190423 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Bank of Suzhou Limited by Share Ltd Ganyu branch Pledgor: Zhongfu Carbon Fiber Core Cable Technology Co., Ltd. Registration number: 2017320000046 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Carbon fiber composite material cable and preparation method of cable core thereof Effective date of registration: 20190520 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Lianyungang Branch of Suzhou Bank Co., Ltd. Pledgor: Zhongfu Carbon Fiber Core Cable Technology Co., Ltd. Registration number: 2019990000401 |
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Date of cancellation: 20200615 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Lianyungang Branch of Suzhou Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHONGFU CARBON FIBER CORE CABLE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2019990000401 |
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Denomination of invention: Carbon fiber composite material cable and preparation method of cable core thereof Effective date of registration: 20200617 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Lianyungang Branch of Suzhou Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHONGFU CARBON FIBER CORE CABLE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980003186 |
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Date of cancellation: 20210916 Granted publication date: 20141105 Pledgee: Lianyungang Branch of Suzhou Bank Co.,Ltd. Pledgor: ZHONGFU CARBON FIBER CORE CABLE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980003186 |
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