CN209859654U

CN209859654U - 电线用耐热芯

Info

Publication number: CN209859654U
Application number: CN201920973179.7U
Authority: CN
Inventors: 山下弘展; 小出正治; 松田文弘
Original assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tokyo Rope Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: JP2020009620A; CN110690005A

Abstract

本实用新型提供一种即使长期暴露于高温中也能够维持拉伸强度、或者能够抑制拉伸强度的降低的电线用耐热芯。电线用耐热芯(10)是从中心对在其周围绞合的多根铝线(21)、(31)进行支承的电线用耐热芯，通过将7根耐热CFRP线缆(11)绞合而制成。各个耐热CFRP线缆(11)具备：CFRP线缆，其由在长度方向上连续的多根碳纤维捆扎而成的纤维束、和含浸于上述纤维束的环氧树脂构成；以及氧阻隔层，其设置于CFRP线缆的表面，使空气中的氧与上述CFRP线缆难以接触。

Description

电线用耐热芯

技术领域

本实用新型涉及一种电线用耐热芯。

背景技术

对于在铁塔与铁塔之间跨越长距离而架设的架空输电线，要求轻量、拉伸强度大、能够流过大电流等。作为架空输电线，镀锌钢线的单线或者绞线(钢线芯)配置于中心并在其周围绞合有多根铝线的钢芯铝线(ACSR)(Aluminum Conductor Steel Reinforced)是主流，但是近年来，为了进一步实现轻量化和拉伸强度的增强，代替钢线芯而采用纤维强化塑料制芯的纤维芯铝线(ACFR)(Aluminum Conductor Fiber Reinforced)也用作架空输电线。纤维强化塑料制芯适于用作电线的加强材料。

由于流过铝线的电流，架空输电线经常被暴露在超过100℃的高热中。对于构成架空输电线的铝线，通过使用在铝中添加了锆等的耐热铝合金来提高软化温度，并维持拉伸强度。另一方面，对于构成架空输电线的纤维强化塑料制芯，实施使耐热性优异的双酚A型环氧树脂、多官能型环氧树脂等含浸于纤维的耐热对策。另外，专利文献1记载了通过将环氧树脂与铝或者镍的任一种的混合物包覆于纤维强化复合材料，使纤维强化复合材料具有耐磨性、耐腐蚀性的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-287312号公报

实用新型内容

实用新型所要解决的课题

一般来说，架空输电线架设于山岳地带、结冰雪地带、海峡、横贯河川等地形条件或者自然条件严酷的地域，并且长期使用而不更换。因此，对于作为架空输电线的加强材料使用的纤维强化塑料制芯，也要求即使长期暴露于超过100℃的高热中，也尽量抑制其拉伸强度的降低。

用于解决课题的技术方案

本实用新型的目的在于提供即使长期暴露于高温中也能够维持规定的拉伸强度、或者能够缓和拉伸强度的降低的电线用耐热芯。

本实用新型的电线用耐热芯是从中心对在其周围绞合的多根导电性金属线进行支承的电线用耐热芯，具备：纤维强化树脂线缆，其由在长度方向上连续的多根纤维捆扎而成的纤维束、和含浸于上述纤维束的树脂构成；以及氧阻隔层，其设置于上述纤维强化树脂线缆的表面，使空气中的氧与上述纤维强化树脂线缆难以接触。

构成纤维强化树脂线缆的纤维包含碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、PBO(poly p-phenylenebenzobisoxazole)纤维以及其他纤维。这些纤维非常细，通过捆扎多根纤维从而能够使树脂含浸。

构成纤维强化树脂线缆的树脂可以是热固化性树脂或者热塑性树脂的任一种。可使用环氧、饱和聚酯、乙烯基酯、苯酚、聚酰胺、聚碳酸酯等。

本实用新型的电线用耐热芯是在纤维强化树脂线缆的表面设置氧阻隔层的电线用耐热芯。由于氧阻隔层设置于表面，因此构成电线用耐热芯的纤维强化树脂线缆与空气中的氧难以接触。能够防止纤维强化树脂线缆的氧化，更详细而言，能够防止构成纤维强化树脂线缆的树脂的氧化，或者至少能够抑制(延迟)氧化的进行。

树脂(塑料)在高温下容易氧化，作为其结果，会发生物性降低。在此，电线无法避免由电流流过引起的发热，因此，作为电线的加强材料而设置于电线的中心的电线用芯也长期暴露于高温中，长期置于容易被氧化的气氛下。根据本实用新型，如上所述，通过氧阻隔层，防止或者至少抑制电线用芯的氧化，因此能够防止电线用芯在高温环境下发生早期氧化劣化、其拉伸强度发生早期下降的情况。作为其特性，本实用新型的电线用耐热芯具备长期耐热性。

