CN103956217A - 混杂纤维复合芯成型工艺及复合芯制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混杂纤维复合芯成型工艺，包括预热/刻蚀、浸渍、分纱、两段预固化、多段固化及牵引卷绕等步骤。本发明还公开了一种复合芯制造装置，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）、预成型模具（4）、包覆成型模具（5）、固化装置、牵引装置（8）及卷绕装置（9）组成。本发明尤其是使得复合芯的凝胶成型与固化在不同的装置中完成，防止了堵模现象的发生，使得生产能够顺利进行。本发明方法简单，设备结构配置合理，能够防止复合芯在生产时出现堵模，提高了生产效率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种导线芯成型工艺与制造装置，特别是涉及一种复合材料导线芯成型工艺与制造装置，应用于输电导线技术领域。
背景技术
现阶段使用的架空导线以钢芯铝绞线为主，但这种金属导线具有比重大，线损高，金属间会发生腐蚀等问题，而且钢芯铝绞线在使用时抗拉强度低，在出现冰雪等极端气候的时候容易造成供电线路故障，载流量也受到限制。因此，研究新型架空输电导线势在必行。国内外学者根据复合材料的可设计性提出用混杂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，在制造混杂纤维复合芯时设计了各种不同的成型工艺及设备，但多数容易堵模，给生产带来了不便，目前还缺少混杂纤维复合芯简易的成型工艺及制造设备。
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，提供一种混杂纤维复合芯成型工艺及复合芯制造装置，混杂纤维复合芯成型工艺主要包括预热/刻蚀、浸渍、分纱、两段预固化、多段固化及牵引卷绕等步骤，本发明方法简单，设备结构配置合理，能够防止复合芯在生产时出现堵模，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：
一种混杂纤维复合芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 将高强纤维和绝缘层纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后将牵出的高强纤维和绝缘层纤维引入纤维预热/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%；高强纤维优选采用碳纤维、碳化硅纤维或凯夫拉纤维；绝缘层纤维优选采用玻璃纤维、玄武岩纤维、聚氨酯纤维、芳纶或聚乙烯纤维；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的高强纤维和绝缘层纤维送入树脂浸渍槽内浸渍，然后将高强纤维在预成型模具中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为90-120℃，得到纤维内芯，然后在包覆成型模具入口处对纤维内芯包覆绝缘层纤维，并在包覆成型模具中进行复合芯成型，初步得到纤维内芯包覆绝缘层纤维的混杂纤维复合芯，对纤维内芯包覆绝缘层纤维时控制温度100-130℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯引入固化装置中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置进行牵引，牵引速度控制为300-1200mm/min，最后用卷绕装置对固化后混杂纤维复合芯进行收集。
一种实施本发明混杂纤维复合芯成型工艺的复合芯制造装置，按顺序依次由纤维纱架、纤维预热/刻蚀装置、树脂浸渍槽、预成型模具、包覆成型模具、固化装置、牵引装置及卷绕装置顺序连接组成，固化装置至少由第一固化装置和第二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，然后使纤维进入预成型模具中进行纤维内芯预成型，得到纤维内芯，然后在包覆成型模具入口处进行绝缘纤维层包覆，初步得到由纤维内芯包覆绝缘纤维层构成的混杂纤维复合芯，再将初步制备的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置和第二固化装置中进行固化，设置两段固化实现对固化效果的对比观察，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置进行牵引，最后用卷绕装置对固化后混杂纤维复合芯进行收集。
作为上述技术方案优选的技术方案，纤维纱架设有集束孔，使纤维从纤维纱架的集束孔中牵出，纤维纱架为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态。
作为上述技术方案优选的技术方案，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℃。
作为上述技术方案优选的技术方案，树脂浸渍槽为可水浴加热的浸渍槽，控制树脂浸渍槽的恒温温度为30-50℃。
作为上述技术方案优选的技术方案，预成型模具长度为10-15cm，其孔径为4.5-10 mm；包覆成型模具长度为25-35 cm，其孔径为5-11 mm。
作为上述技术方案优选的技术方案，第一固化装置的长度50-70cm，第二固化装置的长度为50-90 cm，各固化装置所设置的固化温度皆为160-200℃。
作为上述技术方案优选的技术方案，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。
作为上述技术方案优选的技术方案，卷绕装置的卷盘直径为混杂纤维复合芯直径的45-100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：
1. 本发明设备配置合理，成型工艺简单，设备安装调试方便；
2. 本发明尤其是使得复合芯的凝胶成型与固化在不同的装置中完成，防止了堵模现象的发生，使得生产能够顺利进行。
附图说明
图1为本发明实施例一混杂纤维复合芯截面示意图。
图2为本发明实施例一混杂纤维复合芯成型工艺流程示意图。
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和图2，一种复合芯制造装置，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、预成型模具4、包覆成型模具5、固化装置、牵引装置8及卷绕装置9顺序连接组成，固化装置至少由第一固化装置6和第二固化装置7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，然后使纤维进入预成型模具4中进行纤维内芯11预成型，得到纤维内芯11，然后在包覆成型模具5入口处进行绝缘纤维层10包覆，初步得到由纤维内芯11包覆绝缘纤维层10构成的混杂纤维复合芯，再将初步制备的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置6和第二固化装置7中进行固化，设置两段固化实现对固化效果的对比观察，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置8进行牵引，最后用卷绕装置9对固化后混杂纤维复合芯进行收集。
在本实施例中，参见图1和图2，复合芯制造装置的纤维纱架1设有集束孔，使纤维从纤维纱架1的集束孔中牵出，纤维纱架1为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态，预成型模具4长度为10cm，其孔径为6mm；包覆成型模具5长度为25cm，其孔径为8mm；包覆成型模具5和第一固化装置6之间的间距为10cm，第一固化装置6的长度50cm，第二固化装置7的长度为70cm，第一固化装置6和第二固化装置7所设置的固化温度分别对应为180℃和170℃，第一固化装置6和第二固化装置7之间的间距为15cm。
在本实施例中，参见图1和图2，混杂纤维复合芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 采用碳纤维作为纤维内芯11材料，采用玻璃纤维作为绝缘纤维层10材料，纤维纱架1为不带张力纱架，将处于自由松弛状态的碳纤维和玻璃纤维分别从纤维纱架1上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维和玻璃纤维引入纤维预热/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%，纤维预热/刻蚀装置2使用紫外烘箱，烘箱温度设置范围为150℃；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维和玻璃纤维送入树脂浸渍槽3内浸渍，树脂浸渍槽3为可水浴加热的浸渍槽，控制树脂浸渍槽3的恒温温度为30℃，然后将碳纤维在预成型模具4中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为100℃，得到碳纤维内芯，然后在包覆成型模具5入口处对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维，并在包覆成型模具5中进行复合芯成型，初步得到碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维的混杂纤维复合芯，对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维时控制温度100℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置6和第二固化装置7中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置8进行牵引，牵引速度控制为800mm/min，最后用卷绕装置9对固化后混杂纤维复合芯进行收集，卷盘直径为复合芯直径的60倍。
本发明成型工艺主要包括预热/刻蚀、浸渍、分纱、两段预固化、两段固化及牵引卷绕等步骤，本发明方法简单，设备结构配置合理，能够防止复合芯在生产时出现堵模，提高了生产效率，降低了生产成本。
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，复合芯制造装置的纤维纱架1设有集束孔，使纤维从纤维纱架1的集束孔中牵出，纤维纱架1为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态，预成型模具4长度为15cm，其孔径为5mm；包覆成型模具5长度为30cm，其孔径为7mm；包覆成型模具5和第一固化装置6之间的间距为10cm，第一固化装置6和第二固化装置7的长度皆为60cm，第一固化装置6和第二固化装置7所设置的固化温度皆为170℃，第一固化装置6和第二固化装置7之间的间距为20cm。
