CN103956213B - 碳纤维复合绳芯成型工艺及复合绳芯制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合绳芯成型工艺，包括预热/刻蚀、浸渍、单股预成型、缠绕预成型、初步固化、包覆成型、深度固化及牵引卷绕等步骤。本发明还公开了一种复合绳芯制造装置，按顺序依次由纤维纱架、纤维预热/刻蚀装置、树脂浸渍槽、单股预成型模具、绳芯预成型模具、初步固化装置、表面绝缘层包覆装置、深度固化装置、牵引装置及卷绕装置连接组成。本发明方法简单，设备结构设置合理，能够使得复合绳芯一次性成型，避免了两道工序生产时单股碳纤维复合芯折断的情况，并且大大降低了堵模现象的发生，极大的提高了生产效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合编织绳成型工艺与制造装置，特别是涉及一种纤维复合绳成型工艺与制造装置，应用于输电导线技术领域。
背景技术
到目前为止，世界上各个国家使用的架空导线以钢芯铝绞线为主，架空导线领域很少有大的创新，这种钢芯铝绞线比重大、弧垂大、线损高、载流量小、易发生腐蚀及电晕现象，而且抗拉强度低，在极端气候条件下使用时易出现供电线路故障。因此，有人根据复合材料的可设计性提出用高抗拉强度的碳纤维复合芯来代替钢芯，发挥复合材料比重低，强度大等优点，这种碳纤维复合芯电缆使得架空导线领域发生了一次重大的变革，但是这种单根复合芯的电缆也存在缺陷，此复合芯对表面缺陷敏感，一旦表面出现裂缝等缺陷就会导致复合芯发生灾难性断裂，致使导线坠地，给生命安全带来极大威胁，同时影响了供电线路，为此需要减少这种断裂情况的发生。碳纤维复合绳芯是用多根细小芯棒经过缠绕组合而成，能够用来替代单根碳纤维复合芯，极大的提高了安全性能，但目前还缺少这种碳纤维复合绳芯的成型工艺及制造装置。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种碳纤维复合绳芯成型工艺及复合绳芯制造装置，其成型工艺主要包括预热/刻蚀、浸渍、单股预成型、缠绕预成型、初步固化、包覆成型、深度固化及牵引卷绕等步骤，本发明方法简单，设备结构设置合理，能够使得复合绳芯一次性成型，避免了两道工序生产时单股碳纤维复合芯折断的情况，并且大大降低了堵模现象的发生，极大的提高了生产效率，降低了生产成本。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种碳纤维复合绳芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 将碳纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维引入纤维预热/刻蚀装置中进行预热并除水分，同时对纤维表面进行刻蚀，控制含水量不超过2%；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为100-130℃，得到7股纤维芯，再按照5-15°的缠绕角度将7股纤维芯经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c．将在上述步骤b中初步制得碳纤维绳芯进行初步固化，然后对初步固化后的碳纤维绳芯的表面进行绝缘层包覆，然后再进行深度固化定型，得到碳纤维复合绳芯；
d．将在上述步骤c中得到的碳纤维复合绳芯通过牵引装置进行牵引，牵引速度控制为300-1200mm/min，最后用卷绕装置对碳纤维复合绳芯进行收集。
本发明碳纤维复合绳芯成型工艺的复合绳芯制造装置，按顺序依次由纤维纱架、纤维预热/刻蚀装置、树脂浸渍槽、单股预成型模具、绳芯预成型模具、初步固化装置、表面绝缘层包覆装置、深度固化装置、牵引装置及卷绕装置连接组成，实现对固化效果的实时对比观察，其中深度固化装置至少由第一深度固化装置和第二深度固化装置组成深度固化系统，将纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后使牵出的纤维进入纤维预热/刻蚀装置中进行预热并除水分，同时对通过纤维预热/刻蚀装置的纤维表面进行刻蚀，将经过预热并刻蚀过的纤维送入具有加热功能的树脂浸渍槽内浸渍，然后使纤维分股进入单股预成型模具中进行纤维芯预成型，得到分股的纤维芯，再由一系列分股的纤维芯通过绳芯预成型模具进行缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯，再将通过预成型初步制得碳纤维绳芯引入初步固化装置中进行初步固化，然后在表面绝缘层包覆装置中进行绝缘层包覆，得到在碳纤维绳芯表面结合绝缘材料层复合形成的碳纤维复合绳芯，再将碳纤维复合绳芯依次引入第一深度固化装置和第二深度固化装置中进行深度固化，深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置进行牵引，最后用卷绕装置对碳纤维复合绳芯进行收集。
作为上述技术方案的优选技术方案，纤维纱架可绕轴旋转，纤维纱架设有集束孔，使纤维从纤维纱架的集束孔中牵出；纤维预热/刻蚀装置使用紫外烘箱，烘箱温度设置范围为150-300℃。
作为上述技术方案的优选技术方案，树脂浸渍槽的纤维进口和纤维出口处设有可旋转的带开孔的转盘，转盘的旋转角速度和方向与纤维纱架的旋转角速度和方向相同。
作为上述技术方案的优选技术方案，对于单股预成型模具，其长度为10-15 cm，其孔径为1-3mm，其旋转角速度和方向与纤维纱架的相同；对于绳芯预成型模具采用聚四氟乙烯制成，其长度5-10cm，其孔径为5-9mm。
作为上述技术方案的优选技术方案，初步固化装置的长度50-70 cm，设置初步固化温度为140-180℃。