在一个实施方式中，上述纤维强化树脂线缆具备多根树脂含浸纤维束，上述多根树脂含浸纤维束分别具有含浸有树脂的多根纤维，并由该多根纤维分别聚拢成束而成。通过将构成电线用耐热芯的纤维强化树脂线缆制成捆扎多根树脂含浸纤维束而成的线缆，从而能够对电线用耐热芯赋予柔软性。

优选地，上述多根树脂含浸纤维束包含配置于中心的芯线、以及在上述芯线的周围绞合的多根侧线。除了柔软性以外，还能够对电线用耐热芯赋予高的拉伸强度和优异的耐疲劳性。

对于具备通过捆扎多根树脂含浸纤维束而构成的纤维强化树脂线缆的电线用耐热芯，上述氧阻隔层可以设置于上述纤维强化树脂线缆的表面，也可以设置于多根树脂含浸纤维束的各自的表面。

例如，上述氧阻隔层为带状，并卷绕于上述纤维强化树脂线缆的表面，或者卷绕于构成上述纤维强化树脂线缆的多根树脂含浸纤维束的各自的表面。在其他实施方式中，上述氧阻隔层为液状或者糊状，并涂布于上述纤维强化树脂线缆的表面，或者涂布于构成上述纤维强化树脂线缆的多根树脂含浸纤维束的各自的表面。

在一个实施方式中，上述氧阻隔层由阻止氧透过的高分子材料构成。在其他实施方式中，上述氧阻隔层由吸附去除氧的无机粒子构成。总之，为了至少延迟纤维强化树脂线缆的氧化，使用氧阻隔层。

就上述无机粒子而言，可以混合于粘接在上述纤维强化树脂线缆的表面的粘合剂中，也可以附着于粘合剂的表面，上述粘合剂粘接于上述纤维强化树脂线缆的表面。在用于将无机粒子粘接在纤维强化树脂线缆的表面的粘合剂中，也可以使用上述的阻止氧透过的高分子材料。

附图说明

图1是电线的立体图。

图2是耐热CFRP线缆的放大剖视图。

图3(A)是表示一个实施方式的耐热CFRP线缆的立体图，图3(B)是表示其他实施方式的耐热CFRP线缆的立体图。

图4(A)及图4(B)是表示其他实施方式的耐热CFRP线缆的横截面的一部分的放大剖视图。

图5(A)及图5(B)是表示耐热CFRP线缆及CFRP线缆的劣化试验的试验结果的曲线图。

图6是其他实施方式的电线用耐热芯的放大剖视图。

具体实施方式

图1是电线1的立体图，露出地示出位于电线1的中心的电线用耐热芯10、以及电线用耐热芯10的周围的导电层20的各自的一部分。图2是构成图1所示的电线用耐热芯10的后述的耐热CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)(碳纤维强化塑料)线缆11的放大剖视图。为了便于图示，图1与图2的比例尺不同。

电线1由电线用耐热芯10、以及包围电线用耐热芯10的周围的导电层20、30构成。电线用耐热芯10用作电线1的加强材料。电流流过电线用耐热芯10的周围的导电层20、30。

参照图1，电线用耐热芯10由位于中心的1根长条的耐热CFRP线缆11(芯线)、以及在其周围绞合的6根长条的耐热CFRP线缆11(侧线)即共计7根耐热CFRP线缆11构成。参照图2，各个耐热CFRP线缆11是在CFRP线缆(碳纤维丝束、碳纤维股线)12的表面包覆氧阻隔层(阻气层)15而成的线缆，CFRP线缆12通过如下方式形成，即，将多根长条的碳纤维(线材)13捆扎成截面呈圆形，并在其中含浸环氧树脂14，然后使环氧树脂14固化而形成。CFRP线缆12包含数万根至数十万根碳纤维13，电线用耐热芯10整体能够包含数十万根至数百万根的碳纤维13。根据碳纤维13的根数或者耐热CFRP线缆11的根数，能够任意调整电线用耐热芯10的直径。通过由作为芯线的耐热CFRP线缆11、以及作为在其周围绞合的多根侧线的耐热CFRP线缆11来形成电线用耐热芯10，能够形成具有高的断裂强度和优异的柔软性并且耐疲劳性也优异的电线用耐热芯10。当然，也可以不区分芯线与侧线而将多根耐热CFRP线缆11一起捆扎或者绞合来形成电线用耐热芯10。并且，特别是如果电线1的直径较细的话，也可以将单线的耐热CFRP线缆11直接用作电线用耐热芯10。

