CN103903681A - 一种新型纤维增强复合材料电缆芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型纤维增强复合材料电缆芯，包括内部玻璃纤维层、中间碳纤维层和外层的玻璃纤维布，由固化后的耐高温环氧树脂粘结在一起，内部的玻璃纤维层的玻璃纤维体积含量为芯棒整体的5％～45％，中间碳纤维层的碳纤维体积含量为芯棒整体的20％～60％，外层的玻璃纤维布层的玻璃纤维布体积含量为芯棒整体的1％～10％，耐高温环氧树脂的体积含量为34％-40％，环氧树脂包括多组分环氧树脂、固化剂、促进剂、脱模剂和树脂改性剂。本发明主要利用树脂浸润性好、弹性模量适中、具有信号传输功能的玻璃纤维作为芯层结构，减小了纤维增强复合材料电缆芯的内部应力。本发明具有综合力学性能好、内部应力小、韧性好、耐摩擦、抗劈裂性能好、具有信号传输功能等优点。
Description
技术领域
本发明属于电力领域，特别适用于纤维增强芯电缆。
技术背景
碳纤维增强复合芯电缆由内部的碳纤维复合增强芯和外层铝绞线构成，和传统的钢芯铝绞线相比具有重量轻、强度高、弧垂小、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优点，近年来发展迅速，在电力领域已经开始应用，并逐步推广。碳纤维复合芯电缆最大的突破就是使用新型碳纤维复合材料芯棒作为增强芯替代了原有的钢芯。
目前使用碳纤维复合芯棒力学性能、耐热性能、抗疲劳、耐腐蚀等性能突出，但其结构为由内部的碳纤维层和外层的玻璃纤维层构成，内部碳纤维对树脂浸润性不如玻璃纤维对树脂的浸润性，加上在拉挤制备过程中内部树脂后反应，易使内部存在应力，使其韧性较差，弯曲半径小，增加了施工的难度和碳纤维复合芯电缆的不安全隐患，而且不具有传输信号等功能。
发明内容
本发明的一种新型纤维增强复合材料电缆芯，其目的在于解决目前碳纤维增强复合芯存在芯部浸胶较困难，不具备信号传输功能等不足。
碳纤维力学性能好，但对树脂的浸润性较差，而且在拉挤的过程中，外部加热热量是由外向内传输，处于芯部的碳纤维层内环氧树脂反应滞后于外层玻璃纤维布，此外，在模具中固化后基体会发生收缩，鉴于以上三点，芯部为碳纤维的复合增强芯内部会存在应力，进而影响碳纤维复合芯的性能。
本发明的一种新型纤维增强复合材料电缆芯，包括内部高强玻璃纤维层、中间碳纤维层(包括1K、3K、6K、12K、24K等规格的碳纤维)和外层的高强玻璃纤维布层，内部的玻璃纤维层为高强度玻璃纤维，玻璃纤维体积含量为芯棒整体的5％～45％，中间碳纤维层为碳纤维，碳纤维体积含量为芯棒整体的20％～60％，外层的玻璃纤维布层为高强玻璃纤维布，玻璃纤维布体积含量为芯棒整体的1％～10％，所述玻璃纤维、碳纤维和玻璃纤维布由固化后的耐高温环氧树脂粘结在一起，内部玻璃纤维层、中间碳纤维层以及外层的玻璃纤维布层粘接所用的耐高温环氧树脂为同一种环氧树脂，耐高温环氧树脂的体积含量为34％-40％，环氧树脂包括多组份环氧树脂(包括缩水甘油基型环氧树脂、环氧化烯烃中的一种或两种)、固化剂(包括胺类固化剂、酸酐类固化剂、咪唑类固化剂中的一种或多种)、和树脂改性剂(包括促进作用、脱模作用、增韧作用的改性剂)，本纤维增强复合材料电缆芯为一次固化成型制得。
本发明的有益效果是，本发明采用玻璃纤维作为芯层材料，玻璃纤维对树脂浸润性能优异，使反应时内部树脂充足，减小芯部反应滞后芯棒的影响，而且还具有光纤通信的功能。碳纤维位于芯棒的中间层，受到反应时间、体积变化影响较小，并且能够良好的承受载荷。最外层采用高强玻璃纤维布，使复合芯棒最外层绝缘，并且提高了复合增强芯的横向性能，抗劈裂性能提高。
附图说明
图1是本发明的新型纤维增强复合材料电缆芯结构示意图。
其中，1、玻璃纤维层；2、碳纤维层；3、玻璃纤维布层。
具体实施方式
实施例1：
以制备抗拉强度2100MPa以上、直径7.5mm的纤维增强复合材料电缆芯为例，制造本发明具体实施例如下：
在牵引机的牵引下，将39束高强玻璃纤维(体积含量45％)、19束T700碳纤维(体积含量20％)和高强玻璃纤维带(体积含量1％)浸胶后经过玻璃纤维在内层、碳纤维居中、玻璃纤维带最外层的结构预成型模具、固化模具、后固化箱成型，其中树脂基体体积含量为34％，然后收卷成盘。
实施例2：
以制备抗拉强度2400MPa以上、直径7.5mm的纤维增强复合材料电缆芯为例，制造本发明具体实施例如下：
在牵引机的牵引下，将5束高强玻璃纤维(体积含量5％)、55束T700碳纤维(体积含量60％)和玻璃纤维带(体积含量1％)浸胶后经过玻璃纤维在内层、碳纤维居中、玻璃纤维带最外层的结构预成型模具、固化模具、后固化箱成型，其中树脂基体体积含量为34％，然后收卷成盘。
实施例3：
以制备抗拉强度2400MPa以上、直径7.5mm的纤维增强复合材料电缆芯为例，制造本发明具体实施例如下：
在牵引机的牵引下，将9束高强玻璃纤维(体积含量10％)、40束T700碳纤维(体积含量40％)和玻璃纤维带(体积含量10％)浸胶后经过玻璃纤维在内层、碳纤维居中、玻璃纤维带最外层的结构预成型模具、固化模具、后固化箱成型，其中树脂基体体积含量为40％，然后收卷成盘。
Claims (3)
1.一种新型纤维增强复合材料电缆芯，其特征是，包括内部玻璃纤维层、中间碳纤维层和外层的玻璃纤维布层；内部的玻璃纤维层为高强度玻璃纤维，玻璃纤维体积含量为芯棒整体的5％～45％，中间碳纤维层为碳纤维，碳纤维体积含量为芯棒整体的20％～60％，外层的玻璃纤维布层为高强玻璃纤维布，玻璃纤维布体积含量为芯棒整体的1％～10％；所述的玻璃纤维、碳纤维和玻璃纤维布由固化后的耐高温环氧树脂粘结在一起，耐高温环氧树脂的体积含量为34％-40％，环氧树脂包括多组分环氧树脂、固化剂、促进剂、脱模剂和树脂改性剂。
2.根据权利要求书1所述的一种新型纤维增强复合材料电缆芯，其特征为，内部玻璃纤维层、中间碳纤维层以及外层的玻璃纤维布层所用的耐高温环氧树脂为同一种环氧树脂。
3.根据权利要求书1所述的一种新型纤维增强复合材料电缆芯，其特征为，纤维增强复合材料电缆芯为一次固化成型制得。
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