在本实施例中，混杂纤维复合芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 采用碳纤维作为纤维内芯11材料，采用玻璃纤维作为绝缘纤维层10材料，纤维纱架1为不带张力纱架，将处于自由松弛状态的碳纤维和玻璃纤维分别从纤维纱架1上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维和玻璃纤维引入纤维预热/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%，纤维预热/刻蚀装置2使用紫外烘箱，烘箱温度设置范围为200℃；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维和玻璃纤维送入树脂浸渍槽3内浸渍，树脂浸渍槽3为可水浴加热的浸渍槽，控制树脂浸渍槽3的恒温温度为40℃，然后将碳纤维在预成型模具4中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为90℃，得到碳纤维内芯，然后在包覆成型模具5入口处对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维，并在包覆成型模具5中进行复合芯成型，初步得到碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维的混杂纤维复合芯，对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维时控制温度100℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置6和第二固化装置7中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置8进行牵引，牵引速度控制为600mm/min，最后用卷绕装置9对固化后混杂纤维复合芯进行收集，卷盘直径为复合芯直径的50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，复合芯制造装置的纤维纱架1设有集束孔，使纤维从纤维纱架1的集束孔中牵出，纤维纱架1为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态，预成型模具4长度为10cm，其孔径为8mm；包覆成型模具5长度为25cm，其孔径为10mm；包覆成型模具5和第一固化装置6之间的间距为15cm，第一固化装置6的长度50cm，第二固化装置7的长度为70cm，第一固化装置6和第二固化装置7所设置的固化温度分别对应为190℃和160℃，第一固化装置6和第二固化装置7之间的间距为25cm。
在本实施例中，混杂纤维复合芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 采用碳纤维作为纤维内芯11材料，采用玻璃纤维作为绝缘纤维层10材料，纤维纱架1为不带张力纱架，将处于自由松弛状态的碳纤维和玻璃纤维分别从纤维纱架1上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维和玻璃纤维引入纤维预热/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%，纤维预热/刻蚀装置2使用紫外烘箱，烘箱温度设置范围为180℃；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维和玻璃纤维送入树脂浸渍槽3内浸渍，树脂浸渍槽3为可水浴加热的浸渍槽，控制树脂浸渍槽3的恒温温度为50℃，然后将碳纤维在预成型模具4中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为100℃，得到碳纤维内芯，然后在包覆成型模具5入口处对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维，并在包覆成型模具5中进行复合芯成型，初步得到碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维的混杂纤维复合芯，对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维时控制温度110℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置6和第二固化装置7中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置8进行牵引，牵引速度控制为1000mm/min，最后用卷绕装置9对固化后混杂纤维复合芯进行收集，卷盘直径为复合芯直径的50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，复合芯制造装置的纤维纱架1设有集束孔，使纤维从纤维纱架1的集束孔中牵出，纤维纱架1为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态，预成型模具4长度为10cm，其孔径为7mm；包覆成型模具5长度为20cm，其孔径为7mm；包覆成型模具5和第一固化装置6之间的间距为15cm，第一固化装置6的长度50cm，第二固化装置7的长度为60cm，第一固化装置6和第二固化装置7所设置的固化温度皆为180℃，第一固化装置6和第二固化装置7之间的间距为30cm。
在本实施例中，混杂纤维复合芯成型工艺，包括如下步骤：
a. 采用碳纤维作为纤维内芯11材料，采用玻璃纤维作为绝缘纤维层10材料，纤维纱架1为不带张力纱架，将处于自由松弛状态的碳纤维和玻璃纤维分别从纤维纱架1上匀速牵出，然后将牵出的碳纤维和玻璃纤维引入纤维预热/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%，纤维预热/刻蚀装置2使用紫外烘箱，烘箱温度设置范围为160℃；