作为上述技术方案的优选技术方案，在表面绝缘层包覆装置中复合形成的碳纤维复合绳芯时，对初步固化的碳纤维绳芯表面缠绕绝缘层材料形成绝缘材料层，控制在碳纤维绳芯表面结合的绝缘材料层的厚度为0.5-1.5 mm。
作为上述技术方案的优选技术方案，第一深度固化装置的长度50-70cm，第二深度固化装置的长度为50-90cm，各深度固化装置所设置的固化温度皆为160-200℃。
作为上述技术方案的优选技术方案，通过智能控制装置，牵引装置根据纤维与成型模具壁之间的摩擦力大小，来自动调节输出牵引力的大小。
作为上述技术方案的优选技术方案，卷绕装置的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的45-80倍。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明方法简单，设备结构设置合理，能够使得复合绳芯一次性成型，避免了两道工序生产时单股碳纤维复合芯折断的情况，并且减少了堵模现象的发生，极大的提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例一碳纤维复合绳芯截面示意图。
图2为本发明实施例一碳纤维复合绳芯成型工艺流程示意图。
图3为本发明实施例一的树脂浸渍槽的纤维进出口截面示意图。
图4为本发明实施例一的单股预成型模具的截面示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1～图4，复合绳芯制造装置，按顺序依次由纤维纱架1、纤维预热/刻蚀装置2、树脂浸渍槽3、单股预成型模具4、绳芯预成型模具5、初步固化装置6、表面绝缘层包覆装置7、深度固化装置、牵引装置10及卷绕装置11组成，实现对固化效果的实时对比观察，其中深度固化装置至少由第一深度固化装置8和第二深度固化装置9组成深度固化系统，将纤维从纤维纱架1上匀速牵出，然后使牵出的纤维进入纤维预热/刻蚀装置2中进行预热并除水分，同时对通过纤维预热/刻蚀装置2的纤维表面进行刻蚀，将经过预热并刻蚀过的纤维送入具有加热功能的树脂浸渍槽3内浸渍，然后使纤维分股进入单股预成型模具4中进行纤维芯预成型，得到分股的纤维芯12，再由一系列分股的纤维芯12通过绳芯预成型模具5进行缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯，再将通过预成型初步制得碳纤维绳芯引入初步固化装置6中进行初步固化，然后在表面绝缘层包覆装置7中进行绝缘层包覆，得到在碳纤维绳芯表面结合绝缘材料层13复合形成的碳纤维复合绳芯，再将碳纤维复合绳芯依次引入第一深度固化装置8和第二深度固化装置9中进行深度固化，深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置10进行牵引，最后用卷绕装置11对碳纤维复合绳芯进行收集。
在本实施例中，参见图1～图4，利用本实施例复合绳芯制造装置的碳纤维复合绳芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 将碳纤维从可旋转的纤维纱架1上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维引入纤维预热/刻蚀装置2中进行预热并除水分，同时对纤维表面进行刻蚀，控制含水量不超过2%；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽3内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具4中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为100℃，得到7股纤维芯12，再在绳芯预成型模具5中按照5°的缠绕角度将7股纤维芯12经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c．将在上述步骤b中初步制得碳纤维绳芯在初步固化装置6中进行初步固化，然后在表面绝缘层包覆装置7中对初步固化后的碳纤维绳芯的表面进行绝缘层包覆，得到在碳纤维绳芯表面结合绝缘材料层13复合形成的碳纤维复合绳芯，然后再将碳纤维复合绳芯依次引入第一深度固化装置8和第二深度固化装置9中进行深度固化定型，得到碳纤维复合绳芯；
d．将在上述步骤c中深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置10进行牵引，牵引速度控制为300mm/min，最后用卷绕装置11对碳纤维复合绳芯进行收集。
在本实施例中，参见图1～图4，纤维预热/刻蚀装置2采用紫外烘箱；树脂浸渍槽 3的纤维进出口处圆形转盘均采用聚四氟乙烯制成，孔直径为1 mm；单股预成型模具4长度为15 cm，孔径为2 mm；绳芯预成型模具5采用聚四氟乙烯制作，长度为5 cm，孔径为6 mm；绳芯预成型模具5与初步固化装置6之间的间距为10 cm，初步固化装置6长度50 cm，温度设置为160℃；在表面绝缘层包覆装置7中，在初步固化后的碳纤维绳芯的表面缠绕1 mm厚的聚四氟乙烯布带；第一深度固化装置8的长度为50 cm，其设置温度为180 ℃，第二深度固化装置9的长度为50cm，其设置温度为160 ℃，第一深度固化装置8和第二深度固化装置9之间的距离为15 cm；牵引装置10采用气压进行控制；卷绕装置10的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的50倍。