RU2629011C2 - Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method - Google Patents
Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629011C2 RU2629011C2 RU2015150278A RU2015150278A RU2629011C2 RU 2629011 C2 RU2629011 C2 RU 2629011C2 RU 2015150278 A RU2015150278 A RU 2015150278A RU 2015150278 A RU2015150278 A RU 2015150278A RU 2629011 C2 RU2629011 C2 RU 2629011C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- impregnation
- strands
- core
- impregnated
- Prior art date
Links
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
- H01B5/102—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core
- H01B5/105—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core composed of synthetic filaments, e.g. glass-fibres
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), используемых в электротехнике.The invention relates to the production of products from polymer composite materials (PCM) used in electrical engineering.
Известны способ изготовления одножильного сердечника электрического провода, включающий подачу на пропитку прядей непрерывного волокна, пропитку волокна термопластичным связующим с последующей термообработкой, и одножильный сердечник электрического провода, изготовленный этим способом (US 014102760 А1).A known method of manufacturing a single core core of an electric wire, comprising feeding continuous strands of fiber for impregnation, impregnation of the fiber with a thermoplastic binder, followed by heat treatment, and a single core core of electric wire made in this way (US 014102760 A1).
Недостатком известных технических решений являются низкие эксплуатационные характеристики получаемого сердечника.A disadvantage of the known technical solutions are the low operational characteristics of the resulting core.
Известны также способы изготовления одножильного сердечника электрического провода, включающие подачу на пропитку прядей непрерывного волокна, пропитку волокна эпоксидным связующим с последующей термообработкой, и одножильные сердечники электрического провода, изготовленные этими способами (RU 105515 U1, RU 2439728 C1, RU 2386183 C1, US 2004131851 А1).There are also known methods of manufacturing a single core core of an electric wire, including feeding continuous strands of fiber for impregnation, impregnation of the fiber with an epoxy binder, followed by heat treatment, and single core cores of electric wires made by these methods (RU 105515 U1, RU 2439728 C1, RU 2386183 C1, US 2004131851 A1 )
Недостатком указанных известных технических решений также являются низкие эксплуатационные характеристики получаемого сердечника.The disadvantage of these known technical solutions are also low performance characteristics of the resulting core.
Известны также способы изготовления одножильного сердечника электрического провода, включающие пропитку прядей трех видов непрерывного волокна связующим с последующей термообработкой, и одножильные сердечники электрического провода, изготовленные этими способами (RU 131531 U1, RU 132242 U1, RU 131230 U1). Изготовленные известными способами сердечники содержат внутренний, средний и внешний слой, различающиеся видом армирующего волокна. Способы изготовления указанных сердечников включают стадии пропитки волокна связующим и термообработки для последовательного формирования каждого слоя сердечника в отдельности.There are also known methods of manufacturing a single core core of an electric wire, including impregnating strands of three types of continuous fiber with a binder followed by heat treatment, and single core core of an electric wire made by these methods (RU 131531 U1, RU 132242 U1, RU 131230 U1). Cores made by known methods contain an inner, middle and outer layer, which differ in the type of reinforcing fiber. Methods of manufacturing said cores include the steps of impregnating the fiber with a binder and heat treatment to sequentially form each core layer individually.
Недостатком указанных известных способов является сложность их технологического оформления. Недостатками сердечников, изготовленных известными способами, являются их низкие эксплуатационные характеристики и сложность процесса их изготовления.The disadvantage of these known methods is the complexity of their technological design. The disadvantages of the cores made by known methods are their low performance and complexity of the process of their manufacture.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются известный способ изготовления одножильного сердечника электрического провода, включающий подачу на пропитку прядей непрерывного углеродного волокна через круглые отверстия, расположенные в центральной части, а прядей другого непрерывного волокна (стеклянного) - через круглые отверстия, расположенные в периферийной части распределительной пластины, содержащей указанные отверстия в количестве, соответствующем количеству прядей, пропитку эпоксидным связующим с последующей термообработкой, и одножильный сердечник электрического провода, изготовленный этим способом (ЕА 011625 В1 - прототип).The closest in technical essence and the achieved result are a known method of manufacturing a single core core of an electric wire, including feeding for impregnation of strands of continuous carbon fiber through round holes located in the central part, and strands of another continuous fiber (glass) through round holes located in the peripheral parts of the distribution plate containing these holes in an amount corresponding to the number of strands, epoxy impregnation them with subsequent heat treatment, and solid core electrical conductor manufactured by this method (EA 011625 B1 - prototype).
Недостатком известных технических решений является низкая прочность на разрыв целевого продукта способа - одножильного сердечника электрического провода.A disadvantage of the known technical solutions is the low tensile strength of the target product of the method is a single core core of an electric wire.
