CN116442554A - 一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆，其生产方法包括：将浸润有内层树脂的纤维纱轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体，在结构杆体表面未固化的内层树脂上以预设角度缠绕脱模布，并对缠绕有脱模布的结构杆体进行第一次固化；待结构杆体固化完毕后将脱模布从结构杆体上撕掉使得结构杆体表面形成纹理面；在结构杆体纹理面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层。本发明可提高复合材料电杆内外层粘合度，避免电杆耐候层在受外力破坏情况下从力学杆体表面脱落或剥离，提高复合材料电杆产品质量。

Description

一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆

技术领域

本发明涉及复合材料电杆生产制造领域，尤其涉及一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆。

背景技术

复合材料电杆在设计和生产过程中针对电杆必须具备的力学性能和耐老化耐候性能，分别使用不同品类及性能的树脂进行生产加工；而传统的复合材料电杆生产过程，是在内层结构杆体上树脂处于未固化状态下继续缠绕浸润有耐候树脂的连续纤维纱层，将内层和外层同时固化形成复合材料电杆。

由于电杆内层和外层树脂的性能和使用功能都不同，在复合材料电杆生产过程中若内层与外层的液态状树脂交融混合，会降低耐候层的均质耐候性能，同时还会降低力学结构杆体的力学性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆，可提高复合材料电杆内外层粘合度，避免电杆耐候层在受外力破坏情况下从力学杆体表面脱落或剥离，提高复合材料电杆产品质量。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种双层复合材料电杆的生产方法，包括：

将浸润有内层树脂的纤维纱以轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体，在结构杆体表面未固化的内层树脂上以预设角度缠绕脱模布，并对缠绕有脱模布的结构杆体进行第一次固化；

待结构杆体固化完毕后将脱模布从结构杆体上撕掉使得结构杆体表面形成纹理面；在结构杆体纹理面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层。

进一步地，缠绕脱模布的方法为：

脱模布从结构杆体的梢端开始首先环向缠绕梢端至少一圈半的长度；

令结构杆体旋转使紧绷的脱模布沿结构杆体梢端到根端方向逐渐均匀缠绕在结构杆体上，且脱模布的缠绕角度随结构杆体的直径变化而改变。

进一步地，在结构杆体纵截面上，脱模布的缠绕方向与结构杆体上垂直于轴的直线方向之间存在2～15度的角度。

进一步地，脱模布连续缠绕过程中结构杆体的环向表面上前后圈的脱模布之间部分重叠。

进一步地，在结构杆体横截面上，脱模布以与结构杆体的外径最低点相切的角度进行缠绕，且脱模布始终处于紧绷状态。

进一步地，第一次固化的方法为：

对缠绕有脱模布的结构杆体进行预固化使结构杆体中液态树脂初步凝固，树脂处于不再流动但未完全固化的状态；或，

直接对缠绕有脱模布的结构杆体进行完全固化。

进一步地，还提供一种双层复合材料电杆的生产方法，包括：

将浸润有内层树脂的纤维纱轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体，在结构杆体表面未固化的内层树脂上抛洒颗粒物，待颗粒物自然镶嵌至结构杆体表面的液态树脂中后对结构杆体进行第一次固化；

待结构杆体固化完毕后颗粒物在结构杆体表面形成凹凸不平的颗粒面，在结构杆体的颗粒面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层。

进一步地，所述颗粒物为石英砂或金刚砂，所述颗粒物粒径为10～100目。

进一步地，第一次固化的方法为：

对结构杆体上液态树脂表面抛洒饱和石英砂之后进行预固化，使结构杆体中液态树脂初步凝固，树脂处于不再流动但未完全固化的状态；或，

对结构杆体上液态树脂表面抛洒饱和石英砂之后直接进行完全固化。

进一步地，还提供一种双层复合材料电杆，通过如上述的双层复合材料电杆的生产方法制成，包括预先固化的结构杆体和后固化的耐候层；

所述结构杆体包括轴向零度铺放或缠绕成型的纤维纱层以及包裹纤维纱的内树脂层；所述结构杆体接触所述耐候层的一面为非光滑面，所述非光滑面为印压在所述内树脂层上固化形成的纹理面或凹凸不平的颗粒面；

所述耐候层包括环向缠绕所述结构杆体的纤维纱层，以及包裹纤维纱并融入所述非光滑面缝隙内的外树脂层。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的双层复合材料电杆生产方法需要对结构杆体和耐候层两层结构进行先后固化，可避免同时固化导致两层树脂发生交融混合的情况，维持结构杆体稳定的力学性能的同时还可维持耐候层的均质耐候性能，提高复合材料电杆质量；同时，在结构杆体基本固化成型后将结构杆体表面制成非光滑面，使得结构杆体表面具有非光滑层可增加结构杆体与耐候层之间的结合粘接牢固程度，避免耐候层从结构杆体上脱落或剥离，提高复合材料电杆稳定性及其使用寿命。

附图说明

图1为复合材料电杆的外观示意图；

图2为图1复合材料电杆A处的局部放大剖视图；

图3为本发明双层复合材料电杆的生产方法的流程示意图之一；

图4为本发明脱模布缠绕示意图；

图5为本发明双层复合材料电杆的生产方法的流程示意图之二；

图6为结构杆体上网格形状纹理面的示意图；

图7为结构杆体上编织网面形状纹理面示意图；

图8为结构杆体上颗粒面示意图。

图中：1、结构杆体；11、网格状纹理面；12、编织状纹理面；13、颗粒面；2、耐候层。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

如图1～图3所示，本实施例提供一种双层复合材料电杆的生产方法，该方法制成的复合材料电杆包含结构杆体1以及耐候层2双层结构，其生产方法具体包括如下步骤：

步骤S1：将浸润有内层树脂的纤维纱轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体1，其缠绕方式包括了缠绕铺放以及环向缠绕工艺；在结构杆体1表面未固化的内层树脂上以预设角度缠绕脱模布，并对缠绕有脱模布的结构杆体1进行第一次固化；

步骤S2：待结构杆体1固化完毕后将脱模布从结构杆体1上撕掉使得结构杆体1表面形成纹理面；在结构杆体1纹理面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层2。

浸润有内层树脂的纤维纱铺放在电杆模具上后，液态树脂从纤维纱的间隙中渗出并完全包裹纤维纱，其中，结构杆体1中树脂量需控制在18％～28％，而纤维纱含量则维持在82％～72％；而本实施例中结构杆体1中树脂量维持在23％，该树脂量下不会因树脂含量过多导致树脂滴落造成浪费，也不会因树脂量不够导致电杆质量不稳定。

在结构杆体1表面未固化的液态树脂上缠绕脱模布，其脱模布的材质一般采用尼龙材质，尼龙材质的布料不粘粘树脂，可全方位包裹树脂避免树脂滴落的同时，还可将脱模布上的纹理印压在结构杆体1的树脂上，从而在结构杆体1表面留下纹理面。

在一些实施例中，还可选取其他材质的脱模布缠绕结构杆体1，又或者选择不同纹理结构的脱模材料印压结构杆体1表面，从而留下不同的纹理面，凹凸不平的纹理面可增加结构杆体1外表面的表面粗糙度，使得结构杆体1与耐候层2之间的粘合更加牢固。

其中，缠绕脱模布的方法包括如下步骤：

步骤S11：脱模布从结构杆体1的梢端开始首先环向缠绕梢端至少一圈半的长度；

步骤S12：令结构杆体1旋转使紧绷的脱模布沿结构杆体1梢端到根端方向逐渐均匀缠绕在结构杆体1上，且脱模布的缠绕角度随结构杆体1的直径变化而改变。

脱模布首先从梢端开始缠绕，一直缠绕至杆体根端结束；由于结构杆体1为梢端直径小，根端直径大的锥形结构，脱模布从梢端开始缠绕，可增加脱模布与结构杆体1之间的紧密度。脱模布在梢端处缠绕一圈半的长度，即在结构杆体1上原有的一圈脱模布上多缠绕半圈脱模布，脱模布缠绕过程需保持紧绷，重叠的半圈范围相当于向结构杆体1表面施加更多的压力，使得脱模布留在结构杆体1树脂上的纹理更深，增加脱模布在结构杆体1上的粘接牢度，避免脱模布缠绕过程中出现脱落。

其后，结构杆体1按照一定速度转动，脱模布则可随着旋转的结构杆体1通过手动或机器控制陆续缠绕至结构杆体1上，同时旋转的结构杆体1可避免液态树脂滴落，维持树脂含量。由于结构杆体1为锥形结构，为了避免脱模布在同一位置过分重复缠绕，在缠绕脱模布时还需实时调整脱模布的缠绕角度，让脱模布的缠绕角度随结构杆体1的直径变化而改变，进而完整的缠绕上整个结构杆体1。

此外，脱模布缠绕角度的改变还可改变脱模布缠绕在结构杆体1上重叠面积。本实施例中，脱模布以倾斜2～15度的方向进行缠绕，如图4所示，图4中箭头所指方向则为脱模布的缠绕方向，o所指虚线为垂直于电杆轴的直线，脱模布的缠绕方向与结构杆体1上垂直于轴的直线方向之间存在2～15度的角度a；当脱模布的缠绕角度越大，前后圈脱模布的重叠面积越小，脱模布缠绕角度越小，前后圈脱模布的重叠面积则越大。

在结构杆体1横截面上，脱模布以与结构杆体1的外径最低点相切的角度进行缠绕，且脱模布始终处于紧绷状态，可使得脱模布与结构杆体1的缠绕更加紧密，避免脱模布与结构杆体1之间出现气泡导致脱模布纹理无法留在杆体树脂上。

同时，脱模布倾斜连续缠绕使得结构杆体1环向表面上前后圈的脱模布之间部分重叠，已经缠绕在结构杆体1上的任一圈脱模布的前后两端都被前后圈缠绕的脱模布所覆盖，使得整个结构杆体1每一位置都被脱模布完全包裹，使得杆体上的液态树脂不会发生流挂浪费；同时，结构杆体1上重叠脱模布部分所受到的缠绕压力相对更强，使得杆体上留下的纹理更深，使得整个结构杆体1上留下的脱模布纹理深度不完全相同，可进一步增加整个结构杆体1的表面粗糙度，进一步增加耐候层2的粘合牢度。

缠绕上脱模布的结构杆体1经过固化成型后撕掉脱模布，则在结构杆体1上留下了纹理面，继续环向缠绕浸润了液态脂肪族聚氨酯树脂的连续纤维纱层形成用于保护的耐候层2，此时耐候层2的液态树脂融入凹凸不平的纹理面的缝隙中，使得耐候层2与结构杆体1之间的粘合度更高，受外力破坏时耐候层2不会发生脱落或剥离；待耐候层2的树脂完全固化后，需确保所述耐候层2的厚度不低于1.0mm，可以在1.0mm～2.0mm之间，此时复合材料电杆生产过程基本完成。

实施例二

如图1、图2和图5所示，本实施例提供一种双层复合材料电杆的生产方法，该方法制成的复合材料电杆包含结构杆体1以及耐候层2双层结构，其生产方法具体包括如下步骤：

步骤S3：将浸润有内层树脂的纤维纱以轴向零度铺放，或缠绕铺放及环向缠绕相结合的方式在电杆模具表面形成结构杆体1，在结构杆体1表面未固化的内层树脂上抛洒颗粒物，待颗粒物自然镶嵌至结构杆体1表面的液态树脂中后对结构杆体1进行第一次固化；

步骤S4：待结构杆体1固化完毕后颗粒物在结构杆体1表面形成凹凸不平的颗粒面13，在结构杆体1的颗粒面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层2。

在生产过程中，电杆的结构杆体1由连续纤维纱浸润液态环氧树脂或液态芳香族聚氨酯树脂采用纤维纱轴向零度工艺或缠绕工艺生产，结构杆体1生产成型之后，在杆体表面抛洒粒径10～100目的石英砂、金刚砂等颗粒物，使颗粒物自然镶嵌到结构杆体1表面液态树脂中，待结构杆体1固化成型后，即在结构杆体1上留下凹凸不平的颗粒面13。

结构杆体1固化后，在结构杆体1的颗粒面13上继续环向缠绕浸润了液态脂肪族聚氨酯树脂的连续纤维纱层形成用于保护的耐候层2，此时耐候层2的液态树脂融入凹凸不平的颗粒面13的缝隙中，使得耐候层2与结构杆体1之间的粘合度更高，受外力破坏时耐候层2不会发生脱落或剥离；待耐候层2的树脂完全固化后，需确保所述耐候层2的厚度不低于1.0mm，可以在1.0mm～2.0mm之间，此时复合材料电杆生产过程基本完成。

实施例三

结合图2所示，本实施例提供一种通过实施例一或实施例二所述方法制成的双层复合材料电杆，该电杆包括预先固化的结构杆体1和后固化的耐候层2；其中，所述结构杆体1是将浸润了液态状树脂的连续纤维纱经轴向零度铺放，或缠绕铺放及环向缠绕在锥形模具上，再将树脂固化形成的锥形杆体结构；该复合材料制作工艺使得复合材料电杆的结构杆体1包括了轴向零度铺放、缠绕铺放、环向缠绕的纤维纱层以及完全包裹纤维纱的内树脂层。

