CN110305450B - 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法 - Google Patents

一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110305450B
CN110305450B CN201910702538.XA CN201910702538A CN110305450B CN 110305450 B CN110305450 B CN 110305450B CN 201910702538 A CN201910702538 A CN 201910702538A CN 110305450 B CN110305450 B CN 110305450B
Authority
CN
China
Prior art keywords
epoxy resin
core
lignin
fiber
carbon fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910702538.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110305450A (zh
Inventor
耿进锋
史红伟
姚德贵
李红英
孙建华
时洪飞
汪毅
崔大田
肖寒
赵理
钟恩涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Zhoukou Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Zhoukou Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd, Zhoukou Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd filed Critical Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority to CN201910702538.XA priority Critical patent/CN110305450B/zh
Publication of CN110305450A publication Critical patent/CN110305450A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110305450B publication Critical patent/CN110305450B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/043—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with glass fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2363/00—Characterised by the use of epoxy resins; Derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2435/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a carboxyl radical, and containing at least one other carboxyl radical in the molecule, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2435/06—Copolymers with vinyl aromatic monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2497/00—Characterised by the use of lignin-containing materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Epoxy Resins (AREA)

Abstract

本发明公开了一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法，所述的复合芯包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为30‑40%、25‑35%和30‑40%。本发明架空线路纤维增强树脂基复合芯重量轻，机械强度高，韧性好，耐热性能优异。

Description

一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法
技术领域
本发明属于输电导线技术领域，具体涉及一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法。
背景技术
随着社会和经济的发展，电力负荷供应增加迅速，很多架空线路的电力输送容量接近或者超过了设计值，电网的线路电能输送容量亟待提高。线路输送容量的增大，受诸多因素的制约，其中最主要的因素为：导线的电阻特性和导线机械强度特性。当线路输送容量增大时（通过导线的电流增大时），因为导线电阻的存在，输电线路上的热损耗增加，导线温度升高，由于金属材料具有软化特性，当导线温度升高到一定程度后，导线材料的机械强度残存率会迅速下降，线路导线存在较大的断线风险。
复合材料芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，具备强度高、耐腐蚀、导电率高、载流量大、线膨胀系数小、弧垂小、重量轻、使用寿命长等优异性能，能有效满足输变电领域容量输送需求。其中，复合材料芯导线中应用比较多的是碳纤维复合芯铝绞线，碳纤维复合芯中心层为碳纤维束与高温环氧树脂浸渍；外层由玻璃纤维与同样的高性能环氧树脂浸渍，利用拉挤工艺，树脂固化成型，得到碳纤维复合材料芯。但是，碳纤维复合芯中环氧树脂与无机纤维的粘合性较差，而且环氧树脂高温固化后，韧性变差，碳纤维复合芯铝绞线容易开裂或者折断。
