CN207469874U - 一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔。该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由无机纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有无机纤维螺旋缠绕形成的无机纤维层。该复合材料输电用杆塔，结构设计合理，综合机械性能优异，具有优异的纵向弯曲强度、压缩强度和抗剪能力，能够解决现有普通复合材料杆塔存在的“环向机械性能有余而纵向机械性能不足”的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型属于基建工程领域，涉及碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔。
背景技术
传统架空输电线路中使用较为广泛的杆塔主要有木质杆、混凝土杆、钢管混凝土杆、钢管杆和铁塔等几类。传统的输电杆塔普遍存在质量大、易腐烂、锈蚀或开裂等缺陷，使用寿命较短并且施工运输和运行维护困难，容易出现各种安全隐患。复合材料杆塔具备优异的绝缘特性、耐腐蚀性、机械性能以及较低的维护成本，可替代传统杆塔应用于输电和配线线路建设中。尤其适应于雷电多发、污染严重、环境腐蚀严重的恶劣环境地区的电网架设。复合材料与金属相比，材料特性有很大区别，仅仅通过简单的材料替换，很难达到同等级钢制杆塔的力学强度，因而需要添加增强结构来提高复合材料杆塔的强度。强度提高，其在受力作用下的挠度就会降低，可以有效避免极端条件下因复合材料挠度太大而引起的导线拉断等问题。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔具有优异的纵向弯曲强度、压缩强度和抗剪切强度，可以克服普通复合材料杆塔存在的“环向机械性能有余而纵向机械性能不足”的缺陷。
为了达到前述的实用新型目的，本实用新型提供一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由无机纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有无机纤维螺旋缠绕形成的无机纤维层。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板在所述杆塔本体表面首尾粘接形成碳纤维拉挤板增强环；所述碳纤维拉挤板增强环在所述杆塔本体表面沿轴线平行排布形成碳纤维拉挤板拼接层。
上述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔中，外表面是针对于碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔的中轴线而言的，背离所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔中轴线的面为外表面。其中所述碳纤维拉挤板拼接层中的碳纤维拉挤板由碳纤维和热固性树脂通过复合材料拉挤成型工艺制得，且碳纤维拉挤板材通过同一种热固性树脂粘结拼接，形成碳纤维拉挤板拼接层。所述热固性树脂包括环氧树脂、聚氨酯、乙烯基树脂等。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述杆塔本体中无机纤维的缠绕角度为10度-30度；所述杆塔本体的厚度为15mm-20mm。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板拼接层的厚度为15mm-20mm。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述无机纤维层中无机纤维的缠绕角度为10度-30度；所述无机纤维层的厚度为15mm-20mm。
根据本实用新型的具体实施例，所述杆塔本体可采用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或它们的混合纤维与环氧树脂等热固性树脂制备得到。优选的，所述杆塔本体和玻璃纤维层中的缠绕纤维采用强度高、耐腐蚀的玻璃纤维。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述杆塔本体与所述碳纤维拉挤板拼接层之间设置有聚酯纤维表面毡，所述聚酯纤维表面毡粘结在所述杆塔本体的外表面。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔的纵向弯曲强度为800MPa-900MPa；压缩强度为300MPa-400MPa；剪切强度为100MPa-120MPa。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玄武岩纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玻璃纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
根据本实用新型的具体实施例，优选地，所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由碳纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
与现有普通复合材料杆塔相比，本实用新型的有益效果包括：
(1)本实用新型提供的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，结构设计合理，综合机械性能优异，具有优异的纵向弯曲强度、压缩强度和抗剪能力，解决了现有普通复合材料杆塔存在的“环向机械性能有余而纵向机械性能不足”的缺陷；
(2)现有普通复合材料杆塔结构相比，本实用新型提供的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔采用碳纤维拉挤板拼接层，具有更高的刚性和更轻的结构，大大降低了杆塔自身的重量，实用性更强。
附图说明
图1是实施例1提供的复合材料输电用杆塔的横截面结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本实用新型的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本实用新型可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔为中空结构，其横截面如图1所示，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玻璃纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体2，粘结在杆塔本体2外周的碳纤维拉挤板材拼接层3以及缠绕在碳纤维拉挤板材拼接层3外周的玻璃纤维形成的玻璃纤维层4；
所述杆塔本体2和玻璃纤维层4的厚度为15mm-20mm，其中玻璃纤维的缠绕角度为10度-30度；所述碳纤维拉挤板材拼接层3由碳纤维和环氧树脂通过复合材料拉挤成型工艺制得的拉挤板材拼接而成，该碳纤维拉挤板材拼接层3的厚度为15mm-20mm。
本实施例的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔中，杆塔本体2和碳纤维拉挤板材拼接层3之间设置有聚酯纤维表面毡，该聚酯纤维表面毡粘结在杆塔本体2的外表面。