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，碳纤维复合绳芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 本步骤与实施例一相同；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽3内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具4中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为110℃，得到7股纤维芯12，再在绳芯预成型模具5中按照10°的缠绕角度将7股纤维芯12经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c．本步骤与实施例一相同；
d．将在上述步骤c中深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置10进行牵引，牵引速度控制为400mm/min，最后用卷绕装置11对碳纤维复合绳芯进行收集。
在本实施例中，参见图1～图4，纤维预热/刻蚀装置2采用紫外烘箱；树脂浸渍槽 3的纤维进出口处圆形转盘均采用聚四氟乙烯制成，孔直径为1.5mm；单股预成型模具4长度为20cm，孔径为3mm；绳芯预成型模具5采用聚四氟乙烯制作，长度为7cm，孔径为9mm；绳芯预成型模具5与初步固化装置6之间的间距为15 cm，初步固化装置6长度60 cm，温度设置为170℃；在表面绝缘层包覆装置7中，在初步固化后的碳纤维绳芯的表面缠绕0.5mm厚的聚四氟乙烯布带；第一深度固化装置8的长度为60cm，其设置温度为170 ℃，第二深度固化装置9的长度为60cm，其设置温度为150℃，第一深度固化装置8和第二深度固化装置9之间的距离为20cm；牵引装置10采用气压进行控制；卷绕装置10的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的60倍。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，碳纤维复合绳芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 本步骤与实施例一相同；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽3内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具4中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为120℃，得到7股纤维芯12，再在绳芯预成型模具5中按照15°的缠绕角度将7股纤维芯12经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c．本步骤与实施例一相同；
d．将在上述步骤c中深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置10进行牵引，牵引速度控制为400mm/min，最后用卷绕装置11对碳纤维复合绳芯进行收集。
在本实施例中，参见图1～图4，纤维预热/刻蚀装置2采用紫外烘箱；树脂浸渍槽 3的纤维进出口处圆形转盘均采用聚四氟乙烯制成，孔直径为2.1mm；单股预成型模具4长度为12cm，孔径为2mm；绳芯预成型模具5采用聚四氟乙烯制作，长度为8cm，孔径为6mm；绳芯预成型模具5与初步固化装置6之间的间距为15 cm，初步固化装置6长度60 cm，温度设置为160℃；在表面绝缘层包覆装置7中，在初步固化后的碳纤维绳芯的表面缠绕0.8mm厚的聚四氟乙烯布带；第一深度固化装置8的长度为50cm，其设置温度为170℃，第二深度固化装置9的长度为50cm，其设置温度为170 ℃，第一深度固化装置8和第二深度固化装置9之间的距离为20cm；牵引装置10采用气压进行控制；卷绕装置10的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的60倍。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，碳纤维复合绳芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 本步骤与实施例一相同；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽3内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具4中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为110℃，得到7股纤维芯12，再在绳芯预成型模具5中按照8°的缠绕角度将7股纤维芯12经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c．本步骤与实施例一相同；
d．将在上述步骤c中深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置10进行牵引，牵引速度控制为600mm/min，最后用卷绕装置11对碳纤维复合绳芯进行收集。
在本实施例中，参见图1～图4，纤维预热/刻蚀装置2采用紫外烘箱；树脂浸渍槽 3的纤维进出口处圆形转盘均采用聚四氟乙烯制成，孔直径为1.5mm；单股预成型模具4长度为18cm，孔径为2mm；绳芯预成型模具5采用聚四氟乙烯制作，长度为8cm，孔径为6mm；绳芯预成型模具5与初步固化装置6之间的间距为15 cm，初步固化装置6长度70 cm，温度设置为155℃；在表面绝缘层包覆装置7中，在初步固化后的碳纤维绳芯的表面缠绕1mm厚的聚四氟乙烯布带；第一深度固化装置8的长度为60cm，其设置温度为160 ℃，第二深度固化装置9的长度为60cm，其设置温度为160 ℃，第一深度固化装置8和第二深度固化装置9之间的距离为15cm；牵引装置10采用气压进行控制；卷绕装置10的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的50倍。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明碳纤维复合绳芯成型工艺及复合绳芯制造装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种碳纤维复合绳芯成型工艺的复合绳芯制造装置，用来实施碳纤维复合绳芯成型工艺，该工艺包括如下步骤：
a.将碳纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维引入纤维预热/刻蚀装置中进行预热并除水分，同时对纤维表面进行刻蚀，控制含水量不超过2％；
b.将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维送入树脂浸渍槽内旋转浸渍，然后使纤维分成7股进入可绕轴旋转的单股预成型模具中进行纤维芯预成型，控制纤维芯预成型的温度设置为100-130℃，得到7股纤维芯，再按照5-15°的缠绕角度将7股纤维芯经缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯；
c.将在上述步骤b中初步制得碳纤维绳芯进行初步固化，然后对初步固化后的碳纤维绳芯的表面进行绝缘层包覆，然后再进行深度固化定型，得到碳纤维复合绳芯；
d.将在上述步骤c中得到的碳纤维复合绳芯通过牵引装置进行牵引，牵引速度控制为300-1200mm/min，最后用卷绕装置对碳纤维复合绳芯进行收集；其特征在于：按顺序依次由纤维纱架(1)、纤维预热/刻蚀装置(2)、树脂浸渍槽(3)、单股预成型模具(4)、绳芯预成型模具(5)、初步固化装置(6)、表面绝缘层包覆装置(7)、深度固化装置、牵引装置(10)及卷绕装置(11)组成，实现对固化效果的实时对比观察，其中所述深度固化装置至少由第一深度固化装置(8)和第二深度固化装置(9)组成深度固化系统，将纤维从所述纤维纱架(1)上匀速牵出，然后使牵出的纤维进入所述纤维预热/刻蚀装置(2)中进行预热并除水分，同时对通过所述纤维预热/刻蚀装置(2)的纤维表面进行刻蚀，将经过预热并刻蚀过的纤维送入具有加热功能的所述树脂浸渍槽(3)内浸渍，然后使纤维分股进入所述单股预成型模具(4)中进行纤维芯预成型，得到分股的纤维芯(12)，再由一系列分股的纤维芯(12)通过所述绳芯预成型模具(5)进行缠绕成型，初步制得碳纤维绳芯，再将通过预成型初步制得碳纤维绳芯引入所述初步固化装置(6)中进行初步固化，然后在所述表面绝缘层包覆装置(7)中进行绝缘层包覆，得到在碳纤维绳芯表面结合绝缘材料层(13)复合形成的碳纤维复合绳芯，再将碳纤维复合绳芯依次引入所述第一深度固化装置(8)和第二深度固化装置(9)中进行深度固化，深度固化后的碳纤维复合绳芯通过牵引装置(10)进行牵引，最后用卷绕装置(11)对碳纤维复合绳芯进行收集；
所述树脂浸渍槽(3)的纤维进口和纤维出口处设有可旋转的带开孔的转盘，转盘的旋转角速度和方向与所述纤维纱架(1)的旋转角速度和方向相同。
2.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：所述纤维纱架(1)可绕轴旋转，所述纤维纱架(1)设有集束孔，使纤维从所述纤维纱架(1)的集束孔中牵出；所述纤维预热/刻蚀装置(2)使用紫外烘箱，所述烘箱温度设置范围为150-300℃。
3.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：对于所述单股预成型模具(4)，其长度为10-15cm，其孔径为1-3mm，其旋转角速度和方向与纱架的相同；对于所述绳芯预成型模具(5)采用聚四氟乙烯制成，其长度5-10cm，其孔径为5-9mm。
4.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：所述初步固化装置(6)的长度50-70cm，设置初步固化温度为140-180℃。
5.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：在所述表面绝缘层包覆装置(7)中复合形成的碳纤维复合绳芯时，对初步固化的碳纤维绳芯表面缠绕绝缘层材料形成绝缘材料层(13)，控制在碳纤维绳芯表面结合的绝缘材料层(13)的厚度为0.5-1.5mm。
6.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：所述第一深度固化装置(8)的长度50-70cm，所述第二深度固化装置(9)的长度为50-90cm，各深度固化装置所设置的固化温度皆为160-200℃。
7.根据权利要求1所述复合绳芯制造装置，其特征在于：通过智能控制装置，所述牵引装置(10)根据纤维与成型模具壁之间的摩擦力大小，来自动调节输出牵引力的大小。
8.根据权利要求2所述复合绳芯制造装置，其特征在于：所述卷绕装置(11)的卷盘直径为碳纤维复合绳芯直径的45-80倍。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |