CN105043276A - 纤维复合芯棒的分层厚度测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于包括以下步骤：1)截取试样；2)磨制试样测试面；3)检查测试面；4)测量纤维包裹层厚度。本发明首次提出了对纤维复合芯棒的分层厚度进行定量测试，可以将纤维复合芯棒的纤维包裹层厚度研究深入到定量的层面，也可以为纤维复合芯软铝导线生产企业、使用单位的研发以及电力设计、施工单位金具的选择方面提供必要的参考数据，具有良好的社会效益和经济效益。

Description

纤维复合芯棒的分层厚度测定方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及纤维复合芯软铝导线性能测试领域，具体地说是一种纤维复合芯棒的分层厚度测定方法。

背景技术

在电力工业发展史上，传统的钢芯铝绞线作为输电的主要载体，占据统治地位已有一个多世纪。随着对电力需求的增值和线路扩容的需要，在许多场合若仍旧采用普通的钢芯铝绞线在技术上往往难以满足要求，或者在经济上不可性。对普通的钢芯铝绞线进行改造势在必行。在20世纪90年代，人们尝试用有机复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，其中典型的是美国开发的碳纤维复合芯软铝导线。碳纤维导线与现有的各种架空导线相比，具有强度高、线损低、电导率高、弧垂小、允许工作温度高、载流量大、重量轻、耐腐蚀及使用寿命长等优点。

纤维复合芯软铝导线的结构与常规钢芯铝绞线相比极其独特，内部是一根由纤维为中心层和纤维包覆制成的复合芯，外部由一系统呈梯型截面的软铝线绞合而成，具有良好的导电性能。其中承力元件为纤维有机复合材料加强芯。由于纤维复合芯棒外表包覆的是绝缘体的纤维层，芯棒与铝股之间不存在接触电位差，能保护铝导体免受电腐蚀，同时该导线属于自阻尼结构，具有防振性能。其外层纤维增强了芯棒的耐磨性；芯棒表面光滑，不需后期加工可直接与梯形截面软铝绞线配合，从而为其在架空输电线路中的应用提供了可能和必然，还可减少传输中电力的损耗，减少20％的塔杆，节省用地，减少金属资源消耗，有助于构造安全、环保、高效节约型电网。

在纤维复合芯软铝导线的结构中，纤维复合芯棒用于承载外层铝导线的重量。该芯棒的承力元件为纤维中心层，纤维包覆层用于固定所述的纤维中心层，一方面阻止纤维扩散，另一方面保护纤维中心层不受外力损伤。因而纤维包裹层的厚度不宜太薄，须满足紧固不开裂的要求；但也不能太厚而挤占了纤维中心层的空间，致使芯棒的强度减弱。由于现有的标准只是规定了芯棒的规格尺寸，并没有对纤维包裹层的厚度提出具体要求，又由于纤维中心层由于对纤维复合材料有高强度和质轻的特殊要求，而能够满足这种要求的材料(如碳纤维复合材料)，其价格远高于纤维包裹层所用材料(如玻璃纤维)的价格，因此，有些生产商为了降低制造成本，往往通过增加纤维包裹层的厚度，以此减少纤维中心层的体积，从而减少纤维中心层复合材料的用量。然而，这种做法是非常危险的，当纤维中心层的直径低于一定值后，其强度将大大减弱，铝导线则会在自重的作用下下垂，更为严重的可能会使导线断裂，从而造成大面积停电，甚至造成人员伤亡。

虽然，更多的研究者开始关注碳纤维复合芯及软铝导线的研制，但仍没有研究单位对纤维复合芯棒的纤维包裹层厚度测定方法进行研究和规范。因此，提出并规范纤维复合芯棒的纤维包裹层厚度测定方法，对纤维复合芯的研制有重要的指导意义。

发明内容

本发明解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，为纤维复合芯性能评估提供依据。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于包括以下步骤：