本实施例的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔具体通过以下步骤制得：
步骤一：在模具1表面涂覆脱模剂，然后将连续浸润过热固性树脂胶液的玻璃纤维螺旋缠绕在所述模具1表面，达到预设的厚度，形成杆塔本体2；
步骤二：在杆塔本体2的表面铺放聚酯纤维表面毡，然后将浸润过热固性树脂胶液的碳纤维拉挤板铺放在所述聚酯纤维表面毡的表面，并首尾粘接成碳纤维拉挤板增强环，将所述碳纤维拉挤板增强环在所述杆塔本体2的外表面沿轴向平行铺放，直至铺满所述聚酯纤维表面毡的表面形成碳纤维拉挤板拼接层3；
步骤三：将连续浸润过热固性树脂胶液的玻璃纤维螺旋缠绕在所述碳纤维拉挤板拼接层3的表面，形成玻璃纤维层4；
步骤四：将步骤三处理后的杆塔本体固化、脱模、打磨、修整，得到碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔粗品，然后将氟碳漆喷涂在所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔粗品的表面，加热烤制成型，获得碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔。
其中，步骤四中，杆塔本体的固化分为三个阶段，第一阶段的固化温度为90℃，固化时间为0.5h；第二阶段的固化温度为110℃，固化时间为1h；第三阶段的固化温度为120℃，固化时间为2.5h。步骤四中，杆塔表面氟碳漆加热烤制成型的温度为120℃，时间为1.5h。
本实施例的复合材料输电用杆塔，采用碳纤维拉挤板材拼接层3作为增强材料层，结构设计合理，综合机械性能优异，具有优异的纵向弯曲强度、压缩强度和剪切强度，解决了现有普通复合材料杆塔存在的“环向机械性能有余而纵向机械性能不足”的缺陷，且碳纤维拉挤板材拼接层3由于采用了碳纤维作为增强材料，因此，本实施例的复合材料输电用杆塔大大降低了杆塔自身的重量，具有更高的刚性和更轻的结构，实用性更强。
实施例2
本实施例提供一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔为中空结构，其横截面如图1所示，该碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玄武岩纤维及其织物缠绕形成的杆塔本体2，粘结在杆塔本体2外周的碳纤维拉挤板材拼接层3以及缠绕在碳纤维拉挤板材拼接层3外周的玻璃纤维缠绕形成的玻璃纤维层4；
所述杆塔本体2和玻璃纤维层4的厚度为15mm-20mm，其中玻璃纤维的缠绕角度为10度-30度；所述碳纤维拉挤板材拼接层3由碳纤维和环氧树脂通过复合材料拉挤成型工艺制得的拉挤板材拼接而成，该碳纤维拉挤板材拼接层3的厚度为15mm-20mm。
本实施例的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔中，杆塔本体2和碳纤维拉挤板材拼接层3之间设置有聚酯纤维表面毡，该聚酯纤维表面毡粘结在杆塔本体2的外表面。
对比实验
本对比实验将实施例1采用碳纤维拉挤板拼接层的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔1与常规复合材料输电线杆塔2进行测试比较，该常规复合材料输电线杆塔2采用全玻璃纤维复合材料，测试结果如表1所示：
表1
由表1可知，在相同直径和长度下，杆塔1的重量比杆塔2的重量减少了1.49％，但是纵向弯曲强度提高了41.7％，压缩强度提高了40％，抗剪强度提高了5.7％，常规复合材料输电线杆塔2的塔身复合材料总重2213kg(不含金具)，实施例1的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔1采用了部分碳纤维以增加杆身刚性，塔身复合材料总重2180kg(不含金具)重量相对现有复合杆塔减轻了33kg。
由此可见，本实用新型提供的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，采用碳纤维拉挤板拼接层，大大降低了杆塔自身的重量，且结构设计合理，机械性能优异，具有优异的纵向弯曲强度、压缩强度和抗剪能力，解决了现有普通复合材料杆塔存在的“环向机械性能有余而纵向机械性能不足”的缺陷，且本实用新型的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔中的碳纤维拉挤板材拼接层由于采用了碳纤维作为增强材料，因此，具有更高的刚性和更轻的结构，大大降低了杆塔自身的重量，实用性更强。
Claims (10)
1.一种碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由无机纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有无机纤维螺旋缠绕形成的无机纤维层。
2.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板在所述杆塔本体表面首尾粘接形成碳纤维拉挤板增强环；所述碳纤维拉挤板增强环在所述杆塔本体表面沿轴线平行排布形成碳纤维拉挤板拼接层。
3.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述杆塔本体中无机纤维的缠绕角度为10度-30度；所述杆塔本体的厚度为15mm-20mm。
4.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板拼接层的厚度为15mm-20mm。
5.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述无机纤维层中无机纤维的缠绕角度为10度-30度；所述无机纤维层的厚度为15mm-20mm。
6.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述杆塔本体与所述碳纤维拉挤板拼接层之间设置有聚酯纤维表面毡，所述聚酯纤维表面毡粘结在所述杆塔本体的外表面。
7.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔的纵向弯曲强度为800MPa-900MPa；压缩强度为300MPa-400MPa；剪切强度为100MPa-120MPa。
8.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玄武岩纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
9.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由玻璃纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
10.根据权利要求1所述的碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔，其特征在于：所述碳纤维拉挤板增强输电线路用复合材料杆塔包括由碳纤维螺旋缠绕形成的杆塔本体，所述杆塔本体为中空结构，所述杆塔本体的外表面包覆有碳纤维拉挤板粘接形成的碳纤维拉挤板拼接层，所述碳纤维拉挤板拼接层的表面包覆有玻璃纤维螺旋缠绕形成的玻璃纤维层。
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