CN104008798A - 一种改性的复合芯棒及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性的复合芯棒及其制造方法，该复合芯棒包括纤维内芯和缠绕或/和编织或/和纵向包覆在内芯外部的纤维外层以及均匀嵌入到纤维内芯和纤维外层中的热固性或热塑性耐高温树脂；所述纤维内芯由多根纵向纤维组成，外径为5.0～11.0mm；所述纤维外层至少有两层；所述纤维内芯和纤维外层经树脂固化而形成一个整体；所述复合芯棒的外径为10.0mm～20.0mm；所述耐高温树脂的Tg≥90℃，树脂的体积分数为25%～40%。本发明主要解决了常规纤维增强树脂基复合芯棒拉断力小、弯曲性能差，复合芯棒截面不能过大等问题，不仅改善了复合芯棒的弯曲性能，还扩大了复合芯棒的规格范围和提高了复合芯棒的拉断力，可满足大档距、大风区等环境恶劣的输电线路要求。

Description

一种改性的复合芯棒及其制造方法

技术领域

本发明公开了一种改性的复合芯棒及其制造方法，提供一种截面大、拉断力大、弯曲性能好、不易纵向和径向开裂改性纤维增强树脂基复合芯棒及其制造方法。

背景技术

树脂基高强度连续纤维复合材料线材，因其具有质量轻、抗张强度大、耐温高、高比模、线膨胀系数小等特点，在电力输送、海洋作业、桥梁增强等方面应有受到人们的广泛关注。特别是以美国CTC公司、远东复合技术有限公司为首的多家公司将复合材料用于输电线路中优点已日益凸现。该复合芯主要由多根纵向纤维经树脂固化而成，这种结构存在弯曲性能较差、当需要增加拉断力、增大截面时更难弯曲，导致弯曲直径很大，对生产和施工带来困难，因此目前复合芯棒生产的直径范围为5.0mm～10.0mm，而当其用于大跨越地区需要更大拉断力、更大截面的复合芯时，其应用就受到限制。为了提高纤维材料复合芯的应用领域，满足在大档距、大长度场合下使用，则必须生产更大拉力、较大规格的纤维增强树脂基复合芯棒。对于生产较大规格的复合芯棒，关键要求是在不改变其物理性能的基础上提高复合芯棒力学性能和弯曲性能，为此，人们开始研究采用多种结构的复合芯棒及其制造方法。如绞合型复合芯，然而绞合型复合芯存在制造工艺复杂、各股张力难以做到均匀一致、连接金具复杂，至目前为止，仍未有绞合型复合芯棒批量生产成熟的制造方法。因此，开发截面大、拉断力大、弯曲性能好的能满足在大档距、大长度场合下使用的复合芯棒是业内的研发方向。

发明内容

本发明的第一个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种拉断力大、弯曲性能优良、柔韧性好的改性复合芯棒。

实现本发明第一个目的的技术方案是一种改性的复合芯棒，包括纤维内芯、缠绕或/和编织或/和纵向包覆在内芯外部的纤维外层以及均匀嵌入到纤维内芯和纤维外层中的热固性或热塑性耐高温树脂；所述纤维内芯由多根纵向纤维组成，外径为5.0～11.0mm；所述纤维外层至少有两层；所述纤维内芯和纤维外层经树脂固化而形成一个整体；所述复合芯的外径为10.0mm～20.0mm；所述耐高温树脂的Tg≥90℃，树脂的体积分数为25%～40%。

所述纤维内芯和纤维外层的纤维为强度在2000～6000MPa，伸长率在1%-5%，弹性模量在30～250GPa的高强纤维，由单一纤维构成或者两种或两种以上纤维材料组合。

本发明的第二个目的是解决现有技术存在的问题，提供一种制造前述改性复合芯棒的方法。

实现本发明第二个目的的技术方案是一种改性的复合芯棒的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：将多束纤维经树脂浸胶槽内的树脂完全浸润后进入高温拉挤模，形成半固化状态的复合芯的纤维内芯；

步骤二：在半固化状态的复合芯的纤维内芯外编织或/和缠绕或/和纵向包覆纤维外层；

步骤三：经编织或/和缠绕或/和纵向包覆纤维外层复合芯棒经过第二道次浸胶槽浸润后进入二次拉挤固化模，实现完全固化。

所述步骤一具体步骤为：

A、放纱工序：将多束纤维从放线架中放出，根据需要进行加捻；

B、浸渍工序：将放出的多束纤维经树脂浸胶槽充分浸渍，热固性树脂或热塑性树脂嵌入到各纤维内部；

C、预固化工序：将浸胶后的纤维经导向轮或导向模进入高温拉挤模进行预固化形成预固化的复合芯内芯。

所述步骤二具体步骤为：将预固化的复合芯内芯通过两个或两个以上的绕包机缠绕或通过两个或两个以上的编织机分别编织两层或两层以上的纤维丝或/和纵向包覆一层组合形成至少有两层的纤维外层；各层全部采用缠绕方式或者各层全部采用编织方式，或者各层采用缠绕和编织组合的方式或各层采用缠绕和纵向包覆组合方式或各层采用编织和纵向包覆组合方式，，缠绕可采用紧密缠绕或者疏绕；编织密度控制在60%～90%。

所述步骤三具体步骤为：

A、二次浸胶工序：将缠绕或编织或纵向包覆的复合纤维芯经第二道次浸胶槽充分浸润，树脂均匀嵌入到纤维外层内部及外纤维外层与复合芯内芯的界面；

B、二次固化工序：将浸胶后的复合芯进入二次拉挤固化模，实现完全固化，形成完全固化的复合芯棒；

C、成盘工序：将固化成型的复合芯棒经牵引机牵引后成盘收线。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：（1）由于复合芯在弯曲时，复合芯弯曲顶部的纤维所受的拉力最大，而本发明的结构外层采用多层缠绕或编织结构，因此外面的各纤维与复合芯的轴线呈一定的角度，使得复合芯外部的单根纤维在复合芯径向所受的力要小于或等于内部纵向纤维所受的力，从而大大提高了复合芯的柔性，解决了目前常规结构的复合芯棒截面不能过大，整根拉断力小、弯曲性能差的问题。

（2）本发明制造方法将两层结构经过两次浸胶和两次固化在同一台机上连续实现，使得内芯和外层形成一个整体，不会分层，一方面有利于施工或连接过程中力的传递，另一方面在承受拉力时，受力均匀，复合芯强度更高。

（3）本发明的复合芯主要解决了常规纤维增强树脂基复合芯棒拉断力小、弯曲性能差、复合芯棒截面不能过大等问题，不仅改善了复合芯的弯曲性能，还扩大了复合芯棒的规格范围和提高了复合芯棒的拉断力，可满足大档距、大风区等环境恶劣的输电线路要求。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的制造方法的工艺流程图。

图3为本发明的制造模型图。

附图中的标号为：

纤维内芯1、纤维外层2、放线架3、纤维4、树脂浸胶槽5、浸胶后的纤维6、高温拉挤模7、第一和二层绕包机或编织机8-1、第三层编织机或绕包机8-2、第二道次浸胶槽9、浸胶后的复合芯10、二次拉挤固化模11、复合芯12、牵引轮13、收线盘14。

具体实施方式

见图1，本实施例的一种改性的复合芯，包括纤维内芯1和缠绕或编织在内芯1外部的纤维外层2以及均匀嵌入到纤维内芯1和纤维外层2中的热固性或热塑性耐高温树脂；纤维内芯1由多根纵向纤维组成，外径为5.0～11.0mm；纤维外层2至少有两层；纤维内芯1和纤维外层2经树脂固化而形成一个整体；复合芯的外径为10.0mm～20.0mm；耐高温树脂的Tg≥90℃，树脂的体积分数为25%～40%。纤维内芯1和纤维外层2的纤维为强度在2000～6000MPa，弹性模量在30～250GPa的高强纤维，由单一纤维构成或者两种或两种以上纤维材料混合。

见图2和图3，改性的复合芯的制造方法，包括以下步骤：

步骤一：将多束纤维经树脂浸胶槽5内的树脂完全浸润后进入高温拉挤模7，形成半固化状态的复合芯的纤维内芯1；

A、放纱工序：将多束纤维4从放线架3中放出，根据需要进行加捻；

B、浸渍工序：将放出的多束纤维4经树脂浸胶槽5充分浸润，热固性树脂或热塑性树脂嵌入到各纤维内部；

C、预固化工序：将浸胶后的纤维6经导向轮或导向模进入高温拉挤模7进行预固化形成预固化的复合芯内芯。

步骤二：在半固化状态的复合芯的纤维内芯1外编织或缠绕纤维外层2；将预固化的复合芯内芯分别通过两个或两个以上的绕包机缠绕或通过两个或两个以上的编织机编织两层或两层以上的纤维丝或/和纵向包覆一层组合形成至少有两层的纤维外层2；各层全部采用缠绕方式或者各层全部采用编织方式或各层采用缠绕和编织组合方式或各层采用缠绕和纵向包覆组合方式或各层采用编织和纵向包覆组合方式，缠绕可采用紧密缠绕或者疏绕；编织密度控制在60%～90%。

步骤三：经缠绕或编织包覆后的复合芯棒经过第二浸胶槽9浸润后进入第二道次固化模11，实现完全固化。

A、二次浸胶工序：将缠绕或编织或纵向包覆的复合纤维芯经第二道次浸胶槽9充分浸润，树脂均匀嵌入到纤维外层内部及纤维外层与复合纤维内芯的界面；

B、二次固化工序：将浸胶后的复合芯10进入二次拉挤固化模11，实现完全固化，形成完全固化的复合芯棒12；

C、成盘工序：将固化成型的复合芯棒12经牵引机13后成盘14收线。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改性的复合芯棒，其特征在于：包括纤维内芯（1）和缠绕或/和编织或/和纵向包覆在内芯（1）外部的纤维外层（2）以及均匀嵌入到纤维内芯（1）和纤维外层（2）中的热固性或热塑性耐高温树脂；所述纤维内芯（1）由多根纵向纤维组成，外径为5.0～11.0mm；所述纤维外层（2）至少有两层；所述纤维内芯（1）和纤维外层（2）经树脂固化而形成一个整体；所述复合芯棒的外径为10.0mm～20.0mm；所述耐高温树脂的Tg≥90℃，树脂的体积分数为25%～40%。

2.根据权利要求1所述的一种改性的复合芯棒，其特征在于：所述纤维内芯（1）和纤维外层（2）的纤维为抗拉强度在2000～6000MPa，伸长率在1%～5%，弹性模量在30～250GPa的高强纤维，由单一纤维构成或者两种或两种以上纤维材料组合。

3.根据权利要求2所述的一种改性的复合芯棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将多束纤维经树脂浸胶槽（5）内的树脂完全浸润后进入高温拉挤模（7），形成半固化状态的复合芯棒的纤维内芯（1）；

步骤二：在半固化状态的复合芯的纤维内芯（1）外缠绕或/和编织或/和纵向包覆纤维外层（2）；

步骤三：经缠绕或/和编织或/和纵向包覆后的复合芯棒经过第二浸胶槽（9）浸润后进入第二道次固化模（11），实现完全固化。

4.根据权利要求3所述的一种改性的复合芯棒的制造方法，其特征在于：所述步骤一具体步骤为：

A、放纱工序：将多束纤维（4）从放纱架（3）中放出，根据需要进行加捻；

B、浸渍工序：将放出的多束纤维（4）经树脂浸胶槽（5）充分浸渍，热固性树脂或热塑性树脂嵌入到各纤维内部；

C、预固化工序：将浸胶后的纤维（6）经导向轮或导向模进入高温拉挤模（7）进行预固化形成预固化的复合芯内芯。

5.根据权利要求3所述的一种改性的复合芯棒的制造方法，其特征在于：所述步骤二具体步骤为：将预固化的复合芯内芯通过两个或两个以上的绕包机缠绕或通过两个或两个以上的编织机分别编织两层或两层以上的纤维丝或/和纵向包覆一层组合形成至少有两层的纤维外层（2）；各层全部采用缠绕方式或各层全部采用编织方式或各层采用缠绕和编织组合方式或各层采用缠绕和纵向包覆组合方式或各层采用编织和纵向包覆组合方式，缠绕可采用紧密缠绕或者疏绕；编织密度控制在60%～90%。

6.根据权利要求3所述的一种改性的复合芯棒的制造方法，其特征在于：所述步骤三具体步骤为：

A、二次浸胶工序：将缠绕或编织或纵向包覆的复合纤维芯经第二道次浸胶槽（9）充分浸润，树脂均匀嵌入到纤维外层内部及纤维外层与复合纤维内芯的界面；

B、二次固化工序：将浸胶后的复合芯（10）进入二次拉挤固化模（11），实现完全固化，形成完全固化的复合芯棒（12）；

C、成盘工序：将固化成型的复合芯棒（12）经牵引机牵引（13）后成盘（14）收线。