CN103413630A - 一种输电线路碳纤维复合芯制造设备 - Google Patents
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Abstract
一种输电线路碳纤维复合芯制造设备,包括:纱架,集纱器,去湿器,碳纤维浸渍器,高强玻璃纤维浸渍器,前模导纱器,前模,前模加热器,后模分纱器,后模导纱器,后模加热器,后模,后固化加热器等,其中,前模加热器、后模加热器及后固化加热器中分别安装有温度传感器;后模分纱器与后模导纱器通过伺服电机控制分纱和导纱速度相匹配;碳纤维浸渍器和高强玻璃浸渍器中盛装用于浸润涂胶的采用添加改性酸酐化合物制成耐高温特种拉挤环氧树脂。本发明提供的设备引入温度传感器可有效监控加热固化的温度。同时本发明根据碳纤维复合芯的特点通过对现有设备进行合理的配置,组合生产出的碳纤维复合芯能满足电力输送的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路中承担两个铁塔之间电缆重量的芯线的制造设备,特别涉及一种复合材料芯线的制造设备,具体地说是一种输电线路碳纤维复合芯制造设备。
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,不能够承重冰雪的重量,在恶劣天气下易造成铁塔倒塌。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,但由于缺乏相应的制造方法及设备而难以实现。
发明内容
本发明的目的是针对目前电力输送线路急需碳纤维复合芯的问题,提供一种用于输电线路线缆的碳纤维复合芯制造设备。
本发明采用如下技术方案:
一种输电线路碳纤维复合芯制造设备,包括:纱架,集纱器,去湿器,碳纤维浸渍器,高强玻璃纤维浸渍器,前模导纱器,前模,前模加热器,后模分纱器,后模导纱器,后模加热器,后模,后固化加热器,风冷冷却装置,牵引机,双盘收线装置,其中,
集纱器安装在纱架的出纱端,去湿器安装在集纱器和碳纤维浸渍器之间,前模导纱器、前模依次安装在碳纤维浸渍器和后模分纱器之间,前模加热器套装在前模上,高强玻璃纤维浸渍器安装在后模分纱器和去湿器之间,后模分纱器与后模导纱器相连,后模加热器套装在后模上,后模安装在后模导纱器的出纱口一侧,后模的出口处安装有后固化加热器,风冷冷却装置安装在后固化加热器的出口端,牵引机则安装在双盘收线装置和风冷冷却装置之间;
所述前模加热器、后模加热器及后固化加热器中分别安装有温度传感器;后模分纱器与后模导纱器通过伺服电机控制分纱和导纱速度相匹配;
所述碳纤维浸渍器和高强玻璃浸渍器中盛装有固化树脂用于浸润涂胶,所述固化树脂为采用添加改性酸酐化合物制成耐高温特种拉挤环氧树脂。
优选地,在上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中,所述纱架为带张力显示纱架,所述集纱器为带断头控制器的集纱器。
优选地,在上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中,所述前模加热器由两段组成,两段之间间隔距离为20~40厘米,两段的加热温度分别为35℃-45℃及70℃~90℃。
优选地,在上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中,所述后模加热器由三段组成,段与段之间的间隔距离为20~40厘米,其中靠近导纱器的一段的加热温度为95℃-110℃,中间段的加热温度为165℃-175℃,第三段的加热温度为155℃-175℃。
优选地,在上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中,所述后固化加热器的温度为180℃-200℃。
优选地,在上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中,在牵引机和风冷冷却装置之间安装有用于检验复合芯质量的直径检测器。
本发明的有益效果:
本发明提供的输电线路碳纤维复合芯直至设备配置合理、控制系统先进、结构简单、制造安装、调试、维护方便。尤其是其中的两次固化加热经过反复试验摸索出了分别采用两段式加热和三段式加热的加热方式,充分发挥了加热在复合材料制造中的重要作用,特别是引入温度传感器可有效监控加热固化的温度,对保证产品质量至关重要。同时本发明根据碳纤维复合芯的特点通过对现有的复合材料生产中常用的设备进行合理的配置,组合生产出的碳纤维复合芯完全能满足电力输送的需要。利用本发明的设备生产的碳纤维复合芯生产的复合导线强度比现有同类型导线高2倍,导电率更高且无磁损和热损,能节能6%以上,同时由于使导线的重量减轻了10~20%,因此弧垂更低,可降低弧垂2倍以上,本发明的复合芯还具有耐腐蚀,使用寿命长的优点,它的寿命是常规导线的2倍,还能节约铝材50%以上,可减少投资一半以上。
