RU199200U1 - COMPOSITE POWER LINE CORE - Google Patents
COMPOSITE POWER LINE CORE Download PDFInfo
- Publication number
- RU199200U1 RU199200U1 RU2020106711U RU2020106711U RU199200U1 RU 199200 U1 RU199200 U1 RU 199200U1 RU 2020106711 U RU2020106711 U RU 2020106711U RU 2020106711 U RU2020106711 U RU 2020106711U RU 199200 U1 RU199200 U1 RU 199200U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite core
- polymer matrix
- line wire
- power line
- caprolactam
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
- H01B5/10—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в конструкциях многопроволочных проводов для воздушных линий, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих сердечников в конструкциях кабелей и проводов. Технические результаты, проявляющиеся в результате пользования предложенного композитного сердечника, заключаются в повышении вязкости разрушения, трещиностойкости и постударной прочности, теплостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред, жизнеспособности матрицы, скорости технологических циклов, а также в возможности вторичной переработки и локального устранения дефектов композитного сердечника. Композитный сердечник провода линии электропередачи, выполненный в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы, при этом полимерная матрица состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и катализатора и раствора мономеров ε-капролактама и активатора.The utility model relates to electrical engineering and can be used in the construction of stranded wires for overhead lines, intended for the transmission of electrical energy in overhead power grids and lines of electrified transport as load-bearing cores in the structures of cables and wires. The technical results, which are manifested as a result of using the proposed composite core, are to increase the fracture toughness, crack resistance and post-shock strength, heat resistance, resistance to aggressive media, the viability of the matrix, the speed of technological cycles, as well as the possibility of recycling and local elimination of defects in the composite core. A composite core of a power line wire, made in the form of a rod made of a unidirectional composite material, including a central part consisting of carbon fiber and a polymer matrix, and an outer part consisting of glass fiber and a polymer matrix, while the polymer matrix consists of caprolon obtained as a result of anionic polymerization of a prepolymer mixture consisting of a solution of ε-caprolactam monomers and a catalyst and a solution of ε-caprolactam monomers and an activator.
Description
Область техникиTechnology area
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в конструкциях многопроволочных проводов для воздушных линий, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих сердечников в конструкциях кабелей и проводов.The utility model relates to electrical engineering and can be used in the construction of stranded wires for overhead lines, intended for the transmission of electrical energy in overhead electrical networks and lines of electrified transport as load-bearing cores in the structures of cables and wires.
Уровень техникиState of the art
Из ГОСТ 839-80 известны самонесущие неизолированные провода, состоящие из стального сердечника и навитых на него алюминиевых токопроводящих проволок. Основными недостатками указанных проводов являются высокий вес и низкая прочность на разрыв по сравнению неизолированными проводами, имеющими композитный сердечник, выполненный из углеродных волокон.Self-supporting bare wires are known from GOST 839-80, consisting of a steel core and aluminum conductive wires wound on it. The main disadvantages of these wires are high weight and low tensile strength compared to bare wires having a composite core made of carbon fibers.
Из уровня техники известны неизолированные провода с композитными сердечниками, выполненными по технологии пултрузии для получения композитных материалов с постоянным сечением. Технологический процесс пултрузии непрерывный и, в зависимости от происходящих процессов, разделен на следующие стадии: подготовка волокна и связующего, пропитка, формование профиля, отверждениe связующего (выдержка при постоянной температуре), охлаждение до конечной температуры, нарезка готового профиля в размер или намотка на катушку. Основными достоинствами технологии пултрузии является высокая скорость производства композитных материалов с постоянным (однородным) качеством получаемых изделий.Bare wires with composite cores pultruded to produce composite materials with a constant cross section are known in the art. The technological process of pultrusion is continuous and, depending on the ongoing processes, is divided into the following stages: fiber and binder preparation, impregnation, profile shaping, binder curing (holding at constant temperature), cooling to the final temperature, cutting the finished profile to size or winding onto a coil ... The main advantages of the pultrusion technology are the high speed of production of composite materials with a constant (uniform) quality of the resulting products.
В традиционной технологии пултрузии в качестве полимерной матрицы (связующего) практически всегда используют различные низковязкие термореактивные связующие (реактопласты) невысокой молекулярной массы (эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др.), обеспечивающие равномерную пропитку армирующих волокон. Так, армирующие волокна преимущественно погружают в емкость с низкозязким термореактивным связующим, после чего отжимают обратно в емкость лишнее связующее и. пропитанные волокна подаются в формообразующую фильеру, где под действием температуры происходит полимеризация реактопласта. Полученные термореактивные материалы имеют ряд недостатков, особенно значимых при серийном производстве: невозможность постобработки после полимеризации, поскольку, они перестают размягчаться при повторном нагревании и не растворяются, а только набухают, в растворителях; хрупкость матрицы после полимеризации, в виду ее высокой твердости, сложность анкеровки (монтажа) готового изделия; сложность в утилизации; большое время производственного цикла; высокая стоимость сырьевых материалов.In the traditional technology of pultrusion, various low-viscosity thermosetting binders (thermosetting plastics) of low molecular weight (epoxy, phenol-formaldehyde, organosilicon, polyester, etc.) are almost always used as a polymer matrix (binder), providing uniform impregnation of reinforcing fibers. So, reinforcing fibers are predominantly immersed in a container with a low-viscosity thermosetting binder, after which excess binder is squeezed back into the container and. the impregnated fibers are fed into a forming die, where thermoset polymerisation occurs under the influence of temperature. The obtained thermosetting materials have a number of disadvantages, which are especially significant during mass production: the impossibility of post-processing after polymerization, since they cease to soften upon reheating and do not dissolve, but only swell in solvents; fragility of the matrix after polymerization, due to its high hardness, the complexity of anchoring (mounting) of the finished product; difficulty in disposal; long production cycle time; high cost of raw materials.
