CN103887023B - 一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法，树脂基增强纤维复合芯包括：增强纤维和热塑性树脂，所述增强纤维粘结固化在热塑性树脂中，所述增强纤维包括纵向排列纤维和缠绕纤维，所述缠绕纤维以螺旋形式缠绕或者编织在纵向排列纤维的外部，架空导线包括树脂基增强纤维复合芯及绞合在外部的铝导体，通过张力放线、树脂浸渍、去余脂、预成型、绕包、挤拉成型、在线烧结、绞合成线和成盘工序制成。通过上述方式，本发明指出的一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法，树脂可回收利用率高，而且增强了复合芯径向和纵向的力学性能，制成的架空导线抗拉和抗弯折的性能好，生产的效率高。

Description

一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法

技术领域

本发明涉及架空导线技术领域，特别是涉及一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法。

背景技术

复合芯导线，具有低弧垂，高温运行，拉力/重量比大的特点，相关专利03809284.0公开了一种由两种或更多种在热固性树脂基中纵向定向且基本连续增强纤维复合芯(简称复合芯)及以此作为加强芯的架空输电导线(简称导线)，该复合芯采用至少50%体积率的高强纵向纤维，以及热固性树脂作纤维粘合剂，经拉挤及加热固化成型组成复合芯。因受工艺及树脂选择的制约，固化树脂唯一限定为热固性树脂，此复合芯仍有值得改进之处，如粘结纤维树脂为热固性树脂，其不足也是客观的，如须在拉挤模中完成加热固化，而拉挤模的长度受限于树脂与模具的摩擦阻力，复合芯的拉挤固化速度限制在1米 /分钟，这在经济上是不可行的。该复合芯的增强纤维均为纵向布置，复合芯的径向力学特性明显不及纵向。再就是热固性树脂不能回收，不利于使用到期导线的回收利用。环氧树脂的摩擦阻力大，限制了模具长度，生产效率被限制，需在模具中完成固化，热固性树脂在固化时会产生变形，因此通常需在模具中完成固化。纤维全纵向排列，树脂固化后，弯曲性能差，横向缺少抱紧力，复合芯易开裂，对导线施工限制较大。现在一般都采用热固性树脂，具体参见01145281.1，而热塑性树脂则为固态，难以与纤维均匀分布进行拉挤加工，本发明就在于解决这个问题。

复合芯使用温度要求较高，一般热塑树脂难以满足，而熔融后粘度又大。热固性树脂需在模具中加热成型，成型通过模具挤压，高温快速固化树脂少，固化时间长，只能唯一采用加长模具实现，但模具长度大，固化树脂与模具摩擦力大，生产能力受到限制，难以工业化大规模生产受到限制，通常生产速度不大于1米/分钟；热固性树脂不能回收，不仅浪费资源，而且大量废弃物易造成对环境污染；其次，单一纵向纤维，径向抱合力差，易开裂，并且限制了复合芯直径，直径最大只能做到10mm，限制了大跨度应用。弯曲半径大，弯曲半径至少在40倍导线外径以上，影响了在工程上的应用（例如放线敷设、包装）；剪断时易纵向开裂，再就是，单一纵向纤维拉挤成型，表面光滑，与导体摩擦力小，导致与导线握力差，也不利于施工，例如牵引、弧垂调整。线夹夹不住。热固性树脂，例如环氧树脂固化后交联密度高,呈三维网状结构，存在内应力大、质脆、耐疲劳性与耐冲击性差等不足。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法，其中树脂基增强纤维复合芯可回收再生，架空导线的径向和纵向的力学特性好，生产的效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种树脂基增强纤维复合芯，包括：增强纤维和热塑性树脂，所述增强纤维粘结固化在热塑性树脂中，所述增强纤维包括纵向排列纤维和缠绕纤维，所述缠绕纤维以螺旋形式缠绕或者编织在纵向排列纤维的外部。

在本发明一个较佳实施例中，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、合成高强度纤维、芳纶纤维、硼纤维、聚芳基酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、聚芳基酰胺纤维和高熔点聚合物纤维中的一种或者其中数种的混合物。

在本发明一个较佳实施例中，所述热塑性树脂为聚四氟乙烯水分散液、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物水分散液、聚三氟氯乙烯悬浮液、聚四氟与丙基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种。

在本发明一个较佳实施例中，所述增强纤维在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为60%~70%，所述热塑性树脂在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为30%~40%。

在本发明一个较佳实施例中，所述缠绕纤维在增强纤维中所占的体积比为5%~30%。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种架空导线，包括：铝导体和树脂基增强纤维复合芯，所述铝导体绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部。

在本发明一个较佳实施例中，所述铝导体为退火后的铝质圆线或者软铝型线，所述铝质圆线或者软铝型线的强度范围是60~95MPa。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种架空导线的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

a、张力放线：通过数台放线架分别对纵向排列纤维和缠绕纤维进行放线，并设定适当的张力；

b、树脂浸渍：纵向排列纤维和缠绕纤维经导向轮分别进入树脂浸渍槽中进行浸渍，树脂浸渍槽中加入适量的耐温≥200℃的热塑性树脂，并进行加热使得热塑性树脂充分溶解；

c、去余脂：浸渍后的纵向排列纤维经过挤出机，挤出多余的热塑性树脂溶液；

d、预成型：去余脂后的纵向排列纤维经过挤压模具形成中心纤维束体；

e、绕包：步骤b中浸渍过的缠绕纤维螺旋缠绕或者编织在中心纤维束体的外部，形成绕包束体；

f、挤拉成型：绕包束体经成型模具挤拉成复合芯体；

g、在线烧结：复合芯体被加热至250℃至350℃在线烧结定型，最终形成树脂基增强纤维复合芯，生产的速度1~15米/分钟；

h、绞合成线：把铝导体绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部形成架空导线；

i、成盘：架空导线经卷线机绕成盘状，入库。

本发明的有益效果是：本发明指出的一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法，突破性采用了热塑性树脂作为树脂基增强纤维复合芯的浸渍原料，可回收利用率高，而且增强纤维采用纵向排列和外部缠绕的方式增强了复合芯径向和纵向的力学性能，制成的架空导线抗拉和抗弯折的性能好，生产的效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线的剖面结构示意图；

附图中各部件的标记如下：1、纵向排列纤维，2、缠绕纤维，3、铝导体。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种树脂基增强纤维复合芯，包括：增强纤维和热塑性树脂，所述增强纤维粘结固化在热塑性树脂中，所述增强纤维包括纵向排列纤维1和缠绕纤维2，所述缠绕纤维2以螺旋形式缠绕或者编织在纵向排列纤维1的外部。

进一步的，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、合成高强度纤维、芳纶纤维、硼纤维、聚芳基酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、聚芳基酰胺纤维和高熔点聚合物纤维中的一种或者其中数种的混合物，其中优先选用碳纤维或玄武岩长束丝作纵向排列纤维1。

进一步的，所述热塑性树脂为聚四氟乙烯水分散液、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物水分散液、聚三氟氯乙烯悬浮液、聚四氟与丙基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种，容易回收，其中优选玻璃化温度Tg不低于160℃，优先选用聚四氟乙烯水分散液或者聚全氟乙丙烯。

进一步的，所述增强纤维在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为60%~70%，所述热塑性树脂在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为30%~40%。

进一步的，所述缠绕纤维2在增强纤维中所占的体积比为5%~30%。

一种架空导线，包括：铝导体3和树脂基增强纤维复合芯，所述铝导体3绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部。

进一步的，所述铝导体3为退火后的铝质圆线或者软铝型线，所述铝质圆线或者软铝型线的强度范围是60~95Mpa，优选为瓦形软铝型线。

一种架空导线的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

a、张力放线：通过数台放线架分别对纵向排列纤维1和缠绕纤维2进行放线，并设定适当的张力；

b、树脂浸渍：纵向排列纤维1和缠绕纤维2经导向轮分别进入树脂浸渍槽中进行浸渍，树脂浸渍槽中加入适量的耐温≥200℃的热塑性树脂，并进行加热使得热塑性树脂充分溶解；

c、去余脂：浸渍后的纵向排列纤维经过挤出机，挤出多余的热塑性树脂溶液；

d、预成型：去余脂后的纵向排列纤维经过挤压模具形成中心纤维束体；

e、绕包：步骤b中浸渍过的缠绕纤维2螺旋缠绕或者编织在中心纤维束体的外部，形成绕包束体；

f、挤拉成型：绕包束体经成型模具挤拉成复合芯体；

g、在线烧结：复合芯体被加热至250℃至350℃在线烧结定型，最终形成树脂基增强纤维复合芯，生产的速度1~15米/分钟；

h、绞合成线：把铝导体3绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部形成架空导线；

i、成盘：架空导线经卷线机绕成盘状，入库。

架空导线的拉力重量比很大，在铺设时就可以采用较小的初始弧垂，当架空导线工作温度达到约70℃时，铝导体3不再承受拉力，架空导线更高温度运行的力学特性均由树脂基增强纤维复合芯承担，由于树脂基增强纤维复合芯的线膨胀系数很小（0至2×10-61/℃），架空导线的弛度随温度变化也就很小。瓦形软铝型线作为导电元件的比传统导线具有更紧凑的结构，在铝截面积相同时，导线的外径下降约10%，可使导线减小敷冰和风载。在与普通导线外径相同时，瓦形软铝型线绞制的导线具有更大的铝截面积，可以提高载流量，而且可以减少线损。由于树脂基增强纤维复合芯具有优异的力学特性，铝导体3不再充当承载功能，采用退火状态的铝作为导电元件，可以使铝的电阻率下降2%。树脂基增强纤维复合芯由耐高温的改性热塑性树脂烧结而成，耐高温树脂根据使用温度不同，在允许工作温度范围内，架空导线具有稳定的力学特性，具有更大的导电铝截面和低线损特性，在输电线路电压不变的情况下可以实现倍容输电，在特殊地理条件下可以实现大跨越敷设。该架空导线的导电元件优选为瓦形软铝型线，承力元件为圆形的高性能纤维增强改性热塑性树脂，具有拉重比大、耐长期高温运行等特点。采用树脂基增强纤维复合芯替代镀锌钢丝、采用软铝瓦形型线替代硬铝圆线，由于树脂基增强纤维复合芯优异的力学性能、高温性能以及软铝线的高导电性能，实现架空导线的大拉重比、低弧垂、低弛度、低蠕变、低线损、耐高温的应用。本发明的架空导线用的树脂基增强纤维复合芯采用改性热塑性树脂，可以长期工作的温度范围是-50℃至260℃，直径范围是4.5mm至12.7mm。根据改性材料的不同以及比例不同，树脂基增强纤维复合芯的抗拉强度的范围是1500MPa至2600MPa（约镀锌钢丝的2倍），比重的范围是1.6-2.0kg/dm³（约镀锌钢丝的1/4），线膨胀系数的范围是0至2×10-61/℃（约镀锌钢丝的1/6）。热塑性树脂的固化不一定要在模具中完成，不会产生固化变形，模具仅是起预成型和成型作用，可以在模具外的管道中进行绕结固化，可以加长固化管道，因而可以提高生产效率，拉速度可以达到15米/分钟。

综上所述，本发明指出的一种树脂基增强纤维复合芯和架空导线及其制造方法，创新性的解决了普通复合芯的原料回收问题，生产效率高，制成的架空导线抗拉和弯绕性能好，高温运行稳定性高。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种架空导线的制造方法，包括架空导线，所述架空导线包括铝导体和树脂基增强纤维复合芯，所述铝导体为退火后的铝质圆线或者软铝型线，所述铝质圆线或者软铝型线的强度范围是60~95MPa，所述铝导体绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部，所述树脂基增强纤维复合芯包括增强纤维和热塑性树脂，所述增强纤维粘结固化在热塑性树脂中，所述增强纤维包括纵向排列纤维和缠绕纤维，所述缠绕纤维以螺旋形式缠绕或者编织在纵向排列纤维的外部，所述热塑性树脂为聚四氟乙烯水分散液、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物水分散液、聚三氟氯乙烯悬浮液、聚四氟与丙基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物和聚全氟乙丙烯中的一种，所述增强纤维在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为60%~70%，所述热塑性树脂在树脂基增强纤维复合芯中所占的体积比为30%~40%，所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、合成高强度纤维、芳纶纤维、硼纤维、聚芳基酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、聚芳基酰胺纤维和高熔点聚合物纤维中的一种或者其中数种的混合物，所述缠绕纤维在增强纤维中所占的体积比为5%~30%，其特征在于，包括下列步骤：

a、张力放线：通过数台放线架分别对纵向排列纤维和缠绕纤维进行放线，并设定适当的张力；

b、树脂浸渍：纵向排列纤维和缠绕纤维经导向轮分别进入树脂浸渍槽中进行浸渍，树脂浸渍槽中加入适量的耐温≥200℃的热塑性树脂，并进行加热使得热塑性树脂充分溶解；

c、去余脂：浸渍后的纵向排列纤维经过挤出机，挤出多余的热塑性树脂溶液；

d、预成型：去余脂后的纵向排列纤维经过挤压模具形成中心纤维束体；

e、绕包：步骤b中浸渍过的缠绕纤维螺旋缠绕或者编织在中心纤维束体的外部，形成绕包束体；

f、挤拉成型：绕包束体经成型模具挤拉成复合芯体；

g、在线烧结：将复合芯体在模具外的管道中进行绕结固化，被加热至250℃至350℃在线烧结定型，加长固化管道以提高生产效率，最终形成树脂基增强纤维复合芯，生产的速度1~15米/分钟；

h、绞合成线：把铝导体绞合在树脂基增强纤维复合芯的外部形成架空导线；

i、成盘：架空导线经卷线机绕成盘状，入库。