CN111910980A - 一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法，涉及复合材料电杆技术领域，本发明玄武岩纤维复合材料电杆，包括电杆本体，电杆本体由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体包括内结构层、防护层和防滑层，内结构层、防护层和防滑层由内至外依次设置；本发明玄武岩纤维复合材料电杆为三层结构，依次缠绕成型，内结构层稳定牢固，结实耐用，防护层增强抗紫外线能力，防止老化，防滑层增加了玄武岩纤维复合材料的表面摩擦系数，防滑耐磨，可减少电杆磨损，延长使用寿命。

Description

一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料电杆技术领域，更具体的是涉及一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法。
背景技术
电杆在电力、通讯及信号机柱等工程上应用十分广泛，传统的电杆制备一般采用木材原料，随着工业经济的发展与进步，钢架、混凝土材质的电杆应运而生，解决木质电杆使用寿命短、经济成本高的问题，更好的为经济、生活提供便利条件，保障经济基础。
混凝土电杆虽然在干燥、无腐蚀环境下具有较高的强度、耐久性等有点，但是混凝土电杆的质量大，在运输和搬运过程中比较麻烦，耗时耗力；钢架的电杆制备过程中需要耗用大量的钢材原料，对资源的需求量大，为了获得更好的性能，还需要天界其他原材等，工艺复杂。
玄武岩纤维复合材料是一种新型的复合材料，具有高强度、质量轻、耐腐蚀、温度适应性高、电绝缘性好、可设计性强、易于成型、方便维护、环境友好以及抗菌抗冲击等优点，在电杆制备行业已经颇有研究和应用。分析发现，玄武岩纤维复合材料制成的电杆对紫外线的抵抗能力较差，容易老化，且强度与耐磨性有待提高。
中国专利CN108360910A公开了一种多段多层式轻质RPC电杆及其制备方法。该电杆包括由下至上一体设置的根部杆体、茎部杆体以及顶部杆体；其制备方法为：(1) 将混凝土布料至模具中，离心形成茎部外保护层和根部外保护层；(2)向混凝土中加入占其体积1％～5％的钢纤维，于整根电杆模具内泵送布料，离心，形成根部芯层、茎部芯层以及顶部芯层；(3)将混凝土泵送布料至根部芯层内，离心，形成根部内保护层； (4)静置养护，得多段多层式轻质RPC电杆。但是，该发明制备的电杆为多段形式，生产工艺复杂，强度差。
因此，针对目前电杆结构抗紫外线、耐磨性差以及电杆制备用玄武岩纤维复合材料强度还需改进的问题，有必要提供一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有玄武岩纤维复合材料电杆存在的抗紫外线性差、强度低、耐磨性差的问题，本发明提供一种玄武岩纤维复合材料电杆及其制备方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种玄武岩纤维复合材料电杆，包括电杆本体，电杆本体由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体包括内结构层、防护层和防滑层，内结构层、防护层和防滑层由内至外依次设置。
进一步的，内结构层的厚度为6.30mm～6.68mm。内结构层主要由纵向纤维铺设而成，即纤维铺设方向与电杆轴向方向一致，大大提高了电杆的轴向抗弯能力，抗弯强度是常规缠绕工艺制作电杆的2倍～3倍，大大提高了玄武岩纤维复合材料输电电杆的承载力弯矩范围。
进一步对，防护层的厚度为2.16mm～2.21mm。
更进一步的，防护层至少为2层。设计两层防护层，可大大提高防护层以及防滑层的抗刮擦磨损能力。
进一步的，防滑层的厚度为0.90mm～0.95mm。
本发明的又一发明目的在于提供一种上述玄武岩纤维复合材料电杆的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为120℃～140℃的条件下干燥3小时～4小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为20℃～25℃；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层，最后在原料A中加入耐磨剂，继续缠绕形成防滑层，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的 1.8％～2.2％，耐磨剂占原料A质量的2.5％～3.5％；
以上采用连续缠绕法进行缠绕时，控制芯轴转速和轴与丝嘴的相对运动速度可以调节到所需的缠绕角度，与轴向形成7°到小于90°的缠绕角，完成缠绕；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以10℃/min～20℃/min的速率加热至温度为145℃～185℃，并在温度为145℃～185℃的条件下固化2小时～3小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到玄武岩纤维复合材料电杆。
进一步的，步骤一中，玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.0～2.3：1。
进一步的，步骤二中，抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3组成的组合物。
进一步的，步骤二中，耐磨剂为聚偏氟乙烯树脂。
本发明的有益效果如下：
1、本发明玄武岩纤维复合材料电杆为三层结构，依次缠绕成型，内结构层稳定牢固，结实耐用，防护层增强抗紫外线能力，防止老化，防滑层增加了玄武岩纤维复合材料的表面摩擦系数，防滑耐磨，可减少电杆磨损，延长使用寿命；
2、本发明玄武岩纤维复合材料电杆制备过程中三层结构一体成型，工艺简单，能耗低，生产成本低，经济价值高；
3、本发明玄武岩纤维复合材料电杆具有质量轻、强度高、耐腐蚀、温度适应性高、电绝缘性好、可设计性强、易于成型、方便维护、环境友好以及抗菌抗冲击等优点，安全环保，方便运输，省时省力。
附图说明
图1是本发明玄武岩纤维复合材料电杆的示意图；
附图标记：1-电杆本体；2-内结构层；3-防护层；4-防滑层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
一种玄武岩纤维复合材料电杆
如图1所示，包括电杆本体1，电杆本体1由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体1包括内结构层2、防护层3和防滑层4，内结构层2、防护层3和防滑层4由内至外依次设置；其中，内结构层2的厚度为6.30mm；防护层3的厚度为 2.16mm；防护层3为2层；防滑层4的厚度为0.90mm。
制备步骤如下：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为120℃的条件下干燥3小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为20℃；玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.0：1；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层2，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层3，最后在原料A中加入聚偏氟乙烯树脂，继续缠绕形成防滑层4，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的1.8％，抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3 组成的组合物；耐磨剂占原料A质量的2.5％；
以上采用连续缠绕法进行缠绕时，控制芯轴转速和轴与丝嘴的相对运动速度可以调节到所需的缠绕角度，与轴向形成7°到小于90°的缠绕角，完成缠绕；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以10℃/min的速率加热至温度为145℃，并在温度为145℃的条件下固化2小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到玄武岩纤维复合材料电杆。
实施例2
一种玄武岩纤维复合材料电杆
如图1所示，包括电杆本体1，电杆本体1由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体1包括内结构层2、防护层3和防滑层4，内结构层2、防护层3和防滑层4由内至外依次设置；其中，内结构层2的厚度为6.68mm；防护层3的厚度为 2.21mm；防护层3为2层；防滑层4的厚度为0.95mm。
制备步骤如下：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为140℃的条件下干燥4小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为25℃；玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.3：1；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层2，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层3，最后在原料A中加入聚偏氟乙烯树脂，继续缠绕形成防滑层4，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的2.2％，抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3 组成的组合物；耐磨剂占原料A质量的3.5％；
以上采用连续缠绕法进行缠绕时，控制芯轴转速和轴与丝嘴的相对运动速度可以调节到所需的缠绕角度，与轴向形成7°到小于90°的缠绕角，完成缠绕；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以20℃/min的速率加热至温度为185℃，并在温度为185℃的条件下固化3小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到玄武岩纤维复合材料电杆。
实施例3
一种玄武岩纤维复合材料电杆
如图1所示，包括电杆本体1，电杆本体1由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体1包括内结构层2、防护层3和防滑层4，内结构层2、防护层3和防滑层4由内至外依次设置；其中，内结构层2的厚度为6.50mm；防护层3的厚度为 2.20mm；防护层3为2层；防滑层4的厚度为0.94mm。
制备步骤如下：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为135℃的条件下干燥3.5小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为24℃；玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.2：1；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层2，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层3，最后在原料A中加入聚偏氟乙烯树脂，继续缠绕形成防滑层4，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的2.1％，抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3 组成的组合物；耐磨剂占原料A质量的3.3％；
以上采用连续缠绕法进行缠绕时，控制芯轴转速和轴与丝嘴的相对运动速度可以调节到所需的缠绕角度，与轴向形成7°到小于90°的缠绕角，完成缠绕；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以18℃/min的速率加热至温度为175℃，并在温度为175℃的条件下固化2.5小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到玄武岩纤维复合材料电杆。
实施例4
一种玄武岩纤维复合材料电杆
如图1所示，包括电杆本体1，电杆本体1由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，电杆本体1包括内结构层2、防护层3和防滑层4，内结构层2、防护层3和防滑层4由内至外依次设置；其中，内结构层2的厚度为6.40mm；防护层3的厚度为 2.18mm；防护层3为2层；防滑层4的厚度为0.92mm。
制备步骤如下：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为130℃的条件下干燥3.5小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为23℃；玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.2：1；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层2，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层3，最后在原料A中加入聚偏氟乙烯树脂，继续缠绕形成防滑层4，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的2.0％，抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3 组成的组合物；耐磨剂占原料A质量的3.0％；
以上采用连续缠绕法进行缠绕时，控制芯轴转速和轴与丝嘴的相对运动速度可以调节到所需的缠绕角度，与轴向形成7°到小于90°的缠绕角，完成缠绕；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以15℃/min的速率加热至温度为165℃，并在温度为165℃的条件下固化2.5小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到玄武岩纤维复合材料电杆。
实验例
为了进一步证实本发明玄武岩纤维复合材料电杆的进步性，现做如下测试。
测试1：对上述实施例1～4制备得到的玄武岩纤维复合材料电杆进行外观质量检测，统计结果于下表1中：
表1本发明制备的玄武岩纤维复合材料电杆的力学性能
Figure BDA0002651374860000071
测试2：对上述实施例1～4制备得到的玄武岩纤维复合材料电杆进行力学性能检测，统计结果于下表2中：
表2本发明制备的玄武岩纤维复合材料电杆的力学性能
Figure BDA0002651374860000072
Figure BDA0002651374860000081
上述表2的结果可以看出，实施例1中玄武岩纤维复合材料电杆加荷到200％时，玄武岩纤维复合材料电杆未出现表面裂纹、发白、结构分层、纤维断裂及屈曲的破坏现象；继续加荷到205％时，B点折断；实施例2中玄武岩纤维复合材料电杆荷载前，玄武岩纤维复合材料电杆未出现表面裂纹、发白、结构分层、纤维断裂及屈曲的破坏现象；卸荷后，挠度基本恢复，玄武岩纤维复合材料电杆外观完好；实施例3中玄武岩纤维复合材料电杆荷载前，玄武岩纤维复合材料电杆未出现表面裂纹、发白、结构分层、纤维断裂及屈曲的破坏现象；卸荷后，挠度基本恢复，玄武岩纤维复合材料电杆外观完好；实施例4中玄武岩纤维复合材料电杆荷载前，玄武岩纤维复合材料电杆未出现表面裂纹、发白、结构分层、纤维断裂及屈曲的破坏现象；卸荷后，挠度基本恢复，玄武岩纤维复合材料电杆外观完好；可见，本发明制备的玄武岩纤维复合材料电杆的外观质量均符合规定，力学性能良好，可在多种环境下使用，且使用寿命长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种玄武岩纤维复合材料电杆，包括电杆本体(1)，其特征在于，所述电杆本体(1)由下至上直径逐渐减小，呈中空的圆台体，所述电杆本体(1)包括内结构层(2)、防护层(3)和防滑层(4)，所述内结构层(2)、防护层(3)和防滑层(4)由内至外依次设置。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维复合材料电杆，其特征在于，所述内结构层(2)的厚度为6.30mm～6.68mm。
3.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维复合材料电杆，其特征在于，所述防护层(3)的厚度为2.16mm～2.21mm。
4.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维复合材料电杆，其特征在于，所述防护层(3)至少为2层。
5.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维复合材料电杆，其特征在于，所述防滑层(4)的厚度为0.90mm～0.95mm。
6.一种根据上述权利要求1～5中任一项所述的玄武岩纤维复合材料电杆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、原料准备：玄武岩纤维先在温度为120℃～140℃的条件下干燥3小时～4小时，然后在聚氨酯树脂中浸渍，得到原料A；其中，浸渍温度为20℃～25℃；
步骤二、缠绕：步骤一中得到的原料A采用连续缠绕法先在芯轴上缠绕形成内结构层(2)，然后在原料A中加入防紫外线剂，继续缠绕形成防护层(3)，最后在原料A中加入耐磨剂，继续缠绕形成防滑层(4)，得到电杆坯体；其中，防紫外线剂占原料A质量的1.8％～2.2％，耐磨剂占原料A质量的2.5％～3.5％；
步骤三、固化成型：步骤二中得到的电杆坯体以10℃/min～20℃/min的速率加热至温度为145℃～185℃，并在温度为145℃～185℃的条件下固化2小时～3小时，然后利用水压装置将固化后的电杆坯体从芯轴上脱模，最后经切割、打孔、安装脚踏得到所述玄武岩纤维复合材料电杆。
7.根据权利要求6所述的玄武岩纤维复合材料电杆的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述玄武岩纤维与聚氨酯树脂的质量比为2.0～2.3：1。
8.根据权利要求6所述的玄武岩纤维复合材料电杆的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述抗紫外线剂为纳米氧化锌和2,4-二羟基二苯甲酮按质量比0.5：3组成的组合物。
9.根据权利要求6所述的玄武岩纤维复合材料电杆的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述耐磨剂为聚偏氟乙烯树脂。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112721130A (zh) * 2020-12-07 2021-04-30 宁波市电力设计院有限公司 轻型复合材料杆塔的制造工艺、芯模及轻型复合材料杆塔
CN113334795A (zh) * 2021-05-10 2021-09-03 宋阳 一种聚氨酯塔杆工艺制备方法
CN114274545A (zh) * 2021-12-27 2022-04-05 南方电网科学研究院有限责任公司 一种无机高性能纤维复合材料电杆及其制备方法

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