b．将经过上述步骤a中预热并刻蚀过的碳纤维和玻璃纤维送入树脂浸渍槽3内浸渍，树脂浸渍槽3为可水浴加热的浸渍槽，控制树脂浸渍槽3的恒温温度为30℃，然后将碳纤维在预成型模具4中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为100℃，得到碳纤维内芯，然后在包覆成型模具5入口处对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维，并在包覆成型模具5中进行复合芯成型，初步得到碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维的混杂纤维复合芯，对碳纤维内芯包覆绝缘层玻璃纤维时控制温度120℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯依次引入第一固化装置6和第二固化装置7中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置8进行牵引，牵引速度控制为400mm/min，最后用卷绕装置9对固化后混杂纤维复合芯进行收集，卷盘直径为复合芯直径的60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，只要不背离本发明混杂纤维复合芯成型工艺及复合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 (10)
1.一种混杂纤维复合芯成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a. 将高强纤维和绝缘层纤维从纤维纱架上匀速牵出，然后将牵出的高强纤维和绝缘层纤维引入纤维预热/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中预热并刻蚀过的高强纤维和绝缘层纤维送入树脂浸渍槽内浸渍，然后将高强纤维在预成型模具中进行纤维芯预成型，纤维芯预成型的温度设置为90-120℃，得到纤维内芯，然后在包覆成型模具入口处对纤维内芯包覆绝缘层纤维，并在包覆成型模具中进行复合芯成型，初步得到纤维内芯包覆绝缘层纤维的混杂纤维复合芯，对纤维内芯包覆绝缘层纤维时控制温度100-130℃；
c．将在上述步骤b中成型初步得到的混杂纤维复合芯引入固化装置中进行固化，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置进行牵引，牵引速度控制为300-1200mm/min，最后用卷绕装置对固化后混杂纤维复合芯进行收集。
2.根据权利要求1所述混杂纤维复合芯成型工艺，其特征在于：所述高强纤维采用碳纤维、碳化硅纤维或凯夫拉纤维；所述绝缘层纤维采用玻璃纤维、玄武岩纤维、聚氨酯纤维、芳纶或聚乙烯纤维。
3.一种实施权利要求1所述混杂纤维复合芯成型工艺的复合芯制造装置，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）、预成型模具（4）、包覆成型模具（5）、固化装置、牵引装置（8）及卷绕装置（9）组成，所述固化装置至少由第一固化装置（6）和第二固化装置（7）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，然后使纤维进入所述预成型模具（4）中进行纤维内芯（11）预成型，得到纤维内芯（11），然后在所述包覆成型模具（5）入口处进行绝缘纤维层（10）包覆，初步得到由纤维内芯（11）包覆绝缘纤维层（10）构成的混杂纤维复合芯，再将初步制备的混杂纤维复合芯依次引入所述第一固化装置（6）和所述第二固化装置（7）中进行固化，设置两段固化实现对固化效果的对比观察，固化后的混杂纤维复合芯通过牵引装置（8）进行牵引，最后用卷绕装置（9）对固化后混杂纤维复合芯进行收集。
4.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：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，所述纤维纱架（1）为不带张力纱架，纤维处于自由松弛状态。
5.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：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℃。
6.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：所述树脂浸渍槽（3）为可水浴加热的浸渍槽，控制所述树脂浸渍槽（3）的恒温温度为30-50℃。
7.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：所述的预成型模具（4）长度为10-15cm，其孔径为4.5-10 mm；所述包覆成型模具（5）长度为25-35 cm，其孔径为5-11 mm。
8.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：所述第一固化装置（6）的长度50-70cm，所述第二固化装置（7）的长度为50-90 cm，各固化装置所设置的固化温度皆为160-200℃。
9.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：通过智能控制装置，所述牵引装置（8）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。
10.根据权利要求3所述复合芯制造装置，其特征在于：所述卷绕装置（9）的卷盘直径为混杂纤维复合芯直径的45-100倍。
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