附图说明
图1是本发明实施例的设备组成结构示意图;
图2是使用本发明实施例提供的设备制造输电线路碳纤维复合芯的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合实施例及附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的输电线路碳纤维复合芯制造设备组成结构如图1所示,该设备主要由纱架1、集纱器2、去湿器3、碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4,4’、前模导纱器5、前模6、前模加热器7、分纱器8、导纱器9、加热器10、后模11、后固化加热器12、风冷冷却装置13、直径检测器14、牵引机15及双盘收线装置16组成,集纱器2安装在纱架1的出纱端,去湿器3安装在集纱器2和碳纤维、高强玻璃纤维浸渍器4,4’之间,前模导纱器5、前模6依次安装在碳纤维浸渍器4和后模分纱器8之间,前模加热器7套装在前模6上,浸渍器4’安装在分纱器8和去湿器3之间,导纱器9与分纱器8相连,加热器10的后模11安装在导纱器9的出纱口一侧,后模11的出口处安装有后固化加热器12的出口端,牵引机15则安装在双盘收线装置16和风冷冷却装置13之间。
此外,上述输电线路碳纤维复合芯制造设备中的所述前模加热器、后模加热器及后固化加热器中分别安装有温度传感器;后模分纱器与后模导纱器通过伺服电机控制分纱和导纱速度相匹配;所述碳纤维浸渍器和高强玻璃浸渍器中盛装有固化树脂用于浸润涂胶,所述固化树脂为采用添加改性酸酐化合物制成耐高温特种拉挤环氧树脂。
图1所示设备中,直径检测器1(型号可为CFBLS上海仪川仪表厂)位于牵引机15和风冷冷却装置13之间,并连接有报警器19,图1中20为整个生产线的控制系统,它可采用现有技术加以实现。
具体实施时纱架1可采用带张力显示纱架(型号可为:CFBLS,上海仪川仪表厂),集纱器2可采用带断头控制器的集纱器(型号渴望:SV,宜兴市立成纯水设备有限公司)。为了保证固化效果,具体实施时前模加热器7可由两段组成,两段之间间隔距离为20~40厘米,两段的加热温度分别为35℃~45℃及70℃~90℃。同样地加热器10可由三段组成,段与段之间的间隔距离为20~40厘米,其中靠近导纱器9的一段的加热温度为95℃~110℃,中间段的加热温度为165℃~175℃,第三段的加热温度为155℃~165℃。开机前应先通过人工将碳纤维17和高强玻璃纤维(或玄武纤维)从纱架上拉出穿过各相应的装置后置于牵引机15上固定后才能开机。以下的工作过程是假定整个生产线进入运行状态后的过程。
安装在纱架1上的碳纤维17和高强玻璃纤维(也可采用玄武纤维)18的引出端首先经集纱器2集束,然后进入去湿器3中去湿后分别进入对于的浸渍器4,4’中浸胶,浸胶后的碳纤维17进入前模导纱器5中去除多余的胶后进入前模6中挤压成型,并同时在前模加热器7的加热线形成半固化芯线,然后与经过浸胶的高强玻璃纤维(或玄武纤维)18一起进入分纱器8中,在分纱器8的作用下使高强玻璃纤维(或玄武纤维)18包覆在半固化的芯线表面,然后两者一起进入导纱器9中去除多余的胶后进入装有三个加热器10的后模11中加热固化定型,得到内芯为碳纤维17、表面覆盖有高强玻璃纤维(玄武纤维)18、固化率为85%以上的芯线,芯线进入后续的后固化加热器12在180-190℃进一步固化定型,然后进入风冷冷却装置13进行冷却后进入直径检测器对其直径进行检测,如果直径过大或过小则应通过控制系统调整浸渍器4,4’中的胶量或通过调整低收缩剂量的方法,已固化成型的复合芯最终在牵引机15的牵引下进入双盘收线装置16收线形成便于运输的盘状芯线圈。
本发明未涉及部分如去湿器、浸渍器、导纱器、前模、后模、牵引机、双盘收线装置等均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
利用上述设备制造输电线路碳纤维复合芯的方法包括以下步骤:
步骤1:预处理:调整碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维的张力和直线度,使碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维的张力分别一致并符合工艺要求,具有好的直线度;