В последнее время растет интерес к созданию армированных пластиков на основе термопластичных связующих (термопластов) Главные преимущества армированных термопластов по сравнению с полимерными композитными материалами на основе термореактивных связующих: высокая вязкость разрушения, трещиностойкость и постударная прочность; повышенная теплостойкость (по сравнению с традиционными эпоксидными смолами); устойчивость к воздействию агрессивных сред; неограниченно долгая жизнеспособность матрицы; высокие скорости технологических циклов; возможность вторичной переработки и локального устранения дефектов, последнее возможно благодаря возможности постобработки изготовленного изделия путем его повторного нагрева или обработки его растворителем. Тогда как недостатками, проявляемыми при использовании термопластичных связующих в технологии пултрузии, являются высокая вязкость связующего, которая затрудняет процесс пропитки армирующих волокон, и приводит к необходимости увеличения давления в процессе прохождения армирующих волокон через формообразующую фильеру, а также возможность неравномерной пропитки армирующих волокон и образования изделий с дефектами.Recently, there is a growing interest in the creation of reinforced plastics based on thermoplastic binders (thermoplastics). The main advantages of reinforced thermoplastics in comparison with polymer composite materials based on thermosetting binders: high fracture toughness, crack resistance and post-shock strength; increased heat resistance (compared to traditional epoxy resins); resistance to aggressive environments; unlimited long life of the matrix; high speeds of technological cycles; the possibility of secondary processing and local elimination of defects, the latter is possible due to the possibility of post-processing of the manufactured product by reheating it or treating it with a solvent. Whereas the disadvantages manifested when using thermoplastic binders in pultrusion technology are the high viscosity of the binder, which complicates the process of impregnating the reinforcing fibers, and leads to the need to increase the pressure during the passage of the reinforcing fibers through the forming die, as well as the possibility of uneven impregnation of the reinforcing fibers and the formation of products with defects.
Из евразийского патента на изобретение №11625, МПК B32В 27/04 (2006.01), B05D 3/02 (2006.01), B05D 1/18 (2006.01), D04H 3/08 (2006.01), опубликованного 29.12.2006 г., известен композитный сердечник для электрического кабеля, образованный множеством пропитанных смолой армированных волокон по меньшей мере одного типа, при этом смола окружает и, по существу, покрывает каждое из множества армированных волокон, которые ориентированы в основном параллельно продольной оси сердечника. При этом, как указано в независимом пункте формулы, весовой процент волокон в композите составляет меньше 50%, что является недостаточным для достижения требований к нагрузкам требуемого несущего сердечника. Кроме того, в качестве пропитывающей смолы использованы различные связующие, в том числе, термопластичные связующие, при этом, в разделе описания «Известный уровень техники» указаны проблемы, с которыми сталкиваются специалисты в уровне техники, а именно, несущий сердечник из термопласта, во-первых, не обладает требуемыми физическими характеристиками для эффективного перераспределения нагрузки и предотвращения провисания кабеля, во-вторых, не соответствует температурным режимам эксплуатации кабельной продукции, в-третьих, ограничен в максимальном количестве используемых волокон по соотношению волокна и связующего в сердечнике, поскольку использование термопласта, как уже было указано выше, затруднено его высокой вязкостью, что, в свою очередь, увеличивает трение между экструзионной головкой (частью фильеры) и формуемым композитным материалом. В указанном изобретении на странице 13 приведено два способа использования термопластичного связующего, снижающего сложности его использования, в которых термопластичное связующе присутствует в твердой форме, и переводится в жидкое состояние при нагреве на более поздней стадии процесса. В первом варианте термопластичное связующе присутствует в виде волокон, которые переплетаются с армирующими волокнами и, разогреваясь в фильере, пропитывают армирующие волокна. При этом недостатками указанного варианта являются недостаточная пропитка волокон и наличие пустот в получаемом композитном сердечнике. Во втором варианте было предложено покрывать каждую армирующую нить слоем из термопластичного связующего до подачи в фильеру и, также, осуществлять пропитку путем разогревания покрытых волокон в фильере. Так, недостатками указанного варианта являются наличие пустот в получаемом композитном сердечнике и трудоемкость предварительной подготовки покрытых термопластичной смолой армирующих волокон. В остальных вариантах, в том числе и предпочтительном варианте, в котором используется эпоксидное связующее, используются термореактивные связующие, которым свойственны указанные выше недостатки.From the Eurasian patent for invention No. 11625, IPC B32В 27/04 (2006.01), B05D 3/02 (2006.01), B05D 1/18 (2006.01), D04H 3/08 (2006.01), published on December 29, 2006, the composite a core for an electrical cable formed by a plurality of resin impregnated reinforced fibers of at least one type, the resin surrounding and substantially covering each of the plurality of reinforced fibers that are oriented generally parallel to the longitudinal axis of the core. Moreover, as indicated in the independent claim, the weight percentage of fibers in the composite is less than 50%, which is insufficient to achieve the load requirements of the required support core. In addition, various binders, including thermoplastic binders, are used as the impregnating resin, while the "Prior Art" section indicates the problems encountered by those skilled in the art, namely, a thermoplastic support core, firstly, it does not have the required physical characteristics for effective redistribution of the load and prevent cable sagging; secondly, it does not correspond to the temperature conditions of cable products operation; thirdly, it is limited in the maximum number of fibers used by the ratio of fiber and binder in the core, since the use of thermoplastic, as already mentioned above, it is hampered by