1)截取试样

从同批次纤维复合芯棒中随机抽取一根不小2米长的被测芯棒，从该被测芯棒中至少截取二段长度为30mm的试样，并使试样两端的截面与轴线垂直，取其中一个截面为测试面；截取过程中的切割温度低于100℃；

2)磨制试样测试面

2.1)把截取好的试样用水砂纸对测试面进行粗磨；

2.2)用金相砂纸对测试面进行细磨；

2.3)将细磨好的测试面进行抛光处理，直至能明显区分纤维复中心层和纤维包裹层区域；

3)检查测试面

3.1)将试样置于测量显微镜或数字投影仪的工作面上，使测试面与光轴垂直，观察测试面的纤维包裹层层和纤维中心层的中心是否位于同一焦点，如果不是，则返回步骤2.1)；

3.2)观察测试面的抛光效果，在测试面在放大的情况下，观察纤维包裹层边缘是否清晰，如果不是，否则返回步骤2.3)；

4)测量纤维包裹层厚度

在纤维包裹层上取4-8个点，分别读取各测量点处纤维包裹层厚度的测量值。

根据本发明，步骤2.1)中，用一组水砂纸依次对测试面进行粗磨，所述的一组水砂纸按颗粒从大到小的顺序选用。

本发明的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，具有以下优点：

1、首次提出了对纤维复合芯棒的纤维包裹层厚度进行测试，根据测试结果，淘汰不合格的产品，避免因纤维包裹层过厚而使纤维中心层直径不足导致复合芯棒强度不够，从而引发铝导线断裂，造成大面积停电，甚至造成人员伤亡的事故的发生，即杜绝了安全隐患，也避免了有可能带来的巨大经济损失。

2、本发明对对纤维复合芯棒的纤维包裹层厚度进行定量测试，测量得到的数据可以给以后制订相应的行业标准提供参考，也可以给纤维复合芯软铝导线生产企业、使用单位的研发以及电力设计、施工单位金具的选择方面提供必要的参考数据，并可作为行业研究的基础，具有良好的社会效益和经济效益。

3、在测量前对试样的测试面进行粗磨、细磨和抛光等多道工序的磨制，并通过放大截面对测试面进行观察，确保测试面的纤维包裹层区域能够明显区分出来，从而保证测量的准确性。

4、采用测量显微镜或数字投影仪作为测量仪器，试样的测试面进行放大，通过仪器内置的软件直接在显示器或屏幕上读取测量值，因而操作简单，读数方便。

5、试样截取过程中的切割温度控制在低于100℃，在此温度内，芯棒不会产生热变形，使测试结果能够真实体现产生的质量。

根据本发明，步骤2.1)中，用一组水砂纸依次对测试面进行粗磨，所述的一组水砂纸按颗粒从大到小的顺序选用。所述的一组水砂纸以3-6块为宜，优选为5块，依次为240#、320#、400#、500#、600#水砂纸。

根据本发明，步骤2.2)中，用一组金相砂纸依次对测试面进行细磨，所述的一组金相砂纸按颗粒从大到小的顺序选用。所述的一组金相砂纸以3-6块为宜，优选为4块，依次为1#、2#、3#、4#金相砂纸。

根据本发明，相邻两次的磨制方向呈一个夹角，例如90°，使整个测试面得到均匀磨制。

根据本发明，步骤4)中，若纤维包裹层厚度为0.5mm及以上时，测量值的读数精确到小数点后面两位；若纤维包裹层厚度为0.5mm以下时，则测量值的读数精确到小数点后面三位，使测量结果更为精确。

根据本发明，将实验室内的温度控制在10℃～35℃内。

附图说明

图1是纤维复合芯软铝导线的结构示意图。

图2是本发明的一个测试面的示意图。

具体实施方式

参照图1，纤维复合芯软铝导线的结构，包括芯棒和外层的软铝导线3。所述的芯棒由碳纤维复合材料中心层1和包裹在该中心层1外面的纤维包裹层2。

本发明的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，按以下步骤进行：

1)截取试样

从同批次纤维复合芯棒中随机抽取一根不小2米长的被测芯棒，从该被测芯棒中截取两端和中间三段长度为30mm的试样，并使试样两端的截面与轴线垂直，取其中一个截面为测试面；可通过冷切割方式进行截取，如采用铣床、车床等机床切割，保证截取过程中的切割温度低于100℃；

2)磨制试样测试面

2.1)把截取好的试样依次用240#、320#、400#、500#、600#水砂纸对测试面进行粗磨；并且每换一次砂纸，其磨制方向转换90度；

2.2)依次用1#、2#、3#、4#金相砂纸对测试面进行细磨；并且每换一次砂纸，其磨制方向也转换90度；

2.3)将细磨好的测试面进行抛光处理，直至能明显区分纤维中心层和纤维包裹区域；

3)检查测试面

3.1)将试样置于测量显微镜或数字投影仪的工作面上，使测试面与光轴垂直，观察测试面的纤维包裹层和纤维中心层的中心是否位于同一焦点，如果不是，则返回步骤2.1)；

3.2)观察测试面的抛光效果，在测试面在放大的情况下，观察纤维包裹层边缘是否清晰，如果不是，否则返回步骤2.3)；

4)测量纤维包裹层厚度

参照图2，在纤维包裹层上均匀取6个点，分别读取各测量点处纤维包裹层厚度的测量值。若纤维包裹层厚度为0.5mm及以上时，测量值的读数精确到小数点后面两位；若纤维包裹层厚度为0.5mm以下时，则测量值的读数精确到小数点后面三位。

根据测量结果，获取最小值Dmin，最大值Dmax，平均值Dave，并计算出偏心率(Dmax-Dmin)/Dmax。这次数据可用于以后的分析。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于包括以下步骤：

1)截取试样

从同批次纤维复合芯棒中随机抽取一根不小2米长的被测芯棒，从该被测芯棒中至少截取二段长度为30mm的试样，并使试样两端的截面与轴线垂直，取其中一个截面为测试面；截取过程中的切割温度低于100℃；

2)磨制试样测试面

2.1)把截取好的试样用水砂纸对测试面进行粗磨；

2.2)用金相砂纸对测试面进行细磨；

2.3)将细磨好的测试面进行抛光处理，直至能明显区分纤维中心层和纤维包裹层区域；

3)检查测试面

3.1)将试样置于测量显微镜或数字投影仪的工作面上，使测试面与光轴垂直，观察测试面的纤维包裹层和纤维中心层的中心是否位于同一焦点，如果不是，则返回步骤2.1)；

3.2)观察测试面的抛光效果，在测试面在放大的情况下，观察纤维包裹层边缘是否清晰，如果不是，否则返回步骤2.3)；

4)测量纤维包裹层厚度

在纤维包裹层上取4-8个点，分别读取各测量点处纤维包裹层厚度的测量值。

2.如权利要求1所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于步骤2.1)中，用一组水砂纸依次对测试面进行粗磨，所述的一组水砂纸按颗粒从大到小的顺序选用。

3.如权利要求2所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于步骤2.1)中，依次用240#、320#、400#、500#、600#水砂纸对测试面进行粗磨。

4.如权利要求1所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于步骤2.2)中，用一组金相砂纸依次对测试面进行细磨，所述的一组金相砂纸按颗粒从大到小的顺序选用。

5.如权利要求4所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于步骤2.2)中，依次用1#、2#、3#、4#金相砂纸对测试面进行细磨。

6.如权利要求2-5中的任何一项所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于相邻两次的磨制方向呈一个夹角。

7.如权利要求6所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于步骤4)中，若纤维包裹层厚度为0.5mm及以上时，测量值的读数精确到小数点后面两位；若纤维层包裹厚度为0.5mm以下时，则测量值的读数精确到小数点后面三位。

8.如权利要求7所述的纤维复合芯棒的分层厚度测定方法，其特征在于将实验室内的温度控制在10℃～35℃内。