CN110005245A - 一种垂直骨架的复合材料杆塔及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直骨架的复合材料杆塔及其制备方法，杆塔包括垂直骨架，所述垂直骨架由若干截中空圆柱筒依次套接而成；泡沫内芯，所述泡沫内芯填充于垂直骨架的内部；复合材料外层，所述复合材料外层包覆于垂直骨架的外表面。本发明的优点在于在杆塔内部增设了垂直骨架，增加了杆塔的强度，使杆塔的不易折断；垂直骨架由若干个中空圆柱筒活动套接而成，中空圆柱筒成型工艺简单，体积小，运输方便，且组装时无需任何辅助连接件，只需堆叠后牵引悬空，即可自动成型，可提高生产效率；工艺省去了脱模工序；泡沫内芯直接在垂直骨架内部成型，通过其发泡过程，能对垂直骨架产生一定的膨胀挤压作用，使垂直骨架定型，且能保护垂直骨架不被腐蚀。

Description

一种垂直骨架的复合材料杆塔及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料杆塔技术领域，具体涉及一种垂直骨架的复合材料杆塔及其制备方法。
背景技术
输电线路杆塔结构，是电力架空线路设施中特殊的支撑结构件，其结构性能直接影响着线路的安全性、经济性和运行可靠性。目前，市面上出现了诸多复合材料杆塔，其具有质轻、耐腐蚀性好以及降低矿物资源需求和环境污染等优点，逐渐被推广使用。
但是，现有的复合材料杆塔具有以下两个缺点：(1)由于复合材料杆塔生产大都是采用纤维螺旋缠绕的工艺制成，这种方式制造出的复合材料杆塔很容易折断，如果折断就无法再修复使用。(2)需要用芯轴作为模具，在轴面上进行纤维缠绕，然后再固化、脱模，工艺过程复杂，难度大，且耗时长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直骨架的复合材料杆塔及其制备方法，其解决了传统复合材料杆塔工艺加工难度大、耗时长，以及产品易折断的缺点。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种垂直骨架的复合材料杆塔，包括
垂直骨架，所述垂直骨架由若干截中空圆柱筒依次套接而成；
泡沫内芯，所述泡沫内芯填充于垂直骨架的内部；
复合材料外层，所述复合材料外层包覆于垂直骨架的外表面。
进一步改进在于，所述垂直骨架中各个中空圆柱筒的长度相等，筒壁厚度相等，且内径由下往上逐个减小。
进一步改进在于，所述中空圆柱筒的外表面底端设有外凸环，中空圆柱筒的内表面顶端设有内凸环，相邻中空圆柱筒套接时，所述外凸环与内凸环相互挡住。
进一步改进在于，所述垂直骨架中位于最下方的中空圆柱筒的底部设有密封底板。
进一步改进在于，所述中空圆柱筒的材料为铁或其合金、铝或其合金、铜或其合金中的一种。
进一步改进在于，所述泡沫内芯的制备原料按重量份数包括不饱和聚酯树脂50-60份、酚醛树脂50-60份、凹凸棒土5-20份、阻燃剂10-20份、发泡剂2-8份、固化剂1-10份。
进一步改进在于，所述复合材料外层包括玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维，且玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维之间的质量比为7-10:3-5:1-3。
一种垂直骨架的复合材料杆塔的制备方法，步骤包括
(1)、制备若干个长度相等、内径递减的中空圆柱筒，每个中空圆柱筒的外表面底端均设有外凸环、内表面顶端均设有内凸环，将中空圆柱筒按内径由小到大依次堆叠，形成多层圆柱套筒结构，并使用密封底板将最外层中空圆柱筒的底部密封；
(2)、将多层圆柱套筒结构中最内层的中空圆柱筒牵引悬空，外层所有中空圆柱筒均下滑至相邻中空圆柱筒上的外凸环与内凸环卡接，形成垂直骨架；
(3)、将制备泡沫内芯的原料倒入垂直骨架内部，经搅拌、高温发泡、固化步骤，制成泡沫内芯；
(4)、转动垂直骨架，通过纤维缠绕及固化步骤，在垂直骨架的外表面制成复合材料外层。
进一步改进在于，所述纤维缠绕的具体方式为45°交叉缠绕。
本发明的有益效果在于：
1)在复合材料杆塔内部增设了垂直骨架，显著增加了杆塔的强度，使杆塔的不易折断；
2)垂直骨架由若干个中空圆柱筒活动套接而成，中空圆柱筒成型工艺简单，体积小，运输方便，且组装时无需任何辅助连接件，只需堆叠后牵引悬空，即可自动成型，可大幅提高生产效率；且由于采用了垂直骨架，无需使用芯轴作为纤维缠绕的模具，省去了脱模工序，简化工艺，进一步提高生产效率；
3)在垂直骨架内部填充有轻质的泡沫内芯，其直接在垂直骨架内部成型，通过其发泡过程，能对垂直骨架产生一定的膨胀挤压作用，使垂直骨架定型，结构更加稳定，且能起到保护垂直骨架不被腐蚀的作用。
附图说明
图1为复合材料杆塔的剖面图；
图2为垂直骨架的结构示意图；
图3为图1中A部分的放大图；
图4为多层圆柱套筒结构的结构示意图；
图5为纤维缠绕的示意图；
图中：1、垂直骨架；2、泡沫内芯；3、复合材料外层；4、外凸环；5、内凸环；6、密封底板。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
结合图1和图2所示，一种垂直骨架1的复合材料杆塔，包括
垂直骨架1，所述垂直骨架1由若干截中空圆柱筒依次套接而成；
泡沫内芯2，所述泡沫内芯2填充于垂直骨架1的内部；
复合材料外层3，所述复合材料外层3包覆于垂直骨架1的外表面。
本发明实施例中，上述垂直骨架1中各个中空圆柱筒的长度相等，筒壁厚度相等，且内径由下往上逐个减小。
再结合图3所示，中空圆柱筒的外表面底端设有外凸环4，中空圆柱筒的内表面顶端设有内凸环5，在尺寸设置时，要求外凸环4与内凸环5相配合，使得相邻中空圆柱筒套接时，外凸环4与内凸环5相互挡住，用于防止相邻中空圆柱筒脱落。
本发明实施例中，上述垂直骨架1中位于最下方的中空圆柱筒的底部设有密封底板6。
本发明实施例中，上述中空圆柱筒的材料为铁或其合金、铝或其合金、铜或其合金中的一种。
本发明实施例中，上述泡沫内芯2的制备原料按重量份数包括不饱和聚酯树脂55份、酚醛树脂55份、凹凸棒土10份、阻燃剂15份、发泡剂5份、固化剂6份。或者，上述泡沫内芯2的制备原料按重量份数包括不饱和聚酯树脂50份、酚醛树脂50份、凹凸棒土5份、阻燃剂10份、发泡剂2份、固化剂1份。再或者，上述泡沫内芯2的制备原料按重量份数包括不饱和聚酯树脂60份、酚醛树脂60份、凹凸棒土20份、阻燃剂20份、发泡剂8份、固化剂10份。
本发明实施例中，上述复合材料外层3包括玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维，且玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维之间的质量比为7:5:3。或者，玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维之间的质量比为10:3:1。
本发明还提供了一种垂直骨架1的复合材料杆塔的制备方法，步骤包括
(1)、通过铸造成型工艺，制备若干个长度相等、内径递减的中空圆柱筒，每个中空圆柱筒的外表面底端均设有外凸环4、内表面顶端均设有内凸环5，将中空圆柱筒按内径由小到大依次堆叠，形成多层圆柱套筒结构，该结构参照图4；接着使用密封底板6将最外层中空圆柱筒的底部密封，即密封底板6与最外层中空圆柱筒的底部密封焊接，与其他中空圆柱筒的底部不焊接；
(2)、通过桁架或者吊车等设备，将多层圆柱套筒结构中最内层的中空圆柱筒牵引悬空，受重力作用，外层所有中空圆柱筒均下滑至相邻中空圆柱筒上的外凸环4与内凸环5卡接，形成垂直骨架1。
(3)、保持垂直骨架1的悬空状态，将制备泡沫内芯2的原料倒入垂直骨架1内部，经搅拌、高温发泡、固化步骤，制成泡沫内芯2。泡沫内芯2的发泡过程，能对垂直骨架1产生一定的膨胀挤压作用，使垂直骨架1定型，结构更加稳定。
(4)、转动垂直骨架1，通过纤维缠绕及固化步骤，在垂直骨架1的外表面制成复合材料外层3。
本发明的实施例中，参照图5，上述纤维缠绕的具体方式为45°交叉缠绕。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：包括
垂直骨架，所述垂直骨架由若干截中空圆柱筒依次套接而成；
泡沫内芯，所述泡沫内芯填充于垂直骨架的内部；
复合材料外层，所述复合材料外层包覆于垂直骨架的外表面。
2.根据权利要求1所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述垂直骨架中各个中空圆柱筒的长度相等，筒壁厚度相等，且内径由下往上逐个减小。
3.根据权利要求1所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述中空圆柱筒的外表面底端设有外凸环，中空圆柱筒的内表面顶端设有内凸环，相邻中空圆柱筒套接时，所述外凸环与内凸环相互挡住。
4.根据权利要求3所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述垂直骨架中位于最下方的中空圆柱筒的底部设有密封底板。
5.根据权利要求1所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述中空圆柱筒的材料为铁或其合金、铝或其合金、铜或其合金中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述泡沫内芯的制备原料按重量份数包括不饱和聚酯树脂50-60份、酚醛树脂50-60份、凹凸棒土5-20份、阻燃剂10-20份、发泡剂2-8份、固化剂1-10份。
7.根据权利要求1所述的一种垂直骨架的复合材料杆塔，其特征在于：所述复合材料外层包括玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维，且玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维之间的质量比为7-10:3-5:1-3。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的垂直骨架的复合材料杆塔的制备方法，其特征在于：步骤包括
(1)、制备若干个长度相等、内径递减的中空圆柱筒，每个中空圆柱筒的外表面底端均设有外凸环、内表面顶端均设有内凸环，将中空圆柱筒按内径由小到大依次堆叠，形成多层圆柱套筒结构，并使用密封底板将最外层中空圆柱筒的底部密封；
(2)、将多层圆柱套筒结构中最内层的中空圆柱筒牵引悬空，外层所有中空圆柱筒均下滑至相邻中空圆柱筒上的外凸环与内凸环卡接，形成垂直骨架；
(3)、将制备泡沫内芯的原料倒入垂直骨架内部，经搅拌、高温发泡、固化步骤，制成泡沫内芯；
(4)、转动垂直骨架，通过纤维缠绕及固化步骤，在垂直骨架的外表面制成复合材料外层。
9.根据权利要求8所述的垂直骨架的复合材料杆塔的制备方法，其特征在于：所述纤维缠绕的具体方式为45°交叉缠绕。
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