本实施例中内树脂层为环氧树脂或芳香族聚氨酯树脂等品类树脂，该树脂层经过固化后结合纤维纱的铺放方式可生成具备力学性能的结构杆体1。在结构杆体1的内树脂层仍未完全固化之前，对结构杆体1的外表面进行处理使得结构杆体1具有非光滑面，利用结构杆体1的非光滑面粘合耐候层2，避免电杆表面的耐候层2容易从力学杆体上脱落或剥离，造成电杆无法继续使用。

所述非光滑面为凹凸不平的纹理面或颗粒面13。其中，纹理面是在内树脂层未完全固化时将纹路印压在内树脂层上，再将印有纹路的内树脂层完全固化后留在结构杆体1表面的。

在一些实施例中，如图6所示，所述纹理面可以是网格状纹理面11，网格状纹理面11是由直接将网格状骨架印压在内树脂层留下的，也可以是将带有网格纹理的布料紧绷缠绕在结构杆体1上留下的纹路。其中，网格状骨架一般由细丝状钢丝网连接而成，网格状骨架也可以是布料上的网格状条纹；无论是钢丝还是条纹，骨架拼接产生缝隙，网格状骨架缠绕紧压内树脂层，在网格状骨架脱离结构杆体1后网格状骨架在结构杆体1上留下网格形状的纹理面，且纹理面中网格状骨架处相对所述结构杆体1表面下凹，使得纹理面呈现出凹凸不平的状态。而网格状骨架可以是多边形网格结构，使得印压出来的所述纹理面同样为多边形网格结构，其多边形可以是规则多边形，例如蜂窝结构纹理面，或方形结构纹理面等；也可以是不规则多边形。

在一些实施例中，如图7所示，所述纹理面还可以是编织状纹理面12，编织状纹理面12是由尼龙或聚酯纤维等编织有一定宽度和长度的布条或塑料片编织形成的结构，其包含了若干个相同且重复的编织单元，不同的编织方式形成的编织单元不同，最终形成的编织网面也不同；将编织而成的材料紧绷缠绕在结构杆体1未固化的内树脂层上，待树脂完全固化并将编织材料撕下后在结构杆体1表面留下纹理面，而所述编织状纹理面12中编织最小单元相对所述结构杆体1表面下凹，使得纹理面呈现出凹凸不平的状态。

本实施例中，为了协助内树脂层固化，本实施例采用尼龙布料作为脱模布，在生产过程中，在结构杆体1表面的液态树脂上缠绕尼龙材质的脱模布，尼龙材质脱模布具有不沾树脂的特点，后续可方便撕下；待结构杆体1固化成型之后，撕掉脱模布，结构杆体1表面则留下脱模布纹理，即在结构杆体1上留下纹理面，而该纹理面则是为尼龙布料印压在内树脂层形成的尼龙网面形状的编织状纹理面12。

在一些实施例中，如图8所示，所述结构杆体1上的非光滑面还可以是颗粒面13，所述颗粒面13包含嵌入所述内树脂层且粒径为10～100目的颗粒物。在生产过程中，电杆的结构杆体1由连续纤维纱浸润液态环氧树脂或液态芳香族聚氨酯树脂采用纤维纱轴向零度工艺或缠绕工艺生产，结构杆体1生产成型之后，在杆体表面抛洒粒径10～100目的石英砂、金刚砂等颗粒物，使颗粒物自然镶嵌到结构杆体1表面液态树脂中，待结构杆体1固化成型后，即在结构杆体1上留下凹凸不平的颗粒面13。

在结构杆体1留下非光滑面并固化成型后，在结构杆体1的非光滑面上继续环向缠绕浸润了液态脂肪族聚氨酯树脂或其他品类耐候树脂的连续纤维纱层形成用于保护的耐候层2，此时耐候层2的液态树脂融入非光滑面的缝隙中，使得耐候层2与结构杆体1之间的粘合度更高，受外力破坏时耐候层2不会发生脱落或剥离；待耐候层2的树脂完全固化后，需确保所述耐候层2的厚度不低于1.0mm，可以在1.0mm～2.0mm之间，此时复合材料电杆生产过程基本完成。

其中，具有纹理面的结构杆体1的固化方式可以是结构杆体1液态树脂表面缠绕脱模布之后进行预固化，即树脂初凝，此时树脂不再流动但没有完全固化；其后在结构杆体1上缠绕的耐候层2纤维纱后进行完全固化，形成复合材料电杆。又或者，在结构杆体1液态树脂表面缠绕脱模布之后进行树脂完全固化，再在结构杆体1上缠绕的耐候层2纤维纱后进行第二次完全固化，形成复合材料电杆。