步骤2:去湿:将碳纤维和高强度玻璃纤维或玄武纤维从纱架上匀速牵出,使其经过集纱器进入去湿器中除去水分,并控制纤维含水率不大于3%,提高制品力学强度;
步骤3:浸润涂胶:将去湿后的碳纤维以直排式送入碳纤维浸渍器中浸润涂胶,浸润涂胶的移动速度控制在400~600mm/min之间;将去湿后的高强度玻璃纤维(或玄武纤维)以增捻集束式送入高强玻璃纤维浸渍器中浸润涂胶,浸润涂胶的移动速度控制在400~600mm/min之间;使用的环氧树脂为采用添加改性酸酐化合物制成的耐高温特种拉挤环氧树脂;
步骤4:预固化:使经过浸润涂有胶的碳纤维经过前模导纱器(第一导纱器)去除多余胶水后进入前模中进行预固化,控制前模的加热温度,形成两段加热,其中靠近前模导纱器的一段的加热温度为35℃-45℃,另一段的加热温度为70℃~90℃,同时使两个加热段之间保持20-40cm的间隔,得到预固化的碳纤维芯;
步骤5:分纱包覆:使经过预固化的碳纤维与经过恒温无损直线料槽浸润涂胶的高强度玻璃纤维或玄武纤维一起进入前模分纱器中,通过前模分纱器的作用使高强度玻璃纤维或玄武纤维有规则地包覆在预固化的碳纤维芯周围;
步骤6:固化:使包覆有高强度玻璃纤维(或玄武纤维)的预固化的碳纤维芯进入后模导纱器(第二导纱器)中去除高强度玻璃纤维(或玄武纤维)上多余的胶水后送入后模中进行加热固化,控制加热温度,使后模形成三个加热区,三个加热区的加热温度依次为95℃-110℃、165℃-175℃和155℃-175℃,三个加热区之间间隔20-40cm,得到半固化复合芯,通过调整三个加热区的温度控制半固化复合芯的出模硬度不小于设计硬度(即最终成品硬度)的85%以上;每个加热区的具体温度值可通过有限次的调试加以确定,一量出模硬度满足要求即可确定;
步骤7:后固化:将上述半固化的复合芯送入后固化加热器进行固化处理,控制后固化温度不小于180℃,后固化时间不小于3-4分钟;后固化时间可通过调整加热器的长度和牵引速度来实现;
步骤9:冷却:将从后固化加热器中牵引出的复合芯冷却,、检验即可收饶在双盘收线装置上。得到的复合芯抗拉强度大于2500MPa,剪切强度大于70Mpa,最小弯曲直径小于芯杆直径的55倍,断裂伸长率大于1.2%。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,包括:纱架,集纱器,去湿器,碳纤维浸渍器,高强玻璃纤维浸渍器,前模导纱器,前模,前模加热器,后模分纱器,后模导纱器,后模加热器,后模,后固化加热器,风冷冷却装置,牵引机,双盘收线装置,其中,
集纱器安装在纱架的出纱端,去湿器安装在集纱器和碳纤维浸渍器之间,前模导纱器、前模依次安装在碳纤维浸渍器和后模分纱器之间,前模加热器套装在前模上,高强玻璃纤维浸渍器安装在后模分纱器和去湿器之间,后模分纱器与后模导纱器相连,后模加热器套装在后模上,后模安装在后模导纱器的出纱口一侧,后模的出口处安装有后固化加热器,风冷冷却装置安装在后固化加热器的出口端,牵引机则安装在双盘收线装置和风冷冷却装置之间;
所述前模加热器、后模加热器及后固化加热器中分别安装有温度传感器;后模分纱器与后模导纱器通过伺服电机控制分纱和导纱速度相匹配;
所述碳纤维浸渍器和高强玻璃浸渍器中盛装有固化树脂用于浸润涂胶,所述固化树脂为采用添加改性酸酐化合物制成耐高温特种拉挤环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,所述纱架为带张力显示纱架,所述集纱器为带断头控制器的集纱器。
3.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,所述前模加热器由两段组成,两段之间间隔距离为20~40厘米,两段的加热温度分别为35℃-45℃及70℃~90℃。
4.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,所述后模加热器由三段组成,段与段之间的间隔距离为20~40厘米,其中靠近导纱器的一段的加热温度为95℃-110℃,中间段的加热温度为165℃-175℃,第三段的加热温度为155℃-175℃。
5.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,所述后固化加热器的温度为180℃-200℃。
6.根据权利要求1所述的输电线路碳纤维复合芯制造设备,其特征在于,在牵引机和风冷冷却装置之间安装有用于检验复合芯质量的直径检测器。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131127 |