Технической задачей предлагаемой группы изобретений является изготовление одножильного сердечника электрического провода, лишенного указанного недостатка.The technical task of the proposed group of inventions is the manufacture of a single core core of an electric wire devoid of this drawback.
Технический результат каждого из изобретений предлагаемой группы состоит в повышении прочности на разрыв одножильного сердечника электрического провода.The technical result of each of the inventions of the proposed group is to increase the tensile strength of a single core core of an electric wire.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления одножильного сердечника электрического провода, включающем подачу на пропитку прядей непрерывного углеродного волокна через круглые отверстия, расположенные в центральной части, а прядей другого непрерывного волокна - через круглые отверстия, расположенные в периферийной части распределительной пластины, содержащей указанные отверстия в количестве, соответствующем количеству прядей, пропитку их эпоксидным связующим с последующей термообработкой, в качестве другого непрерывного волокна используют базальтовое волокно, причем применяют углеродное и базальтовое волокно, имеющее относительное удлинение 1-3%, пропитку проводят в камере, выполненной с внешней цилиндрической поверхностью и внутренней поверхностью в виде прямого кругового усеченного конуса с конусностью 0,01-0,10, основание которого выполнено в виде указанной распределительной пластины и в сечении которого, параллельном основанию, расположена пластина с центральным круглым отверстием для выхода пропитанного углеродного волокна в виде одного пучка и по крайней мере пятью одинаковыми круглыми отверстиями, равномерно расположенными по периферии пластины, для выхода пропитанного базальтового волокна в виде соответствующего количества одинаковых пучков, каждый из которых включает не менее двух прядей, при этом диаметр каждого из отверстий для выхода пропитанного волокна рассчитывают по формуле: Dвых=a⋅Dc⋅Кп./К, где: а=1,0045-1,0050, Dc - заданный диаметр готового сердечника, Кп - количество прядей пропитанного волокна в пучке, К - общее количество прядей углеродного и базальтового волокна, используют камеру пропитки, снабженную двумя соосными отверстиями для подачи эпоксидного связующего, расположенными на оси, перпендикулярной оси конуса, а последующую термообработку пропитанного волокна осуществляют в профилирующей фильере, разделенной на три температурные зоны, поддерживая в первой зоне 120-150°С, во второй зоне 160-190°С, в третьей зоне 140-160°С, и далее - в камере термообработки при 190-205°С.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a single core core of an electric wire, comprising supplying for impregnation of strands of continuous carbon fiber through round holes located in the Central part, and strands of another continuous fiber through round holes located in the peripheral part of the distribution plate containing these holes in an amount corresponding to the number of strands, impregnating them with an epoxy binder, followed by heat treatment, as of another continuous fiber, basalt fiber is used, carbon and basalt fiber having a relative elongation of 1-3% are used, the impregnation is carried out in a chamber made with an external cylindrical surface and an inner surface in the form of a straight circular truncated cone with a taper of 0.01-0, 10, the base of which is made in the form of the specified distribution plate and in the cross section of which, parallel to the base, there is a plate with a central round hole for the exit of the impregnated carbon fiber in the form of one bundle and at least five identical round holes evenly spaced around the periphery of the plate for the exit of the impregnated basalt fiber in the form of a corresponding number of identical bundles, each of which includes at least two strands, the diameter of each of the openings for the exit of the impregnated fiber is calculated by the formula: D O = a⋅D c ⋅K ./K n where: a = 1,0045-1,0050, D c - a predetermined diameter of the finished core, K n - number of strands of impregnated fibers in the bundle, K - total number of strands of carbon and ba alto fiber, use the impregnation chamber, equipped with two coaxial holes for feeding the epoxy binder, located on an axis perpendicular to the axis of the cone, and the subsequent heat treatment of the impregnated fiber is carried out in a profiling die, divided into three temperature zones, maintaining in the first zone 120-150 ° C. in the second zone 160-190 ° C, in the third zone 140-160 ° C, and then in the heat treatment chamber at 190-205 ° C.
Указанный технический результат достигается тем, что одножильный сердечник электрического провода, выполненный из композита на основе эпоксидного связующего и одноосно ориентированного непрерывного армирующего волокна содержащим внутренний элемент, армированный углеродным волокном, и охватывающую его внешнюю оболочку, армированную другим волокном, изготовлен вышеуказанным способом и включает 60-80% армирующего волокна от массы композита.The specified technical result is achieved in that a single core core of an electric wire made of a composite based on an epoxy binder and uniaxially oriented continuous reinforcing fiber containing an inner element reinforced with carbon fiber and covering its outer shell reinforced with another fiber is made in the above way and includes 60- 80% of the reinforcing fiber by weight of the composite.
В качестве исходного волокна может быть использовано углеродное и базальтовое волокно с различной линейной плотностью (предпочтительно от 54 до 9600 Текс) и различным диаметром элементарных волокон (предпочтительно от 6 до 24 мкм) при условии, что относительное удлинение этих волокон находится в узком интервале значений, составляющем 1-3%, что обеспечивает их совместную работу в композите под нагрузкой. Указанный технический результат достигается при любом массовом соотношении количеств углеродного и базальтового волокна, предпочтительно составляющем от 5:95 до 95:5 соответственно.As the initial fiber, carbon and basalt fiber with different linear densities (preferably from 54 to 9600 Tex) and different diameters of elementary fibers (preferably from 6 to 24 μm) can be used, provided that the elongation of these fibers is in a narrow range of values, 1-3%, which ensures their joint work in the composite under load. The specified technical result is achieved with any mass ratio of the amounts of carbon and basalt fiber, preferably from 5:95 to 95: 5, respectively.
Осуществление предлагаемого способа состоит в следующем.The implementation of the proposed method is as follows.
Паковки волокна устанавливают на шпулярник пултрузионной установки. Пряди углеродного и базальтового волокна через соответствующие отверстия распределительной пластины последовательно пропускают в камеру пропитки, выполняющую роль блока пропитки и отжима, и далее в холодильник, профилирующую обогреваемую фильеру, камеру термообработки и закрепляют в траках тянущего устройства. Предпочтительно, в связи с использованием базальтового волокна, являющегося абразивным материалом, всю нитепроводящую гарнитуру изготавливают из материалов с низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, таких как керамика. Перед включением тянущего устройства включают обогрев профилирующей фильеры и камеры термообработки для достижения необходимых температурных показателей. После этого включают тянущее устройство и выставляют заданную скорость протяжки. Пряди волокна, сходящие со шпулярника, через соответствующее количество отверстий распределительной пластины попадают непосредственно в камеру пропитки, поскольку распределительная пластина выполнена в виде основания конуса внутренней поверхности камеры. Пряди волокна подают через соответствующие отверстия распределительной пластины так, что в камере пропитки углеродное волокно оказывается равномерно окруженным базальтовым волокном. Количество отверстий в распределительной пластине выбирается в зависимости от заданного содержания волокна в получаемом ПКМ. Так, для изготовления сердечника с расчетной площадью сечения от 3,8 до 51,9 мм2 требуется, соответственно, от 8 до 64 отверстий. Диаметр отверстий, а также линейные размеры камеры выбирают в зависимости от вида и линейной плотности волокна и заданного его содержания в получаемом ПКМ. Связующее из дозатора подают в камеру пропитки через два соосных отверстия перпендикулярно направлению движения волокна. Выход пропитанного волокна осуществляется через отверстия пластины, размещенной в сечении, параллельном основанию конуса. Количество отверстий в указанной пластине меньше количества отверстий в распределительной пластине, установленной на входе в камеру пропитки, поскольку пропитанное волокно выходит из камеры пропитки не в виде отдельных прядей, а в виде пучков. При этом в центральное круглое отверстие выходит все пропитанное углеродное волокно в виде одного пучка, а в несколько (по крайней, мере пять) одинаковых круглых отверстий, равномерно расположенных по периферии пластины, выходит пропитанное базальтовое волокно в виде соответствующего количества одинаковых пучков, каждый из которых включает не менее двух прядей. Диаметр каждого из отверстий для выхода пропитанного волокна, рассчитанный по вышеуказанной формуле, обеспечивает отжим излишка связующего. На основе рассчитанного таким образом диаметра отверстий для выхода пропитанного волокна, с учетом их необходимого количества и того, что значение конусности внутренней поверхности камеры должно быть выбрано из интервала от 0,01 до 0,10, определяется длина камеры и диаметр распределительной пластины, достаточный для равномерного размещения необходимого количества отверстий для входа волокна в камеру пропитки. Под конусностью, в соответствии с ГОСТ «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные конусности и углы конусов», понимается величина С, рассчитанная по следующей формуле: С=(D-d)/L, где: D - диаметр основания конуса, d - диаметр сечения, параллельного основанию, L - расстояние между основанием конуса и указанным сечением. Отверстия для входа и выхода волокна могут размещаться на пластинах с расстоянием, обусловленным технологическими возможностями используемого для их выполнения инструмента, т.к., как показали эксперименты, при условии выполнения внутренней поверхности камеры с вышеуказанными параметрами полная однородность продукта пропитки по составу достигается при любом указанном размещении отверстий. Пропитанные пучки волокна из камеры пропитки через холодильник проходят в профилирующую фильеру, где происходит формирование композитного сердечника. Холодильник может быть выполнен в виде фланца с водяным охлаждением. Задача холодильника - изолировать теплопередачу от профилирующей фильеры, работающей при высокой температуре (от 120 до 190°С), к камере пропитки, температура в которой значительно ниже (не выше 35°С), что позволяет поддерживать в камере пропитки заданный температурный режим. Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъемной стальной конструкции, состоящей из двух параллелепипедов с отфрезерованной и обработанной цилиндрической канавкой по длине каждой части, которые при смыкании образуют цилиндрическую поверхность, соответствующую диаметру целевого продукта. Профилирующие фильеры обжаты по всей длине обогреваемыми тэнами, разделенными на 3 зоны контроля температур. Разделение профилирующей фильеры на зоны с заданной температурой (в первой зоне 120-150°С, во второй 160-190°С, в третьей 140-160°С) обеспечивает следующее: в первой зоне происходит разогрев связующего, во второй зоне - процесс гелеобразования и отверждения связующего, в третьей - релаксация (снятие внутренних напряжений). На выходе из профилирующей фильеры сформированный профиль поступает в камеру термообработки. Камера термообработки может представлять собой многосекционную туннельную печь. В камере термообработки устанавливается температура в диапазоне 190-205°С, достаточная для окончательного отверждения полимерной матрицы и термообработки профиля, необходимой для достижения оптимальных прочностных и эксплуатационных характеристик целевого продукта. Превышение данных температур может привести к деструкции полимерной матрицы профиля. Профилирующая фильера и камера термообработки снабжены пультом управления, обеспечивающим поддержание заданной температуры. На выходе из камеры термообработки композитные сердечники проходят через тянущее устройство, предпочтительно тракового типа, и сматываются. Все составные части используемой в предлагаемом способе установки, за исключением камеры пропитки, являются промышленно выпускаемыми изделиями, предназначенными для пултрузионных установок.The fiber packages are mounted on the creel of the pultrusion unit. Strands of carbon and basalt fiber through the corresponding openings of the distribution plate are sequentially passed into the impregnation chamber, which serves as the impregnation and extraction unit, and then into the refrigerator, profiling the heated die, the heat treatment chamber and fixed in the tracks of the pulling device. Preferably, in connection with the use of basalt fiber, which is an abrasive material, the entire thread-conducting set is made of materials with a low coefficient of friction and high wear resistance, such as ceramics. Before turning on the pulling device, the heating of the profiling die and the heat treatment chamber are turned on to achieve the necessary temperature indicators. After that, the pulling device is turned on and the predetermined pulling speed is set. Strands of fiber coming off the creel, through the corresponding number of openings of the distribution plate, enter directly into the impregnation chamber, since the distribution plate is made in the form of a base cone of the inner surface of the chamber. The strands of fiber are fed through the corresponding openings of the distribution plate so that in the impregnation chamber the carbon fiber is evenly surrounded by basalt fiber. The number of holes in the distribution plate is selected depending on the specified fiber content in the resulting PCM. So, for the manufacture of a core with an estimated cross-sectional area of 3.8 to 51.9 mm 2 , respectively, from 8 to 64 holes are required. The diameter of the holes, as well as the linear dimensions of the chamber, are selected depending on the type and linear density of the fiber and its predetermined content in the resulting PCM. The binder from the dispenser is fed into the impregnation chamber through two coaxial holes perpendicular to the direction of fiber movement. The impregnated fiber is exited through the openings of a plate placed in a section parallel to the base of the cone. The number of holes in the specified plate is less than the number of holes in the distribution plate installed at the entrance to the impregnation chamber, since the impregnated fiber leaves the impregnation chamber not in the form of separate strands, but in the form of bundles. In this case, the entire impregnated carbon fiber enters the central round hole in the form of one bundle, and the impregnated basalt fiber enters the several round (at least five) identical round holes uniformly spaced around the periphery of the plate in the form of a corresponding number of identical beams, each of which includes at least two strands. The diameter of each of the openings for the exit of the impregnated fiber, calculated according to the above formula, ensures the extraction of excess binder. Based on the diameter of the impregnated fiber outlet openings thus calculated, taking into account their required number and the taper value of the inner surface of the chamber to be selected from the interval from 0.01 to 0.10, the length of the chamber and the diameter of the distribution plate sufficient for uniform distribution of the required number of holes for the fiber to enter the impregnation chamber. Under tapering, in accordance with GOST “Basic Interchangeability Standards. Normal cones and angles of cones, "we mean the value of C, calculated by the following formula: C = (Dd) / L, where: D is the diameter of the base of the cone, d is the diameter of the section parallel to the base, L is the distance between the base of the cone and the specified section. The holes for fiber inlet and outlet can be placed on the plates with a distance due to the technological capabilities of the tool used to make them, because, as experiments have shown, provided that the inner surface of the chamber with the above parameters is fulfilled, complete uniformity of the impregnation product in composition is achieved for any specified placement of holes. The impregnated fiber bundles from the impregnation chamber through the refrigerator pass into the profiling die, where the composite core is formed. The refrigerator can be made in the form of a flange with water cooling. The task of the refrigerator is to isolate the heat transfer from the profiling die operating at high temperature (from 120 to 190 ° C) to the impregnation chamber, the temperature of which is much lower (not higher than 35 ° C), which allows maintaining the specified temperature regime in the impregnation chamber. The profiling die can be made, for example, in the form of a detachable steel structure consisting of two parallelepipeds with a milled and machined cylindrical groove along the length of each part, which, when closed, form a cylindrical surface corresponding to the diameter of the target product. The profiling dies are crimped along the entire length with heated heating elements, divided into 3 temperature control zones. The separation of the profiling die into zones with a given temperature (in the first zone 120-150 ° C, in the second 160-190 ° C, in the third 140-160 ° C) provides the following: in the first zone the binder is heated, in the second zone - the gelation process and curing the binder, in the third - relaxation (relieving internal stresses). At the exit from the profiling die, the formed profile enters the heat treatment chamber. The heat treatment chamber may be a multi-sectional tunnel kiln. In the heat treatment chamber, a temperature is set in the range 190-205 ° C, sufficient for the final curing of the polymer matrix and heat treatment of the profile, necessary to achieve optimal strength and operational characteristics of the target product. Exceeding these temperatures can lead to the destruction of the polymer profile matrix. The profiling die and the heat treatment chamber are equipped with a control panel that maintains the set temperature. At the exit from the heat treatment chamber, the composite cores pass through a pulling device, preferably of a track type, and are wound. All components used in the proposed installation method, with the exception of the impregnation chamber, are industrially manufactured products intended for pultruded installations.
В предлагаемом способе используют пултрузионную установку, включающую закрытую камеру пропитки, выполняющую функцию блока пропитки и отжима, что упрощает конструктивное оформление процесса, исключает выброс вредных веществ, а также способствует снижению теплопотерь. Снижению теплопотерь способствует также выполнение внешней поверхности камеры пропитки цилиндрической. Отсутствие в установке, используемой в предлагаемом способе, направляющих и прижимных приспособлений (прижимных рам, роликов и пр.) в составе камеры пропитки, выполнение внутренней поверхности камеры пропитки в виде прямого кругового усеченного конуса, а отверстий для входа и выхода волокна круглыми упрощает конструктивное оформление процесса и повышает сохранность целостности волокна, т.к. исключает возникновение контактов волокна с углами на внутренней поверхности камеры пропитки (в связи с отсутствием таких углов), т.е. возникновение в нем микротрещин.In the proposed method, a pultrusive installation is used, including a closed impregnation chamber that performs the function of an impregnation and extraction unit, which simplifies the design process, eliminates the emission of harmful substances, and also helps to reduce heat loss. The reduction of heat loss is also facilitated by the implementation of the outer surface of the cylindrical impregnation chamber. The absence in the installation used in the proposed method, guides and clamping devices (clamping frames, rollers, etc.) in the composition of the impregnation chamber, the execution of the inner surface of the impregnation chamber in the form of a direct circular truncated cone, and round holes for the entrance and exit of fiber round simplifies the design process and increases the integrity of the fiber, because eliminates the occurrence of fiber contacts with corners on the inner surface of the impregnation chamber (due to the absence of such angles), i.e. the occurrence of microcracks in it.
Как показали проведенные эксперименты, способ по предлагаемому изобретению обеспечивает по сравнению со способом-прототипом повышение прочности на разрыв целевого продукта. Изготовленный предлагаемым способом одножильный сердечник электрического провода, содержащий в своем составе 60 мас. % армирующего волокна, имеет значение прочности на разрыв 1510 МПа по сравнению со значением прочности на разрыв сердечника, полученного способом-прототипом при прочих равных условиях, 1390 МПа. При изготовлении одножильных сердечников по предлагаемому способу и способу-прототипу в конкретных примерах осуществления способов было использовано эпоксидное связующее, включающее эпоксидную смолу, отвердитель изофорондиамин, ускоритель циклоалифатический амин (аминное число 500-540 мг КОН/г). Камера пропитки для изготовления сердечника предлагаемым способом была выполнена снабженной двумя соосными отверстиями для подачи связующего, расположенными на оси, перпендикулярной оси конуса, и имеющей внутреннюю поверхность в виде прямого кругового усеченного конуса с конусностью 0.05, отверстия для выхода пропитанного волокна были выполнены имеющими диаметр, рассчитанный по вышеприведенной формуле при а=0,0045. Исходные углеродное и базальтовое волокна имели относительное удлинение 2%. В профилирующей фильере температурный режим был разделен на следующие зоны: в первой зоне средняя температура 135°С, во второй 175°С, в третьей 150°С, а в камере термообработки 200°С.As shown by the experiments, the method according to the invention provides, in comparison with the prototype method, an increase in the tensile strength of the target product. Made by the proposed method, a single core core of electric wire containing 60 wt. % reinforcing fiber, has a tensile strength of 1510 MPa compared with the value of tensile strength of the core obtained by the prototype method, ceteris paribus, 1390 MPa. In the manufacture of single core cores according to the proposed method and the prototype method, in specific examples of the methods, an epoxy binder was used, including an epoxy resin, an isophorondiamine hardener, a cycloaliphatic amine accelerator (amine number 500-540 mg KOH / g). The impregnation chamber for manufacturing the core of the proposed method was made equipped with two coaxial holes for supplying a binder located on an axis perpendicular to the axis of the cone and having an inner surface in the form of a straight circular truncated cone with a taper of 0.05, the holes for the exit of the impregnated fiber were made having a diameter calculated according to the above formula at a = 0.0045. The initial carbon and basalt fibers had a relative elongation of 2%. In the profiling die, the temperature regime was divided into the following zones: in the first zone, the average temperature was 135 ° C, in the second 175 ° C, in the third 150 ° C, and in the heat treatment chamber 200 ° C.
Дальнейшее повышение прочности сердечника в условиях предлагаемого способа может быть достигнуто увеличением количества армирующего волокна в композите (до 80 мас. %) и оптимальным подбором соотношений связующее: волокно и количеств углеродного и базальтового волокна. Предпочтительно диаметр внутреннего элемента сердечника, армированного углеродным волокном, равен толщине слоя охватывающей его оболочки, армированной базальтовым волокном, что достигается соответствующим подбором соотношений количеств исходных волокон. Рассчитанные по вышеприведенной формуле диаметр отверстия для выхода пучка пропитанных углеродных волокон и диаметры отверстий для выхода пучков пропитанных базальтовых волокон, при условии, что количество таких отверстий не менее 5, а количество прядей базальтовых волокон в пучке не менее 2-х, позволяют обеспечить оптимальное содержание связующего во внутреннем элементе сердечника 30-40 мас. % (60-70 мас. % армирующего углеродного волокна) и 20-25 мас. % связующего во внешней охватывающей оболочке (75-80% армирующего базальтового волокна). В результате проведенных экспериментов при оптимальных условиях осуществления способа было получено максимальное значение прочности на разрыв предлагаемого сердечника 2250 МПа по сравнению с максимальным значением прочности на разрыв, равным 2040 МПа, для сердечника, имеющего одножильную конструкцию, полученного при прочих равных условиях способом-прототипом. Кроме того, так же, как и в способе-прототипе, дальнейшее повышение прочности предлагаемого сердечника и его других эксплуатационных характеристик достигается дополнительным последующим формированием различных защитных слоев на поверхности сердечника, например, как описано в ЕА 011625 B1, RU 2439728 C1, RU 2386183 С1.A further increase in core strength under the conditions of the proposed method can be achieved by increasing the amount of reinforcing fiber in the composite (up to 80 wt.%) And the optimal selection of the binder: fiber ratios and the quantities of carbon and basalt fiber. Preferably, the diameter of the inner element of the core reinforced with carbon fiber is equal to the thickness of the layer of the enveloping shell reinforced with basalt fiber, which is achieved by appropriate selection of the ratios of the quantities of the original fibers. The diameter of the holes for the exit of the bundle of impregnated carbon fibers and the diameters of the holes for the exit of the bundles of impregnated basalt fibers, calculated according to the above formula, provided that the number of such holes is not less than 5 and the number of strands of basalt fibers in the bundle is not less than 2, allows to ensure the optimal content a binder in the inner element of the core 30-40 wt. % (60-70 wt.% Reinforcing carbon fiber) and 20-25 wt. % binder in the outer covering sheath (75-80% reinforcing basalt fiber). As a result of the experiments under optimal conditions for the implementation of the method, the maximum tensile strength of the proposed core of 2250 MPa was obtained compared with the maximum tensile strength of 2040 MPa for a core having a single core design, obtained ceteris paribus with the prototype method. In addition, as in the prototype method, a further increase in the strength of the proposed core and its other operational characteristics is achieved by the additional subsequent formation of various protective layers on the core surface, for example, as described in EA 011625 B1, RU 2439728 C1, RU 2386183 C1 .
Испытания, проведенные при использовании в качестве исходного сырья другого эпоксидного связующего, а также других базальтовых и углеродных волокон, имеющих относительное удлинение в интервале 1-3%, показали те же результаты: прочность продукта предлагаемого способа, содержащего 60-80% армирующего волокна от массы композита, на 9-11% превышает прочность продукта способа-прототипа.Tests carried out using another epoxy binder as well as other basalt and carbon fibers having a relative elongation in the range of 1-3%, showed the same results: the strength of the product of the proposed method containing 60-80% reinforcing fiber by weight composite, 9-11% higher than the strength of the product of the prototype method.
Указанный технический результат обусловлен следующим.The specified technical result is due to the following.
Величина конусности определяет форму внутренней поверхности камеры пропитки и является фактором, определяющим кинетику и физико-химические характеристики процесса пропитки волокна связующим. Проведенными экспериментами было подтверждено следующее: даже при минимально допустимой, согласно предлагаемому изобретению, конусности внутренней поверхности камеры пропитки, при выполнении отверстий для выхода пучков пропитанного волокна с диаметрами, рассчитанными по вышеприведенной формуле, и любом диаметре пластины на входе в камеру пропитки, достаточном для размещения отверстий в количестве, соответствующем количеству прядей углеродного и базальтового волокон, обеспечивается равномерная однородная пропитка волокна связующим при условии, что распределительная пластина с отверстиями для входа волокна является конструктивной частью камеры пропитки и располагается непосредственно на входе в нее волокна. Последнее обеспечивает, в отличие от прототипа, подачу в камеру пропитки волокна, пряди которого не прижаты друг к другу, а, напротив, отделены друг от друга. Как показали эксперименты, при указанных параметрах камеры пропитки подача связующего через два отверстия, расположенные на оси, перпендикулярной оси конуса, исключает появление застойных зон внутри камеры. Превышение значения конусности свыше допустимого согласно предлагаемому изобретению приводит к недостаточной пропитке прядей волокна в связи с отсутствием необходимого давления, что снижает однородность по составу продукта пропитки и, как следствие, прочность целевого продукта. Снижение конусности ниже 0,01 приводит к появлению застойных зон внутри камеры при размещении отверстий для подачи связующего согласно предлагаемому изобретению, что также снижает равномерность пропитки, однородность продукта пропитки по составу и, как следствие, прочность целевого продукта. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки имеющими диаметры, рассчитанные по вышеприведенной формуле, позволяет повысить однородность продукта пропитки и, следовательно, прочность целевого продукта, а также избавиться от излишка связующего без включения в состав пултрузионной установки дополнительных приспособлений для отжима. При прохождении пучка волокон сквозь отверстие для выхода волокна из камеры пропитки на пучок пропитанного волокна оказывается давление, завершающее процесс пропитки в массе, обеспечивающее однородность пропитки пучка по составу, в том числе за счет удаления связующего из середины пучка пропитанных волокон и, как следствие, повышение прочности целевого продукта. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки с диаметром, большим чем рассчитанный по вышеприведенной формуле, не создает необходимого давления, что не позволяет не только полностью отжать излишек связующего, но и дополнительно обеспечить однородность продукта пропитки. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки с диаметром, меньшим чем рассчитанный по вышеприведенной формуле, затрудняет выход пучков пропитанного волокна и нарушает его целостность. Разделение профилирующей фильеры на три зоны с заданной температурой (в первой зоне 120-150°С, во второй 160-190°С, в третьей 140-160°С) и поддержание в камере термообработки температуры в диапазоне 190-205°С обеспечивает постепенное отверждение связующего и снятие внутренних напряжений, не допуская деструкции полимерной матрицы профиля.The value of the taper determines the shape of the inner surface of the impregnation chamber and is a factor determining the kinetics and physicochemical characteristics of the binder impregnation of the fiber. The experiments confirmed the following: even with the smallest taper, according to the invention, of the inner surface of the impregnation chamber, when making holes for the exit of the impregnated fiber bundles with diameters calculated according to the above formula, and any plate diameter at the entrance to the impregnation chamber, sufficient to accommodate holes in the amount corresponding to the number of strands of carbon and basalt fibers, provides uniform homogeneous impregnation of the fiber binder m, provided that the distribution plate with openings for the entrance of the fiber is the structural part of the impregnation chamber and is located directly at the entrance of loose fibers. The latter provides, in contrast to the prototype, the filing in the impregnation chamber of the fiber, the strands of which are not pressed against each other, but, on the contrary, are separated from each other. As experiments showed, with the indicated parameters of the impregnation chamber, the supply of a binder through two holes located on an axis perpendicular to the axis of the cone eliminates the appearance of stagnant zones inside the chamber. Exceeding the taper value above the permissible according to the invention leads to insufficient impregnation of the strands of fiber due to the lack of the necessary pressure, which reduces the uniformity in the composition of the impregnation product and, as a result, the strength of the target product. The decrease in taper below 0.01 leads to the appearance of stagnant zones inside the chamber when placing holes for supplying a binder according to the invention, which also reduces the uniformity of the impregnation, the uniformity of the impregnation product in composition and, as a result, the strength of the target product. The holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber having diameters calculated according to the above formula, allows to increase the homogeneity of the impregnation product and, consequently, the strength of the target product, as well as to get rid of excess binder without including additional squeezing devices in the pultruded installation. When the fiber bundle passes through the fiber exit hole from the impregnation chamber, the pressure is applied to the impregnated fiber bundle, completing the impregnation process in the mass, ensuring uniformity of the impregnation of the bundle in composition, including by removing the binder from the middle of the bundle of impregnated fibers and, as a result, increasing the strength of the target product. The holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber with a diameter larger than that calculated by the above formula does not create the necessary pressure, which not only does not completely squeeze out the excess binder, but also ensures uniformity of the impregnation product. Making holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber with a diameter smaller than that calculated by the above formula makes it difficult to exit the bundles of impregnated fiber and violates its integrity. The separation of the profiling die into three zones with a given temperature (in the first zone 120-150 ° C, in the second 160-190 ° C, in the third 140-160 ° C) and maintaining the temperature in the heat treatment chamber in the range 190-205 ° C provides a gradual curing the binder and relieving internal stresses, avoiding the destruction of the polymer profile matrix.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150278A RU2629011C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150278A RU2629011C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015150278A RU2015150278A (en) | 2017-05-31 |
| RU2629011C2 true RU2629011C2 (en) | 2017-08-24 |
Family
ID=59031452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015150278A RU2629011C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629011C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011625B1 (en) * | 2003-10-22 | 2009-04-28 | СиТиСи КЕЙБЛ КОРПОРЕЙШН | Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture |
| RU2386183C1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-04-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Composite bearing core for external current-conducting strands of overhead high-voltage power transmission line wires and method of its production |
| RU2439728C1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Manufacturing method of composites cores for high-temperature aluminium conductors for overhead transmission lines |
| RU131531U1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-08-20 | Закрытое Акционерное Общество Холдинговая Компания "Композит" | POLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE |
-
2015
- 2015-11-25 RU RU2015150278A patent/RU2629011C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011625B1 (en) * | 2003-10-22 | 2009-04-28 | СиТиСи КЕЙБЛ КОРПОРЕЙШН | Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture |
| RU2386183C1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-04-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Composite bearing core for external current-conducting strands of overhead high-voltage power transmission line wires and method of its production |
| RU2439728C1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Manufacturing method of composites cores for high-temperature aluminium conductors for overhead transmission lines |
| RU131531U1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-08-20 | Закрытое Акционерное Общество Холдинговая Компания "Композит" | POLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015150278A (en) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2594016C2 (en) | Electric cable and method of making same | |
| CA2832823C (en) | Composite core for electrical transmission cables | |
| KR102403167B1 (en) | Injection box for pultrusion system for producing fiber-reinforced plastic profiles, in particular plastic rods | |
| US10851493B2 (en) | Running wire rope and method of manufacturing same | |
| DE2735538C2 (en) | ||
| KR20110046449A (en) | Drawing method for the production of fiber reinforced composites | |
| FI58410C (en) | FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV EN DRAGFOERSTAERKT ELEKTRISK KABEL | |
| US20150017416A1 (en) | Composite Tapes and Rods Having Embedded Sensing Elements | |
| RU2417889C1 (en) | Composite reinforcement production line | |
| WO2013032416A2 (en) | Method of producing a composite reinforcing bar and device for implementing same | |
| CN112454935A (en) | Pultrusion die for producing hybrid fiber reinforced polymer rod and preparation process | |
| RU2629011C2 (en) | Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method | |
| CN104036877B (en) | A kind of aerial condutor fiber composite rope core moulding process and manufacturing equipment | |
| RU2630897C2 (en) | Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique | |
| RU167566U1 (en) | CONTINUOUS FIBER BINDER CAMERA | |
| RU2613380C1 (en) | Method for production of rods from polymeric composite materials | |
| DE2433099A1 (en) | ELECTRIC CABLE WITH TENSIVE ELEMENTS MADE OF HIGH STRENGTH PLASTIC FEDES | |
| CN214354334U (en) | Pultrusion die for producing hybrid fiber reinforced polymer rods | |
| RU2651168C2 (en) | Method for manufacturing tubular anchors | |
| CN104900320B (en) | A kind of wisdom energy super flexible strand type carbon fiber complex core and preparation method thereof | |
| RU2651166C2 (en) | Pultrusion plant for manufacturing tubular anchors | |
| RU2612291C1 (en) | Pultrusion plant for manufacturing rods from polymer composite materials | |
| CN114214856B (en) | Method for manufacturing composite steel strand | |
| CN112037974B (en) | Composite material reinforced insulated wire and manufacturing method thereof | |
| KR20110021192A (en) | Manufacturing method for the low-sag increased-capacity overhead power transmission cable, and its low-sag increased-capacity overhead power transmission cable |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181126 |