氧阻隔层15是用于使CFRP线缆12与氧不接触或者难以接触的层，更详细来说，是用于使CFRP线缆12所包含的环氧树脂14与氧不接触或者难以接触的层。这是为了延迟环氧树脂14的氧化劣化，特别是延迟高温气氛下的氧化劣化，从而抑制由环氧树脂14的氧化劣化引起的耐热CFRP线缆11或电线用耐热芯10的拉伸强度的降低，详情后述。由于主要目的在于抑制高温气氛下的CFRP线缆的拉伸强度的降低，因此在本说明书中将具有氧阻隔层15的CFRP线缆12称为耐热CFRP线缆11。

如果着眼于使CFRP线缆12与氧尽可能地不接触，则作为氧阻隔层15，气体透过系数小的高分子材料是比较适合的。但是，优选选择不仅考虑其气体透过系数，还考虑其机械特性(拉伸特性、压缩特性、弯曲特性、剪切特性等)、成形加工性等用作电线1的加强材料的电线用耐热芯10的特性的高分子材料。将使硅、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、其他高分子材料形成例如10μm～300μm的层厚而成的氧阻隔层15设置于7根CFRP线缆12的各自的整个表面。

导电层20、30由在上述的电线用耐热芯10的周围排列的多根铝线21、31形成。图1所示的电线1具有由包围电线用耐热芯10的梯形截面的6根铝线21构成的导电层20、由包围导电层20的梯形截面的10根铝线31构成的导电层30的两层构造。铝线21、31均在电线1的长度方向上延伸且平缓地扭曲，并在电线用耐热芯10的周围卷绕为螺旋状。包围电线用耐热芯10的导电层的层数、以及构成导电层20、30的各层的铝线21、31的根数及形状能够适当变更。例如，铝线21、31的截面形状也可以为圆形。

图3(A)及图3(B)表示氧阻隔层15的具体结构。

如图3(A)所示，例如通过聚酰亚胺带17能够形成氧阻隔层15。例如一边使宽度15mm的聚酰亚胺带17的端部彼此稍微重叠，一边使其无间隙地以螺旋状紧贴并卷绕于CFRP线缆12。

如图3(B)所示，液状或者糊状的树脂18，例如硅油或硅橡胶也可用作氧阻隔层15。通过使用挤出机，或者通过使CFRP线缆12通过积存有树脂18的槽内，从而能够在CFRP线缆12的整个表面以大致相同厚度紧贴并包覆树脂18。

上述的图3(A)及图3(B)所示的方式的氧阻隔层15是阻隔空气中的氧以使氧与CFRP线缆12尽可能不接触的层。也可以考虑代替阻隔空气(氧)或者在其基础上，吸收去除CFRP线缆12的表面的氧，由此使氧与CFRP线缆12尽可能不接触。

图4(A)表示表面包覆着混合有大量的无机粒子42的环氧树脂14的CFRP线缆12的局部放大剖视图。无机粒子42可使用具有氧吸收性的无机粒子，例如铁、锰、铂、铝、锌、锡、镁、铬、硅、铈、钛、铜等粒子，也可以是包含两种以上的上述金属的合金。在本实施方式中，作为使大量的无机粒子42固定于CFRP线缆12的表面的粘合剂，使用环氧树脂14。无机粒子42及混合有无机粒子42的环氧树脂14作为氧阻隔层15发挥作用。无机粒子42可使用具有例如数nm～200μm左右的比较细的直径(平均直径)的无机粒子。

在图4(B)中，在CFRP线缆12的表面涂布环氧树脂14，并将涂布的环氧树脂14用作粘合剂，在环氧树脂14的表面附着大量无机粒子42。环氧树脂14及附着在环氧树脂14的表面的大量的无机粒子42作为氧阻隔层15发挥作用。

总之，由于氧阻隔层15，氧与CFRP线缆12难以接触，因此能够延迟CFRP线缆12的氧化劣化。

图5(A)、图5(B)是表示关于构成电线1的电线用耐热芯10的上述耐热CFRP线缆11(被试验体)的劣化试验的试验结果的曲线图。图5(A)表示横轴作为经过时间(单位为小时(hr))、纵轴作为断裂载荷(单位为kN)的曲线图，图5(B)表示横轴作为经过时间、纵轴作为强度保持率(单位为％)的曲线图。强度保持率是将劣化试验后的断裂载荷除以初始断裂载荷并乘以100所得的值。

在电线1中通过高电流时产生的温度根据电流量而发生变动，典型地为大约120℃。劣化试验是在更严酷的温度条件，具体地说，是在240℃的环境下放置被试验体，并对被试验体的断裂载荷及强度保持率随着时间的经过如何发生变化进行测定的试验。塑料的氧化在高温下加速，因此该劣化试验被定位为加速劣化试验。

制成在直径2.6mm的CFRP线缆12上卷绕有作为氧阻隔层15的聚酰亚胺带17的耐热CFRP线缆11(参照图3(A))，并将其放入240℃的加热炉中，在试验开始时、在经过600小时后、在经过1000小时后，分别测定断裂载荷。另外，为了进行比较，将不具有氧阻隔层15的直径2.6mm的CFRP线缆12也放入加热炉，在试验开始时、在经过408小时后、在经过600小时后、在经过984小时后，分别测定断裂载荷。在图5(A)所示的曲线图中，实线表示耐热CFRP线缆11的断裂载荷，虚线表示不具有氧阻隔层15的CFRP线缆12的断裂载荷。同样地，在图5(B)所示的曲线图中，实线表示耐热CFRP线缆11的强度保持率，虚线表示CFRP线缆12的强度保持率。

对耐热CFRP线缆11(实线)及CFRP线缆12(虚线)的任一个而言，随着时间的经过，断裂载荷降低。但是，与不具有氧阻隔层15的CFRP线缆12(虚线)相比，具备氧阻隔层15的耐热CFRP线缆11(实线)的断裂载荷的减少明显平缓，能够在高温环境下延迟(缓和)拉伸强度随时间的降低。与使用CFRP线缆12的情况相比，通过使用耐热CFRP线缆11，能够可靠地延长电线用耐热芯10降低到规定的拉伸强度的时间。

在上述实施例中，对由在7根CFRP线缆12各自的表面包覆有氧阻隔层15的7根耐热CFRP线缆11形成的电线用耐热芯10(参照图1)进行了说明，但是如图6所示，也可以通过捆扎7根CFRP线缆12并在其上包覆氧阻隔层15来制成电线用耐热芯10A。如图6所示，由氧阻隔层15直接覆盖外侧的6根CFRP线缆12(侧线)的表面，位于中心的1根CFRP线缆12(芯线)也由氧阻隔层15间接覆盖，因此能够抑制7根CFRP线缆12的氧化劣化，延迟(缓和)高温环境下的电线用耐热芯10A的拉伸强度随时间的降低。此外，作为氧阻隔层15使用液状或者糊状的树脂，由此使氧阻隔层15进入芯线与侧线之间的间隙，也能够在芯线及侧线的表面的大部分上设置氧阻隔层15。

符号说明

1 电线

10、10A 电线用耐热芯

11 耐热CFRP线缆

12 CFRP线缆(树脂含浸纤维束)

13 碳纤维

14 环氧树脂

15 氧阻隔层

17 聚酰亚胺带

20、30 导电层

21、31 铝线

42 无机粒子

Claims

1.一种电线用耐热芯，其从中心对在其周围绞合的多根导电性金属线进行支承，其特征在于，具备：

纤维强化树脂线缆，其由在长度方向上连续的多根纤维捆扎而成的纤维束、和含浸于上述纤维束的树脂构成；以及

氧阻隔层，其设置于上述纤维强化树脂线缆的表面，使空气中的氧与上述纤维强化树脂线缆难以接触。

2.根据权利要求1所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述纤维强化树脂线缆具备多根树脂含浸纤维束，

上述多根树脂含浸纤维束分别具有含浸有树脂的多根纤维，并由该多根纤维分别聚拢成束而成。

3.根据权利要求2所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述多根树脂含浸纤维束包含配置于中心的芯线、以及在上述芯线的周围绞合的多根侧线。

4.根据权利要求2所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述氧阻隔层为带状，并卷绕于上述纤维强化树脂线缆的表面，或者卷绕于构成上述纤维强化树脂线缆的多根树脂含浸纤维束的各自的表面。

5.根据权利要求2所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述氧阻隔层为液状或者糊状，并涂布于上述纤维强化树脂线缆的表面、或者涂布于构成上述纤维强化树脂线缆的多根树脂含浸纤维束的各自的表面。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述氧阻隔层由阻止氧透过的高分子材料构成。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述氧阻隔层由吸附去除氧的无机粒子构成。

8.根据权利要求7所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述无机粒子混合于粘接在上述纤维强化树脂线缆的表面的粘合剂中。

9.根据权利要求7所述的电线用耐热芯，其特征在于，

上述无机粒子附着于粘合剂的表面，上述粘合剂粘接于上述纤维强化树脂线缆的表面。