its high viscosity, which, in turn, increases the friction between the extrusion head (part of the die) and the molded composite material. In this invention, on page 13, two methods of using a thermoplastic binder, which reduce the complexity of its use, are shown, in which the thermoplastic binder is present in solid form, and is transferred to a liquid state when heated at a later stage in the process. In the first embodiment, the thermoplastic binder is present in the form of fibers that are intertwined with reinforcing fibers and, heated in a die, impregnate the reinforcing fibers. In this case, the disadvantages of this option are insufficient fiber impregnation and the presence of voids in the resulting composite core. In the second variant, it was proposed to coat each reinforcing thread with a layer of thermoplastic binder before feeding into the die and, also, to carry out the impregnation by heating the coated fibers in the die. Thus, the disadvantages of this option are the presence of voids in the resulting composite core and the laboriousness of preliminary preparation of the reinforcing fibers coated with a thermoplastic resin. In other embodiments, including the preferred embodiment in which an epoxy binder is used, thermosetting binders are used, which have the above disadvantages.
Из патента РФ на изобретение №2632454, МПК С08K 3/04 (2006.01), С08K 7/24 (2006.01), C08J 5/24 (2006.01), В32В 5/28 (2006.01), В32B 27/38 (2006.01), опубликованного 04.10.2017 г., известен композитный сердечник, использующий углеродное волокно или стекловолокно. При этом термопластичное связующее используется в нем только в качестве добавки к эпоксидному связующему, в размере от 5 до 20 мас. %. Достоинством предложенного решения является использование преимуществ термопластичного связующего. При этом указанному решению свойственны недостатки термореактивных связующих.From RF patent for invention No. 2632454, IPC С08K 3/04 (2006.01), С08K 7/24 (2006.01), C08J 5/24 (2006.01), В32В 5/28 (2006.01), В32B 27/38 (2006.01), published 10/04/2017, a composite core is known using carbon fiber or glass fiber. In this case, a thermoplastic binder is used in it only as an additive to an epoxy binder, in the amount of 5 to 20 wt. %. The advantage of the proposed solution is the use of the advantages of a thermoplastic binder. In this case, the specified solution is characterized by the disadvantages of thermosetting binders.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является композитный сердечник, известный из международной заявки РСТ № WO/2009/130525, МПК В29С 70/52 (2006.01), H01В 5/10 (2006. 01), опубликованной 29.10.2009 г., изготовленный с помощью технологии пултрузии с использованием термопластичной полимерной матрицы. Так, композитный сердечник провода линии электропередачи выполнен в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и термопластичной полимерной матрицы, и The closest technical solution, chosen as the closest analogue, is a composite core known from the international PCT application No. WO / 2009/130525, IPC В29С 70/52 (2006.01), H01В 5/10 (2006.01), published on October 29, 2009 , manufactured using pultrusion technology using a thermoplastic polymer matrix. Thus, the composite core of the power line wire is made in the form of a rod made of a unidirectional composite material, including a central part consisting of carbon fiber and a thermoplastic polymer matrix, and
внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и термопластичной полимерной матрицы. Преимущества указанной конструкции проявляются ввиду использования термопластичного связующего. Также преимуществом указанной конструкции является отсутствие электрического контакта между углеродным армирующим сердечником и алюминиевыми токопроводящими проволоками, прерываемый внешней частью, состоящей из стекловолокна и термопластичной полимерной матрицы, что исключает электрохимические коррозионные процессы. При этом недостаток указанного решения проявляется в результате использования термопластичных волокон в твердом виде для переплетения и дальнейшей пропитки армирующих волокон. Как указано в примере №3, термопластичные волокна, выбранные из карполактама и лауриллактама, нагреваясь в формообразующей фильере расплавляются и пропитывают переплетенные с ними армирующие волокна (углеродные волокна и стекловолокна), с образованием в результате анионной полимеризации полимерной матрицы. Недостатками указанного способа получения полимерной матрицы являются недостаточная пропитка армирующих волокон и наличие пустот в получаемом композитном сердечнике, а также сравнительно низкое содержание армирующих волокон. Раскрытие полезной моделиan outer part consisting of fiberglass and a thermoplastic polymer matrix. The advantages of this design appear due to the use of a thermoplastic binder. Also, the advantage of this design is the absence of electrical contact between the carbon reinforcing core and aluminum conductive wires, interrupted by the outer part consisting of glass fiber and thermoplastic polymer matrix, which excludes electrochemical corrosion processes. In this case, the disadvantage of this solution is manifested as a result of the use of thermoplastic fibers in solid form for weaving and further impregnation of reinforcing fibers. As indicated in example No. 3, thermoplastic fibers selected from carpolactam and lauryl lactam, being heated in a forming die, melt and impregnate the reinforcing fibers (carbon fibers and glass fibers) intertwined with them, with the formation of a polymer matrix as a result of anionic polymerization. The disadvantages of this method for producing a polymer matrix are insufficient impregnation of the reinforcing fibers and the presence of voids in the resulting composite core, as well as a relatively low content of reinforcing fibers. Disclosure of a utility model
Задачей полезной модели является получение композитного сердечника, состоящего из армирующих волокон и термопластичного связующего (матрицы) с исключением дефектов пропитки армирующих волокон и пустот в получаемом композитном сердечнике.The task of the utility model is to obtain a composite core consisting of reinforcing fibers and a thermoplastic binder (matrix) with the exclusion of impregnation defects of reinforcing fibers and voids in the resulting composite core.