公告号为CN102516708B的中国专利公开了一种用于电网输电线路导线的复合芯及其制备方法，所述复合芯具有高强度、高韧性、高玻璃化转变温度及表面光洁。复合芯的材料包括树脂材料和增强材料，树脂材料包括热固性树脂、固化剂、促进剂、脱模剂、增韧剂及纳米颗粒，增强材料为选自碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、PBI 纤维中的一种或几种。该发明的复合芯纤维含量 Vf＝50-80％，复合芯抗拉强度不低于 2100MPa，复合芯玻璃化转变温度不低于 180℃。复合芯韧性显著提高，降低复合芯在生产、运输及挂线施工过程中因脆性因素造成的断裂及开裂几率。但是，该专利树脂材料与纤维增强材料的粘合性较差，仍然容易开裂，复合芯表面出现裂纹。
公告号为102602083B的中国专利公开了一种纤维增强复合材料芯及其制备方法。纤维增强复合材料芯是由内部结构和外层绝缘结构组成的，内部结构由多根平行或螺旋扭转的纤维增强耐高温树脂基细杆粘结而成，外层绝缘结构为耐高温不导电树脂涂层或耐高温、非导电纤维增强树脂层，其厚度为导线芯直径的 10～40％，并且沿周长厚度均匀。多根纤维增强耐高温树脂基细杆通过注入胶黏剂的楔形口模，纤维增强耐高温树脂基细杆通过胶黏剂粘合在一起，涂覆纤维增强树脂复合材料层或树脂涂层，通过高温口模，固化成型。该发明横向抗剪性能、抗压性能、韧性及抗疲劳性能显著增强，避免现有碳纤维复合芯性脆、易折断、铝绞线使用中断裂等缺陷，大幅度提高其安全性能与寿命。但是，该专利纤维增强耐高温树脂基细杆由连续纤维束与耐高温树脂经拉挤工艺制备而成，耐高温环氧树脂为玻璃化温度在 100～250℃之间的环氧树脂或乙烯基聚酯，韧性较差。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为30-40%、25-35%和30-40%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂50-75份、苯乙烯-马来酸酐共聚物20-30份，环氧木质素15-25份、固化剂40-60份和稀释剂15-30份。
优选地，所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
优选地，所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
优选地，所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000 mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
优选地，所述的固化剂为桐油酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐或者甲基纳迪克酸酐。
优选地，所述的稀释剂为辛基缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚或二缩水甘油基苯胺。
优选地，所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌30-60min，然后升温至40-60℃，滴加环氧氯丙烷，反应5-10h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得。
优选地，所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:4-6，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.5-2g：10-20mL。
优选地，所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为10-30%。
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）调整碳纤维和玻璃纤维的直线度，使两者张力一致；
（2）将环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、环氧木质素和稀释剂搅拌混合均匀，然后加入固化剂，室温下超声除去气泡，得到改性环氧树脂胶液，放入浸胶槽，备用；
（3）在牵引机的拉力下，碳纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（4）将步骤（3）浸胶后的碳纤维进入前模中进行预固化，预固化采用两段式加热，第一段加热温度60-80℃，第二段加热温度为90-110℃；
（5）在牵引机的拉力下，玻璃纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（6）将步骤（5）处理后的玻璃纤维通过分纱器包覆在步骤（4）处理后的碳纤维周围，最终进入后模中加热固化成型，后模设置三个加热区，三区加热温度分别为：120-130℃，140-160℃，170-190℃，即得复合芯。
目前，架空线路中大量采用的导线为钢芯铝绞线，钢芯铝绞线由钢芯和硬铝构成，具有结构简单、架设与维护方便、线路造价低、传输容量大、又利于跨越江河和山谷等特殊地理条件的敷设、具有良好的导电性能和足够的机械强度、抗拉强度大、塔杆距离可放大等特点，广泛应用于各种电压等级的架空输配电线路中。