同理，具有颗粒面13的结构杆体1的固化方式可以是结构杆体1液态树脂表面抛洒饱和石英砂等颗粒物之后进行预固化，即树脂初凝，此时树脂不再流动但没有完全固化；其后在结构杆体1上缠绕的耐候层2纤维纱后进行完全固化，形成复合材料电杆。又或者，在结构杆体1液态树脂表面抛洒饱和石英砂等颗粒物之后进行树脂完全固化，再在结构杆体1上缠绕的耐候层2纤维纱后进行第二次完全固化，形成复合材料电杆。

在一些实施例中，所述结构杆体1和所述耐候层2所采用的树脂成分不相同，为了便于准确测量结构杆体1和耐候层2的厚度，可在结构杆体1的树脂以及耐候层2的树脂中预先分别添加不同颜色的色浆，使得结构杆体1的内树脂层和耐候层2的外树脂层的层体颜色不相同，树脂存在明显颜色差别时，双层结构之间的界面会非常清晰，以便于后续杆体质量检测过程中对两层结构的厚度进行准确检测测量。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，包括：

将浸润有内层树脂的纤维纱轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体，在结构杆体表面未固化的内层树脂上以预设角度缠绕脱模布，并对缠绕有脱模布的结构杆体进行第一次固化；

待结构杆体固化完毕后将脱模布从结构杆体上撕掉使得结构杆体表面形成纹理面；在结构杆体纹理面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层。

2.根据权利要求1所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，缠绕脱模布的方法为：

脱模布从结构杆体的梢端开始首先环向缠绕梢端至少一圈半的长度；

令结构杆体旋转使紧绷的脱模布沿结构杆体梢端到根端方向逐渐均匀缠绕在结构杆体上，且脱模布的缠绕角度随结构杆体的直径变化而改变。

3.根据权利要求2所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，在结构杆体纵截面上，脱模布的缠绕方向与结构杆体上垂直于轴的直线方向之间存在2～15度的角度。

4.根据权利要求3所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，脱模布连续缠绕过程中结构杆体环向表面上前后圈的脱模布之间部分重叠。

5.根据权利要求4所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，在结构杆体横截面上，脱模布以与结构杆体的外径最低点相切的角度进行缠绕，且脱模布始终处于紧绷状态。

6.根据权利要求1所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，第一次固化的方法为：

对缠绕有脱模布的结构杆体进行预固化使结构杆体中液态树脂初步凝固，树脂处于不再流动但未完全固化的状态；或，

直接对缠绕有脱模布的结构杆体进行完全固化。

7.一种双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，包括：

将浸润有内层树脂的纤维纱轴向零度铺放或缠绕在电杆模具表面形成结构杆体，在结构杆体表面未固化的内层树脂上抛洒颗粒物，待颗粒物自然镶嵌至结构杆体表面的液态树脂中后对结构杆体进行第一次固化；

待结构杆体固化完毕后颗粒物在结构杆体表面形成凹凸不平的颗粒面，在结构杆体的颗粒面外缠绕浸润了外层树脂的连续纤维纱再进行第二次固化，形成复合材料电杆的耐候层。

8.根据权利要求7所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，所述颗粒物为石英砂或金刚砂，所述颗粒物粒径为10～100目。

9.根据权利要求7所述的双层复合材料电杆的生产方法，其特征在于，第一次固化的方法为：

对结构杆体上液态树脂表面抛洒饱和石英砂之后进行预固化，使结构杆体中液态树脂初步凝固，树脂处于不再流动但未完全固化的状态；或，

对结构杆体上液态树脂表面抛洒饱和石英砂之后直接进行完全固化。

10.一种双层复合材料电杆，其特征在于，通过如权利要求1～9任一所述的双层复合材料电杆的生产方法制成，包括预先固化的结构杆体和后固化的耐候层；

所述结构杆体包括轴向零度铺放或缠绕成型的纤维纱层以及包裹纤维纱的内树脂层；所述结构杆体接触所述耐候层的一面为非光滑面，所述非光滑面为印压在所述内树脂层上固化形成的纹理面或凹凸不平的颗粒面；

所述耐候层包括环向缠绕所述结构杆体的纤维纱层，以及包裹纤维纱并融入所述非光滑面缝隙内的外树脂层。