Технические результаты, проявляющиеся в результате использования предложенного композитного сердечника, заключаются в повышении вязкости разрушения, трещиностойкости и постударной прочности, теплостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред, жизнеспособности матрицы, скорости технологических циклов, также в возможности вторичной переработки и локального устранения дефектов композитного сердечника.The technical results, which are manifested as a result of using the proposed composite core, are to increase the fracture toughness, crack resistance and post-shock strength, heat resistance, resistance to aggressive media, the viability of the matrix, the speed of technological cycles, as well as the possibility of recycling and local elimination of defects in the composite core.
Указанный технический результат достигается с помощью композитного сердечника провода линии электропередачи, выполненного в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы. Согласно заявленному решению полимерная матрица, состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и катализатора, и раствора мономеров ε-капролактама и активатора.The specified technical result is achieved using a composite core of a power line wire made in the form of a rod made of a unidirectional composite material, including a central part consisting of carbon fiber and a polymer matrix, and an external part consisting of glass fiber and a polymer matrix. According to the claimed solution, the polymer matrix consists of caprolone, obtained as a result of anionic polymerization of a prepolymer mixture consisting of a solution of ε-caprolactam monomers and a catalyst, and a solution of ε-caprolactam monomers and an activator.
При этом, в качестве катализатора могут быть использованы щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты и их соединения.In this case, alkali and alkaline earth metals, their hydrides, amides, hydroxides, carbonates and their compounds can be used as a catalyst.
В качестве активатора могут быть использованы ацил-производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения, способные ацилировать лактам в условиях полимеризации.As an activator, acyl derivatives of lactam (acetyl caprolactam) or compounds capable of acylating lactam under polymerization conditions can be used.
Кроме того, весовой процент волокон в композитном сердечнике составляет не менее 60%.In addition, the weight percentage of fibers in the composite core is at least 60%.
Преимущественно композитный сердечник провода линии электропередачи изготовлен методом реактивной термопластичной пултрузии.The predominantly composite core of the power line wire is made by reactive thermoplastic pultrusion.
Помимо этого, после полимеризации матрицы композитный сердечник могут подвергать постобработке, включающей нагрев и формовку под специальную арматуру крепления и соединения проводов.In addition, after polymerization of the matrix, the composite core can be subjected to post-processing, including heating and molding for special reinforcement for fastening and connecting wires.
В отличии от ближайшего аналога, связующее предлагаемого композитного сердечника провода линии электропередачи позволяет полностью пропитывать армирующие волокна и получать в результате анионной полимеризации термопластическую полимерную матрицу, состоящую из капролона.In contrast to the closest analogue, the binder of the proposed composite core of the power line wire allows to completely impregnate the reinforcing fibers and obtain, as a result of anionic polymerization, a thermoplastic polymer matrix consisting of caprolon.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенными ниже описанием, фигурами и таблицами.The essence of the claimed utility model and the possibility of its practical implementation is illustrated by the description below, figures and tables.
На фигуре 1 показано сечение провода линии электропередачи с композитным сердечником.Figure 1 shows a cross-sectional view of a composite core power line wire.
На фигуре 2 показан общий вид композитного сердечника.Figure 2 shows a general view of a composite core.
В таблице 1 приведены минимальные физико-механические показатели композитного сердечника.Table 1 shows the minimum physical and mechanical properties of the composite core.
В таблице 2 приведены номинальные параметры и характеристики композитных сердечников.Table 2 shows the ratings and characteristics of the composite cores.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным исполнением композитного сердечника провода линии электропередачи, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения данной совокупностью, существенных признаков заявленного технического результата. Композитный сердечник провода линии электропередачи выполнен в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть 1, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть 2, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы, при этом полимерная матрица состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и натрия и раствора мономеров ε-капролактама и изоцианата. При этом, содержание ε-капролактама составляет 19,6% масс. композитного сердечника, содержание натрия составляет 0,2% масс. композитного сердечника, а содержание изоцианата составляет 0,2% масс. композитного сердечника.The proposed utility model is illustrated by the specific design of the composite core of the transmission line wire, however, the given example is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving by this set, essential features of the claimed technical result. The composite core of the power line wire is made in the form of a rod made of a unidirectional composite material, including the
Вместо натрия в качестве катализатора могут быть использованы щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты и их соединения, выбираемые в зависимости от выбранного активатора процесса полимеризация. Тогда как, вместо изоцианата в качестве активатора могут быть использованы -ацил-производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения, способные ацилировать лактам в условиях полимеризации, выбираемые в зависимости от выбранного катализатора процесса полимеризации, а также от необходимой плотности и степени кристалличности полимера. Система катализатора и активатора подбирается исходя из требуемых параметров времени, температуры и давления следующих процессов: подготовки смеси преполимера, пропитки перполимером армирующих волокон, полимеризации преполимера. Наиболее полно полимеризация проходит при эквивалентном сооотношении компонентов каталитической системы, когда на одну функциональную группу катализатора приходится одна функциональная группа активирующего соединения. Увеличение мольной концентрации одного из компонентов либо замедляет, либо полностью прекращает процесс полимеризации. Оптимальная концентрация каталитической системы составляет от 0,3 до 0,5% масс.композитного сердечника, что обеспечивает получение высококачественных полимеров. Весовой процент волокон в композитном сердечнике составляет 80%. Для достижения минимальных физико-механических характеристик, приведенных в таблице 1, содержание волокон выбирается от 60 до 90% масс.композитного сердечника, при этом, нижнее значение обусловлено минимальными прочностными характеристиками, а верхнее значение обусловлено возможностями пропитки армирующего волокна преполимером на основе ε-капролактама.Instead of sodium, alkali and alkaline earth metals, their hydrides, amides, hydroxides, carbonates and their compounds, selected depending on the selected activator of the polymerization process, can be used as a catalyst. Whereas, instead of isocyanate, α-acyl derivatives of lactam (acetyl caprolactam) or compounds capable of acylating lactam under polymerization conditions, selected depending on the selected catalyst of the polymerization process, as well as on the required density and degree of crystallinity of the polymer, can be used as an activator. The system of catalyst and activator is selected based on the required parameters of time, temperature and pressure of the following processes: preparation of a prepolymer mixture, impregnation of reinforcing fibers with a perpolymer, polymerization of the prepolymer. The most complete polymerization takes place with an equivalent ratio of the components of the catalytic system, when one functional group of the catalyst has one functional group of the activating compound. An increase in the molar concentration of one of the components either slows down or completely stops the polymerization process. The optimum concentration of the catalytic system is from 0.3 to 0.5 wt% of the composite core, which ensures the production of high quality polymers. The weight percentage of fibers in the composite core is 80%. To achieve the minimum physical and mechanical characteristics shown in Table 1, the fiber content is selected from 60 to 90% by weight of the composite core, while the lower value is due to the minimum strength characteristics, and the upper value is due to the possibilities of impregnation of the reinforcing fiber with a prepolymer based on ε-caprolactam ...
Композитный сердечник провода линии электропередачи изготовлен методом реактивной термопластичной пултрузии, при котором в процессе пултрузии происходит полимеризация преполимера, состоящего из раствора ε-капролактама и катализатора и раствора ε-капролактама и активатора, с образованием термопластичной матрицы.The composite core of the power line wire is made by the method of reactive thermoplastic pultrusion, in which, in the process of pultrusion, the prepolymer, consisting of a solution of ε-caprolactam and a catalyst and a solution of ε-caprolactam and an activator, is polymerized to form a thermoplastic matrix.
Процесс получения композитного сердечника состоит из следующих стадий: подготовка сырья, приготовление растовора ε-капролактама с катализатором и раствора ε-капролактама с активатором, получение преполимера, формование композитного сердечника.The process of obtaining a composite core consists of the following stages: preparation of raw materials, preparation of a solution of ε-caprolactam with a catalyst and a solution of ε-caprolactam with an activator, preparation of a prepolymer, and molding of a composite core.
Подготовка сырьяPreparation of raw materials
ε-капролактам подвергается сушке до содержания влаги не более 0,1%, а затем плавится в резервуаре плавления (на фигурах не показан) при температуре 70-90°С. Сушить ε-капролактам можно в вакуум-сушильном шкафу при температуре около 50°С или в сушильном шкафу с рециркуляцией воздуха. Наиболее рациональна сушка в среде инертного газа.ε-caprolactam is dried to a moisture content of not more than 0.1%, and then melted in a melting tank (not shown in the figures) at a temperature of 70-90 ° C. It is possible to dry ε-caprolactam in a vacuum drying cabinet at a temperature of about 50 ° C or in a drying cabinet with air recirculation. Drying in an inert gas environment is most rational.
В процессе плавления ε-капролактама из него удаляется остаточная влага под давлением 0,02 МПа инертного газа, подаваемого в резервуар плавления. Допустимая конечная влажность расплава капролактама - не выше 0,02%.In the process of melting ε-caprolactam, residual moisture is removed from it under a pressure of 0.02 MPa of inert gas supplied to the melting tank. The permissible final moisture content of the caprolactam melt is not higher than 0.02%.
Процедуры сматывания, выравнивания, натяжения и подачи углеволокна и стекловолокна осуществляется таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение армирующих волокон в композитном сердечнике. После чего армирующие волокна проводятся через сушильный шкаф (на фигурах не показан) для удаления влаги и предварительного подогрева. Каждый жгут армирующих волокон проходит через отверстия калибровочных пластин (на фигурах не показаны) для исключения спутывания отдельных ровингов. Сушка и подогрев волокон в сушильном шкафу производятся при температуре 180±5°С. Далее армирующие волокна пропускаются через преформовочные калибры (на фигурах не показаны). Волокна стеклоровинга проходят через систему калибров по внешнему контуру таким образом, чтобы на входе в фильеру (на фигурах не показана) образовался равномерный внешний слой, разномерно покрывающий центральную часть сердечника, формируемую из углеволокна. Сформированный таким образом общий пучок волокон поступает в фильеру.Coiling, alignment, tensioning and feeding of carbon and glass fibers are carried out in such a way as to ensure an even distribution of the reinforcing fibers in the composite core. The reinforcing fibers are then passed through an oven (not shown in the figures) to remove moisture and preheat. Each bundle of reinforcing fibers passes through the holes of the sizing plates (not shown in the figures) to avoid tangling of individual rovings. Drying and heating of fibers in a drying oven is carried out at a temperature of 180 ± 5 ° C. Next, the reinforcing fibers are passed through preforming gauges (not shown in the figures). Fibers of glass roving pass through the gauge system along the outer contour so that a uniform outer layer is formed at the entrance to the die (not shown in the figures), which uniformly covers the central part of the core formed from carbon fiber. The total fiber bundle thus formed enters the die.
Приготовление растворовPreparation of solutions
Из плавителя ε-капролактам подается в два отдельных реактора-смесителя (на фигурах не показаны): в первом реакторе к раствору добавляют катализатор, а во втором - активатор.From the melter, ε-caprolactam is fed into two separate mixing reactors (not shown in the figures): in the first reactor, a catalyst is added to the solution, and in the second, an activator.
При смешении ε-капролактама с катализатором температура не должна превышать 120°С. Температура смешения ε-капролактама с активатором может изменяться от 120°С до 140°С.When mixing ε-caprolactam with a catalyst, the temperature should not exceed 120 ° C. The mixing temperature of ε-caprolactam with the activator can vary from 120 ° C to 140 ° C.
Получение преполимераPreparation of prepolymer
Раствор ε-капролактама с катализатором и раствор ε-капролактама с активатором из смесителей поступают в миксер (на фигуре не показан). Необходимое соотношение катализатора и активатора достигается одновременной подачей растворов по каналам равного сечения. При смешении растворов образуется преполимер, который поступает в предварительно подготовленную и нагретую фильеру. Полимеризация проводится непосредственно в фильере при температуре 140 - 180°С.A solution of ε-caprolactam with a catalyst and a solution of ε-caprolactam with an activator from the mixers enter the mixer (not shown in the figure). The required ratio of catalyst and activator is achieved by the simultaneous supply of solutions through channels of equal cross-section. When the solutions are mixed, a prepolymer is formed, which enters a previously prepared and heated die. Polymerization is carried out directly in the die at a temperature of 140 - 180 ° C.
Формование композитного сердечникаComposite core molding
Расплав ε-капролактама обладает низкой вязкостью менее 1 Па⋅с, что позволяет пропитывать армирующие волокна.The ε-caprolactam melt has a low viscosity of less than 1 Pa⋅s, which makes it possible to impregnate reinforcing fibers.
Так, в фильере одновременно протекают следующие процессы: пропитка армирующих волокон, синтез полимера. и формирование-] композитного сердечника, которые зависят от многих факторов: типа активатора, режима полимеризации, скорости охлаждения.So, in the spinneret, the following processes take place simultaneously: impregnation of reinforcing fibers, polymer synthesis. and the formation-] of a composite core, which depend on many factors: type of activator, polymerization mode, cooling rate.
Пропитку армирующих волокон связующим осуществляют путем впрыска преполимера в формообразующую фильеру под давлением от 3 до 5 Бар.Impregnation of the reinforcing fibers with a binder is carried out by injecting the prepolymer into the forming die at a pressure of 3 to 5 bar.
Формующая зона фильеры, имеет угол конусности канала 12°. Формующая зона фильеры имеет сужающийся канал, переходящий от формы и размеров канала, входной зоны к форме и размерам изготавливаемого профиля. В этих условиях давление формования создаются главным образом за счет уменьшения сечения канала по длине зоны, за счет скорости протягивания материала через фильеру и за счет избыточного количества материала, входящего в фильеру. Важной величиной, характеризующей Формующую зону, является угол конусности канала, который с одной стороны, не должен превышать 15°, чтобы расплав термопласта захватывался движущимися волокнами наполнителя, а с другой стороны - должен иметь минимальное значение, чтобы обеспечить плавное нарастание давления, так как это улучшает качество и равномерность пропитки по толщине сечения и способствует более полному удалению воздушных включений из формующей зоны. Однако слишком маленькая конусность (менее 5°) приводит к неоправданному увеличению длины этой зоны, а значит и габаритов всей фильеры, что, в свою очередь, увеличивает время нахождения расплава при высокой температуре, а значит, и степень термодеструкции, и увеличивает отжим связующего с наружной поверхности.The forming zone of the die has a channel taper angle of 12 °. The forming zone of the die has a tapering channel, changing from the shape and dimensions of the channel, the inlet zone to the shape and dimensions of the profile being produced. Under these conditions, the forming pressure is created mainly due to a decrease in the channel cross-section along the length of the zone, due to the speed of pulling the material through the die and due to the excess amount of material entering the die. An important value that characterizes the forming zone is the taper angle of the channel, which, on the one hand, should not exceed 15 ° so that the thermoplastic melt is captured by the moving filler fibers, and on the other hand, should have a minimum value to ensure a smooth increase in pressure, since this improves the quality and uniformity of impregnation over the section thickness and promotes more complete removal of air inclusions from the forming zone. However, too small a taper (less than 5 °) leads to an unjustified increase in the length of this zone, and hence the dimensions of the entire die, which, in turn, increases the residence time of the melt at a high temperature, and hence the degree of thermal destruction, and increases the extraction of the binder with outer surface.
Температура преполимера существенно влияет на весь ход процесса получения полимера, а также на свойства и качество готового композитного сердечника. Температура преполимера зависит от активатора, массы и конфигурации сердечника и должна находиться в пределах 120 - 140°С. При более низких температурах образуется полимер с неоднородной структурой, высоким содержанием низкомолекулярных соединений, а, следовательно, качество сердечника будет низким. При температурах выше 140°С реакция полимеризации протекает с большой скоростью, и вязкость преполимера быстро нарастает, в результате чего воздух и летучие компоненты не успевают полностью выйти и остаются внутри сердечника, а также не успевает произойти качественная пропитка армирующих волокон, что является причиной образования многочисленных мелких пор, усадочных раковин и трещин.The prepolymer temperature significantly affects the entire course of the polymer production process, as well as the properties and quality of the finished composite core. The temperature of the prepolymer depends on the activator, weight and configuration of the core and should be within 120 - 140 ° C. At lower temperatures, a polymer with an inhomogeneous structure is formed, with a high content of low molecular weight compounds, and, therefore, the quality of the core will be low. At temperatures above 140 ° C, the polymerization reaction proceeds at a high speed, and the viscosity of the prepolymer increases rapidly, as a result of which air and volatile components do not have time to completely escape and remain inside the core, and also does not have time to achieve high-quality impregnation of reinforcing fibers, which is the reason for the formation of numerous small pores, shrinkage cavities and cracks.
Температура фильеры зависит от массы сердечника. Нижняя граница температуры фильеры определяется начальной температурой преполимера и должна быть выше 150°С. При более низкой температуре на поверхности композитного сердечника образуется слой незаполимеризозавшегося мономера, а полимер будет иметь пониженные прочностные характеристики. Верхняя граница температуры фильеры устанавливается с таким расчетом, чтобы конечная максимальная температура структурообразования не превысила температуру плавления полимера и не была выше 180°С. При относительно пониженных температурах фильеры образуются значительные усадочные раковины и поры.The die temperature depends on the mass of the core. The lower limit of the temperature of the die is determined by the initial temperature of the prepolymer and must be above 150 ° C. At a lower temperature, a layer of non-polymerized monomer will form on the surface of the composite core, and the polymer will have reduced strength characteristics. The upper limit of the die temperature is set so that the final maximum temperature of structure formation does not exceed the melting point of the polymer and does not exceed 180 ° C. At relatively low die temperatures, significant shrinkage cavities and pores are formed.
Время выдержки при температуре полимеризации устанавливается, исходя из необходимости обеспечить полное протекание процессов затвердевания полимера и в зависимости от скорости полимеризации размеров и массы композитного сердечника.The holding time at the polymerization temperature is set based on the need to ensure the full course of polymer solidification processes and depending on the polymerization rate, the dimensions and weight of the composite core.
Характерной особенностью процесса анионной полимеризации ε-капролактама является то, что он протекает при температуре ниже температуры плавления полимера, благодаря чему процессы роста макромолекул и их упорядочение (кристаллизация) частично накладываются друг на друга. Скорость охлаждения оказывает большое влияние на формирование структуры, и при медленном охлаждении получаются полимеры с однородной структурой, хорошей поверхностью и высокими физико-механическими характеристиками.A characteristic feature of the process of anionic polymerization of ε-caprolactam is that it proceeds at a temperature below the melting point of the polymer, due to which the processes of macromolecule growth and their ordering (crystallization) are partially superimposed on each other. The cooling rate has a great influence on the formation of the structure, and upon slow cooling, polymers with a homogeneous structure, good surface, and high physical and mechanical characteristics are obtained.
Режим охлаждения оказывает влияние не только на однородность структуры, но также на внутренние напряжения, которые возрастают с увеличением скорости охлаждения. Поэтому скорость охлаждения должна регулироваться в зависимости от массы композитного сердечника. Медленное охлаждение композитного сердечника до 100°С, последующее охлаждение в термостате (камера постотверждения, на фигурах не показана) до 50°С и далее на воздухе представляется наиболее оптимальным режимом с точки зрения достижения наилучших характеристик композитного сердечника. После полимеризации матрицы композитный сердечник подвергают постобработке, включающей нагрев и формовку под специальную арматуру укрепления и соединения проводов.The cooling mode affects not only the homogeneity of the structure, but also the internal stresses, which increase with an increase in the cooling rate. Therefore, the cooling rate must be controlled depending on the weight of the composite core. Slow cooling of the composite core to 100 ° С, subsequent cooling in a thermostat (post-curing chamber, not shown in the figures) to 50 ° С and then in air seems to be the most optimal mode in terms of achieving the best characteristics of the composite core. After polymerization of the matrix, the composite core is subjected to post-processing, which includes heating and molding for special reinforcement for strengthening and connecting wires.
После чего на композитный сердечник навивают алюминиевые токопроводящие проволоки 3.After that, aluminum conductive wires 3 are wound on the composite core.
В таблице 2 раскрываются номинальные параметры и характеристики получаемых композитных сердечников.Table 2 discloses the ratings and characteristics of the resulting composite cores.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106711U RU199200U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | COMPOSITE POWER LINE CORE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020106711U RU199200U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | COMPOSITE POWER LINE CORE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU199200U1 true RU199200U1 (en) | 2020-08-21 |
Family
ID=72238208
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020106711U RU199200U1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | COMPOSITE POWER LINE CORE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU199200U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023233032A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Arkema France | Method for producing a shaped thermoplastic composite, a shaped thermoplastic composite and system for producing a shaped thermoplastic composite |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009130525A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Szaplonczay Pal | Process and equipment for producing composite core with thermoplastic matrix for recyclable and thermally stable electrical transmission line conductor |
RU2599614C1 (en) * | 2015-07-30 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") | Composite bearing element |
RU167986U1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-01-17 | Владимир Иванович Кучер | Composite support element for electric wire |
RU2632454C2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-10-04 | Хексел Композитс Лимитед | Improvement of composite materials |
-
2019
- 2019-06-10 RU RU2020106711U patent/RU199200U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009130525A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Szaplonczay Pal | Process and equipment for producing composite core with thermoplastic matrix for recyclable and thermally stable electrical transmission line conductor |
RU2632454C2 (en) * | 2012-06-14 | 2017-10-04 | Хексел Композитс Лимитед | Improvement of composite materials |
RU2599614C1 (en) * | 2015-07-30 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") | Composite bearing element |
RU167986U1 (en) * | 2016-07-19 | 2017-01-17 | Владимир Иванович Кучер | Composite support element for electric wire |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023233032A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Arkema France | Method for producing a shaped thermoplastic composite, a shaped thermoplastic composite and system for producing a shaped thermoplastic composite |
FR3136190A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-08 | Arkema France | Method for producing a shaped thermoplastic composite, shaped thermoplastic composite and system for producing a shaped thermoplastic composite. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7311925B2 (en) | Composite fibers and methods of producing fibers | |
JP7152017B2 (en) | Composite thread for reinforcement, prepreg, tape for 3D printing and equipment for preparing same | |
CA1336483C (en) | Process for preparing composites | |
CN109423703B (en) | Modification of continuous carbon fibers during precursor formation of composite materials with enhanced moldability | |
CA1238167A (en) | Process for preparing shaped objects of poly(arylene sulfide) and product thereof | |
CN104842569B (en) | Composite FRP bar, preparation process and preparation device | |
CN112248486A (en) | Basalt fiber reinforced thermoplastic polyethylene prepreg tape and preparation process thereof | |
RU199200U1 (en) | COMPOSITE POWER LINE CORE | |
CN102615840A (en) | Production equipment and using method for thermoplastic pultrusion product | |
CN113265120A (en) | Epoxy resin composition suitable for drawing agent process and epoxy resin drawing agent method | |
CN110757845B (en) | Equipment and method for preparing continuous fiber reinforced composite material | |
RU2708846C1 (en) | Production method of composite core of power transmission line | |
US5587034A (en) | Process for pultruding fiber reinforced furan composites | |
CN1631656A (en) | Fiber-reinforced pultrusion rod and preparation method and application thereof | |
CN215561503U (en) | System for preparing steel strand-FRP composite bar | |
WO2002098961A1 (en) | Polymer powder coated roving for making structural composite | |
JPH01229867A (en) | Apparatus and method for impregnating multifilament and multifiber structure having continuous length | |
CN114193798A (en) | Continuous preparation method and anchoring method of FRP pultrusion profile | |
RU2682627C1 (en) | Process line forming unit for making nonmetallic fittings, technological line and method of creating rod for manufacturing of composite fittings | |
CN115260753A (en) | Long carbon chain polyamide resin composition and continuous fiber reinforced long carbon chain polyamide composite material | |
US20210245455A1 (en) | Method of producing improved composite fibers | |
JPH0762246A (en) | Production of filament-reinforced thermoplastic resin composition and its apparatus | |
JPH04502889A (en) | Pull molding system using concentrated resin injection | |
KR102439566B1 (en) | Manufacturing method of carbon fiber-reinforced PA6 composite by LFT process and long-fiber reinforced PA6 composite manufactured thereby | |
KR102439573B1 (en) | Manufacturing method of carbon fiber-reinforced Acrylonitrile-Butadiene-Styrene composite by LFT process and long-fiber reinforced Acrylonitrile-Butadiene-Styrene composite manufactured thereby |