近年来，现代工业对供电可靠性、电能质量要求的日益提高以及电力负荷需求的逐步增加，复合材料芯导线逐渐开始应用。其中，复合材料芯导线中应用比较多的是碳纤维复合芯铝绞线。日本于 20 世纪 90 年代开发了复合材料合成芯导线，产品分为碳纤维芯铝绞线和耐热碳纤维芯耐热铝合金绞线两种。复合芯的质量是常规钢芯的 1/5，线膨胀系数约为钢芯的 1/12。美国的 CTC 公司于 2003 年推出碳纤维复合芯铝绞线，其芯线是以碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，碳纤维采用聚酰胺耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强的耐冲击性、耐抗力应力和弯曲应力。将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，在环氧树脂中浸渍，然后在高温模具中固化成型为复合材料芯线。芯线外层与邻外层为梯形截面铝线股。此芯线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小等优点。国内对高韧性复合芯导线的研究主要是：环氧树脂加入一些增韧剂、纳米材料等方法来提高导线韧性（CN102516708B、CN102604328A、CN101789289B等），所得碳纤维复合芯导线抗拉强度≥2100MPa，机械强度高，密度≤2.0g/cm3，重量轻，玻璃化转变温度≥190℃，线性膨胀系数≤2.0×10-6 /℃，卷绕（50D，1圈）不开裂、不断裂，韧性好，满足标准《架空导线用纤维增强树脂基复合材料芯棒》（GB/T29324-2012）的要求，实现了架空导线增容的效果。目前很少有研究原料结构之间的互相连接特性，来改变原料之间相容性以及粘合性的问题，这种方法会减少环氧基团，影响环氧树脂的固化，而且操作复杂，制作条件比较苛刻，难以推广使用。
本发明在现有技术的基础上，在环氧树脂中添加苯乙烯-马来酸酐共聚物和环氧木质素，提高了原料之间的相容性，复合芯韧性大幅度提高，详述如下：
本发明积极有益效果：
1. 本发明环氧树脂粘度低，易于充分浸渍碳纤维，而且耐高温，传热性好，具有优良的绝缘性能和阻燃性能；苯乙烯-马来酸酐共聚物改变无机纤维与环氧树脂的界面内应力效果好，改善了无机纤维与环氧树脂的润湿性和界面结合性，提高无机纤维与环氧树脂之间的粘结性，而且苯乙烯-马来酸酐共聚物耐高温性能优异；木质素的分子结构中存在着酚羟基和醇羟基，与环氧氯丙烷接枝共聚得到环氧木质素，使木质素上含有环氧基团，与环氧树脂的相容性好，减少了环氧树脂用量，有利于环氧树脂高温固化，并在高温固化过程中与苯乙烯-马来酸酐共聚物、环氧树脂的网络结构连接起来，提高了环氧树脂的耐高温性、抗拉强度和韧性。本发明复合芯内芯的增强纤维采用碳纤维，碳纤维拉伸强度高，断裂伸长率较大；外芯采用玻璃纤维，包覆在碳纤维内芯表面，玻璃纤维断裂伸长率大于碳纤维，使碳纤维复合芯具有优异的韧性和耐冲击性能；同时，玻璃纤维的价格低于碳纤维，可降低生产成本，更为重要的是玻璃纤维属于非金属绝缘材料，作为铝导体的绝缘层，从而可以有效地解决传统钢芯铝绞线存在的电损，提高了导电性。本发明所得纤维增强树脂基复合芯密度为1.66-1.82g/cm3，重量轻；抗拉强度为2416-2542MPa，线膨胀系数为（1.5-1.67）×10-6 /℃，卷绕（50D，1圈）不开裂、不断裂，机械强度高，韧性好；玻璃化转变温度194-212℃，耐热性能优异。采用表1复合芯制备的导线线密度879.3-920.4kg/km，重量轻；拉断力为128-146kN，韧性好；导线直流电阻为0.075-0.0.089Ω/km，导电性能优异；允许最高运行温度为160℃，耐高温性能优异。
具体实施方式
下面结合一些具体实施方式，对本发明进一步说明。
实施例1
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为30%、35%和35%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂50份、苯乙烯-马来酸酐共聚物20份，环氧木质素15份、固化剂40份和稀释剂20份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌35min，然后升温至50℃，滴加环氧氯丙烷，反应10h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:5，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.5g：10mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为10%。
所述的固化剂为桐油酸酐。
所述的稀释剂为辛基缩水甘油醚。
实施例2
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为35%、31%和34%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂55份、苯乙烯-马来酸酐共聚物25份，环氧木质素20份、固化剂50份和稀释剂15份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌30min，然后升温至50℃，滴加环氧氯丙烷，反应8h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:4，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.6g：15mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为10%。
所述的固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐。
所述的稀释剂为三羟甲基丙烷缩水甘油醚。
实施例3
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为35%、25%和40%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂60份、苯乙烯-马来酸酐共聚物28份，环氧木质素18份、固化剂45份和稀释剂20份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌40min，然后升温至40℃，滴加环氧氯丙烷，反应10h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:6，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.8g：20mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为20%。
所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。
所述的稀释剂为丙三醇三缩水甘油醚。
实施例4
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为35%、30%和35%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂60份、苯乙烯-马来酸酐共聚物25份，环氧木质素20份、固化剂50份和稀释剂20份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌50min，然后升温至50℃，滴加环氧氯丙烷，反应6h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:5，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.6g：15mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为20%。
所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。
所述的稀释剂为丙三醇三缩水甘油醚。
实施例5
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为35%、30%和35%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂62份、苯乙烯-马来酸酐共聚物25份，环氧木质素18份、固化剂45份和稀释剂20份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌45min，然后升温至60℃，滴加环氧氯丙烷，反应5h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:5，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.5g：10mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为25%。
所述的固化剂为桐油酸酐。
所述的稀释剂为新戊二醇二缩水甘油醚。
实施例6
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为36%、28%和36%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂65份、苯乙烯-马来酸酐共聚物26份，环氧木质素20份、固化剂55份和稀释剂24份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌60min，然后升温至45℃，滴加环氧氯丙烷，反应6h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:6，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.8g：15mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为20%。
所述的固化剂为甲基六氢邻苯二甲酸酐。
所述的稀释剂为间苯二酚二缩水甘油醚。
实施例7
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为40%、25%和35%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂70份、苯乙烯-马来酸酐共聚物29份，环氧木质素21份、固化剂55份和稀释剂26份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌40min，然后升温至50℃，滴加环氧氯丙烷，反应9h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:4，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：2g：18mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为30%。
所述的固化剂为桐油酸酐。
所述的稀释剂为辛基缩水甘油醚。
实施例8
一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为35%、35%和30%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂75份、苯乙烯-马来酸酐共聚物30份，环氧木质素25份、固化剂60份和稀释剂30份。
所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合中，室温搅拌50min，然后升温至60℃，滴加环氧氯丙烷，反应5h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:5，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：2g：20mL；所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为30%。
所述的固化剂为甲基纳迪克酸酐。
所述的稀释剂为二缩水甘油基苯胺。
对比实施例1
本实施例纤维增强树脂基复合芯与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：将苯乙烯-马来酸酐共聚物替换为聚酰胺。
对比实施例2
本实施例架空线路纤维增强树脂基复合芯与实施例4基本相同，相同之处不重述，有些不同的是：将环氧木质素替换为木质素。
上述实施例1-8以及对比实施例1-2架空线路纤维增强树脂基复合芯的制备方法，包括以下步骤：
（1）调整碳纤维和玻璃纤维的直线度，使两者张力一致；
（2）将环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、环氧木质素和稀释剂搅拌混合均匀，然后加入固化剂，室温下超声除去气泡，得到改性环氧树脂胶液，放入浸胶槽，备用；
（3）在牵引机的拉力下，碳纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（4）将步骤（3）浸胶后的碳纤维进入前模中进行预固化，预固化采用两段式加热，第一段加热温度60-80℃，第二段加热温度为90-110℃；
（5）在牵引机的拉力下，玻璃纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（6）将步骤（5）处理后的玻璃纤维通过分纱器包覆在步骤（4）处理后的碳纤维周围，最终进入后模中加热固化成型，后模有三个加热区，三区加热温度分别为：120-130℃，140-160℃，170-190℃，即得复合芯。
将本发明实施例1-8以及对比实施例1-2得到的复合芯进行性能检测，检测结果见表1。
在本发明实施例1-8以及对比实施例1-2的架空线路纤维增强树脂基复合芯外绞合两层铝型线，内层6根，外层10根，内外两层铝型线绞合方向相反；内层单根截面为19.45mm2，型线弧度为58.5°；外层单根截面为19.39mm2，型线弧度为34.5°；复合芯股数为1根，直径为7.0mm；采用现有的挤压成型工艺制备成导线，绞合铝型线后导线直径为21.8mm，对导线进行性能测试，检测结果见表2。
表1 本发明架空线路纤维增强树脂基复合芯的性能检测结果
Figure 705609DEST_PATH_IMAGE001
表2本发明导线的性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可知，本发明架空线路纤维增强树脂基复合芯密度为1.66-1.82g/cm3，重量轻；抗拉强度为2416-2542MPa，线膨胀系数为（1.5-1.67）×10-6 /℃，卷绕（50D，1圈）不开裂、不断裂，机械强度高，韧性好；玻璃化转变温度194-212℃，耐热性能优异。
由表2可知，采用表1复合芯制备的导线线密度879.3-920.4kg/km，重量轻；拉断力为128-146kN，韧性好；导线直流电阻为0.075-0.0.089Ω/km，导电性能优异；允许最高运行温度为160℃，耐高温性能优异。
当对比实施例1将苯乙烯-马来酸酐共聚物替换为聚酰胺，当对比实施例2将环氧木质素替换为木质素，架空线路纤维增强树脂基复合芯以及得到的导线综合性能均下降，尤其是韧性。

Claims (5)

1.一种架空线路纤维增强树脂基复合芯，包括内芯和外芯，所述的外芯包覆在所述的内芯周围，所述的内芯为碳纤维，所述的外芯为玻璃纤维，所述的内芯和外芯由改性环氧树脂加热固化成型，其特征在于，所述的复合芯中碳纤维、玻璃纤维、改性环氧树脂的重量百分比为30-40%、25-35%和30-40%；
所述的改性环氧树脂由以下重量份数的原料配制而成：
环氧树脂50-75份、苯乙烯-马来酸酐共聚物20-30份，环氧木质素15-25份、固化剂40-60份和稀释剂15-30份；
所述的固化剂为桐油酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐或者甲基纳迪克酸酐；
所述的环氧木质素的制备方法包括以下步骤：
将木质素、四丁基溴化铵和氢氧化钠溶液混合，室温搅拌30-60min，然后升温至40-60℃，滴加环氧氯丙烷，反应5-10h，接着水洗，离心沉淀，再加入丙酮洗，再次离心沉淀，真空干燥，即得；
所述的木质素与环氧氯丙烷摩尔用量比为1:4-6，所述的木质素、四丁基溴化铵、氢氧化钠溶液的用量比为1g：1.5-2g：10-20mL；
所述的氢氧化钠溶液的质量浓度为10-30%；
所述的环氧树脂为热固性环氧树脂，玻璃化温度≥190℃，25℃粘度为500～1000mPa·s，密度为1.15-1.18g/cm3，160℃凝胶时间40～60s。
2.根据权利要求1所述的架空线路纤维增强树脂基复合芯，其特征在于，所述的碳纤维密度为1.6-2.0g/cm3，拉伸强度4.5-5.5GPa，断裂伸长率为1.5-2.1%，电阻率（1.5-2）×10-3Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的架空线路纤维增强树脂基复合芯，其特征在于，所述的玻璃纤维密度为2.2-2.8g/cm3，拉伸强度1.8-3.5GPa，断裂伸长率为3.4-5%，电阻率（1-1.4）×10-3Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的架空线路纤维增强树脂基复合芯，其特征在于，所述的稀释剂为辛基缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚或二缩水甘油基苯胺。
5.一种权利要求1-4任一项所述的架空线路纤维增强树脂基复合芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）调整碳纤维和玻璃纤维的直线度，使两者张力一致；
（2）将环氧树脂、苯乙烯-马来酸酐共聚物、环氧木质素和稀释剂搅拌混合均匀，然后加入固化剂，室温下超声除去气泡，得到改性环氧树脂胶液，放入浸胶槽，备用；
（3）在牵引机的拉力下，碳纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（4）将步骤（3）浸胶后的碳纤维进入前模中进行预固化，预固化采用两段式加热，第一段加热温度60-80℃，第二段加热温度为90-110℃；
（5）在牵引机的拉力下，玻璃纤维从纱架上被连续牵引出来，经过干燥除湿器，接着通过分纱器分成多束纤维进入浸胶槽，在改性环氧树脂胶液中完全浸渍；
（6）将步骤（5）处理后的玻璃纤维通过分纱器包覆在步骤（4）处理后的碳纤维周围，最终进入后模中加热固化成型，后模设置三个加热区，三区加热温度分别为：120-130℃，140-160℃，170-190℃，即得复合芯。
CN201910702538.XA 2019-07-31 2019-07-31 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法 Active CN110305450B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910702538.XA CN110305450B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910702538.XA CN110305450B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110305450A CN110305450A (zh) 2019-10-08
CN110305450B true CN110305450B (zh) 2021-11-16

Family

ID=68082306

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910702538.XA Active CN110305450B (zh) 2019-07-31 2019-07-31 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110305450B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112151212B (zh) * 2020-09-28 2022-03-01 国网河南省电力公司周口供电公司 一种光纤复合碳纤维导线
CN112592130A (zh) * 2020-12-23 2021-04-02 中建西部建设新疆有限公司 一种再生钢纤维混凝土及其制备方法
CN114635291B (zh) * 2022-02-25 2023-10-13 哈尔滨工业大学 一种热固性树脂裹覆无机非金属纤维复合束及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102146195A (zh) * 2010-02-04 2011-08-10 苏州国宇碳纤维科技有限公司 改性碳纤维增强环氧树脂基复合棒材
CN102604328A (zh) * 2012-02-28 2012-07-25 常熟佳发化学有限责任公司 架空导线用树脂基纤维增强复合芯棒的基体树脂组合物及其使用方法
CN103426558A (zh) * 2013-08-23 2013-12-04 苏州苏月新材料有限公司 一种输电线路碳纤维复合芯
CN103524709A (zh) * 2013-10-14 2014-01-22 南京林业大学 环氧树脂的制备方法
CN104672782A (zh) * 2014-12-31 2015-06-03 国家电网公司 一种纤维增强树脂基复合材料芯及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102146195A (zh) * 2010-02-04 2011-08-10 苏州国宇碳纤维科技有限公司 改性碳纤维增强环氧树脂基复合棒材
CN102604328A (zh) * 2012-02-28 2012-07-25 常熟佳发化学有限责任公司 架空导线用树脂基纤维增强复合芯棒的基体树脂组合物及其使用方法
CN103426558A (zh) * 2013-08-23 2013-12-04 苏州苏月新材料有限公司 一种输电线路碳纤维复合芯
CN103524709A (zh) * 2013-10-14 2014-01-22 南京林业大学 环氧树脂的制备方法
CN104672782A (zh) * 2014-12-31 2015-06-03 国家电网公司 一种纤维增强树脂基复合材料芯及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"玉米秸秆木质素改性环氧树脂的制备与性能";刘彤等;《第六届全国生物质材料科学与技术学术研讨会》;20151231 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110305450A (zh) 2019-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110305450B (zh) 一种架空线路纤维增强树脂基复合芯及其制备方法
CN102977552B (zh) 一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法
CN100481274C (zh) 耐热、低膨胀倍容量复合材料芯铝绞线及制备方法
CN102136319B (zh) 架空导线用连续高强纤维树脂基复合芯及制备方法
CN104134483B (zh) 一种绞合型碳纤维复合芯软铝导线及其制作方法
WO2020192732A1 (zh) 一种多股复合材料加强芯及其制备方法
CN102290146B (zh) 一种复合材料电缆增强芯的制造方法
CN202711808U (zh) 一种绝缘型碳纤维复合芯导线
CN113250517B (zh) 电力杆塔复合结构及其制备方法
CN105139954A (zh) 一种特高压纤维复合材料骨架架空导线
CN112151205B (zh) 一种输电导线专用高韧性碳纤维复合芯棒
RU2599614C1 (ru) Композиционный несущий элемент
CN101917787A (zh) 一种复合芯碳纤维电热电缆及制备工艺
CN106920581A (zh) 碳纤维绳加强芯铝绞线及其制备方法
CN110343367B (zh) 一种架空导线用高韧性碳纤维复合芯
CN106782850A (zh) 一种架空导线用碳纤维复合材料芯棒及其加工方法
CN110105717B (zh) 一种碳纤维复合芯导线及其制备方法
CN110517820A (zh) 一种输电线路碳纤维复合芯导线芯棒
CN201036070Y (zh) 复合材料型线架空导线
CN202540829U (zh) 一种纤维增强复合材料芯
CN207517376U (zh) 一种柱状梯形复合结构碳纤维复合芯绞合芯棒
CN104700949A (zh) 多股绞合纤维增强树脂基复合材料芯铝绞线及其制备方法
CN205645376U (zh) 一种高性能碳纤维复合加强芯铝型线架空电缆
CN201751941U (zh) 碳纤维电缆
CN103390459A (zh) 一种三角形碳纤维复合芯光电复合架空导线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant