專利名稱：一種新型復合材料輸電塔構件制備方法
技術領域：
本發明屬于電力工業領域，特別是涉及一種新型復合材料輸電塔構件制備方法。
背景技術：
目前，輸電鐵塔主要采用鍍鋅鋼結構，鍍鋅鋼結構輸電塔在沿海地區和工業污染區腐蝕嚴重，使用壽命大大縮短，另外熱鍍鋅方法本身存在能耗高和污染嚴重等缺點。從使用性能、能源和環保角度考慮，復合材料完全可以代替鍍鋅鐵塔，復合材料輸電塔需要解決的問題包括1)剛度，復合材料彈性模量比鋼材低得多，在彎曲荷載作用下變形較大，過大變形將影響輸電線的電氣安全距離；2)節點連接，塔架結構的節點連接是復合材料應用的關鍵問題；幻穩定性，一般輸電塔架運行環境比較惡劣，尤其在高熱與高寒地區，要求樹脂材料具有高的冷、熱穩定性；4)老化，復合桿塔的樹脂基體受紫外線影響容易老化，這是制約復合桿塔應用的重要因素；5)制造技術，當前的復合材料構件主要靠拉擠成型技術和纏繞技術實現，研究具備抗老化功能樹脂配方和多樣化的成型技術是推廣應用復合材料桿塔的關鍵；6)環保問題，復合材料的生產和報廢處理面臨一定程度的環境污染問題。采用拉擠或纏繞成型工藝生產的電桿，材料性能得到提高，成本也已大幅降低。隨著樹脂和纖維材料性能的改進和制造技術的完善，復合材料桿塔可以替代傳統的鍍鋅鋼結構桿塔用于鹽漬土地區、沿海地區、山區、高寒高濕和人為破壞嚴重地區等。復合材料輸電塔重新受到世界各國輸電行業的重視，在歐美已經得到應用，其中研究開發和應用最為成熟的是美國，如1%4年在夏威夷島上安裝的復合材料電桿至今仍在服役中，經受了高度鹽霧腐蝕和經常經受颶風損傷。目前，采用的樹脂體系有環氧樹脂、聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂等，申請號為 201020679506. 7和201020679498. 6的中國專利提供了聚氨酯復合型材生產方法，申請號為200910M9925.9的中國專利提供了一種生產大直徑玻璃鋼圓筒的模具及方法，這些專利均采用雙組分樹脂室溫固化體系，其不足之處是1)完全固化時間長，生產效率低和很難實現連續生產；2)生產過程中存在溶劑污染，廢舊產品無法回收利用。申請號為 200510042803. 4的中國專利提供了用玻璃纖維浸漬樹脂基纏繞式復合絕緣子芯棒及制備方法。聚氨酯樹脂比不飽和聚酯樹脂加工的復合材料具有更大的強度、耐沖擊力和較大比強度等優勢，申請號為2007200M505，的中國專利提供了一種免維護鋼塑復合通訊塔生產方法，在塔桿型鋼的外表面和/或內表面熱浸塑復合有改性聚乙烯塑料層，只是用聚乙烯涂層代替熱鍍鋅層防腐而已，不是真正的復合材料桿塔。
發明內容
本發明的目的是針對現有復合材料輸電塔構件生產技術的不足，提供一種工藝簡單、操作方便和生產效率高的新型復合材料輸電塔構件制備方法。本發明是通過以下方式實施的—種新型復合材料輸電塔構件制備方法，經過混料、加熱熔融、成型和冷卻等工序得到環氧樹脂基復合材料輸電塔構件；復合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成，樹脂組合物由環氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質量百分比為環氧樹脂 70 85 %，固化劑2 5 %，增塑劑7 20%，抗紫外線劑0. 5 1. 5 % ；樹脂組合物與玻璃纖維的質量百分比為總玻璃纖維60 80%，樹脂組合物為20 40%;環氧樹脂為E8、 E10、E12和E14型號中的至少一種，固化劑為20%葵二酸二酰胼和80%雙氰胺的混合物， 增塑劑為聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇縮丁醛熱塑性樹脂中的至少一種；玻璃纖維包括長纖維和短纖維，短纖維用于增加硬度，長纖維用于增加強度，用硅烷偶聯劑對纖維進行表面活化處理。模具內腔采用氟樹脂復合涂層進行防粘處理，提高生產效率；模具分為預熱、成型和冷卻三段，預拉應力下廠玻璃纖維擠壓成型和經過冷卻后得到復合材料構件。其制備方法包括如下步驟1)玻璃纖維表面改性，用硅烷偶聯劑對玻璃纖維進行浸漬表面改性處理，改善纖維與樹脂的相容性，提高玻璃纖維與樹脂之間的結合強度；2)樹脂組合物制備，按比例稱取環氧樹脂、固化齊U、增塑劑和抗紫外線劑，粉碎和攪拌得到均勻粉末混合物；3)樹脂與短玻璃纖維混合物制備，按比例稱取樹脂組合物和表面改性的短玻璃纖維，加熱和螺桿擠出共混得到樹脂與短玻璃纖維混合物；4)復合材料拉壓成型，將表面改性長玻璃纖維置于模具并施加預應力，將樹脂與短玻璃纖維混合物二次熔融引入模具，通過調整溫度調整粘度，在拉壓力下進行成型。另外，對于高彈性模量塔桿，其制備方法是將表面改性玻璃纖維密布構成圓柱形或方管形型材骨架，采用拉擠方法與樹脂組合物熔體復合，經過冷卻得到圓柱形或方管形復合材料塔桿本發明的優點在于1)輕質高強，采用玻璃纖維提高復合材料塔桿的剛度；2)耐腐蝕、耐老化、壽命長、尺寸穩定性好、絕緣性能好、減震性能好、色彩豐富、抗疲勞性等；3)綠色環保，不使用有機溶劑，生產過程中無污染，邊角料和報廢構件可以通過加熱重熔回收再利用；
具體實施例方式下面給出本發明的三個最佳實施例實施例1復合材料塔方形構件制備，方形分為長方形和正方形，采用田字結構增加方形管的剛度，采用圓弧結構減小尖角應力集中，管壁厚度為3 10mm。其制備方法包括1)玻璃纖維表面改性，用硅烷偶聯劑對玻璃纖維進行浸漬表面改性處理，改善纖維與樹脂的相容性，提高玻璃纖維與樹脂之間的結合強度；2)樹脂組合物制備，樹脂組合物的質量百分比為ElO 35%,E8 45%、固化劑2%、 增塑劑17%和抗紫外線劑1. 0%，定量稱取各種組分，粉碎和攪拌得到均勻粉末混合物；3)樹脂與短玻璃纖維混合物制備，樹脂組合物與短玻璃纖維的質量百分比為為 40%和60%，按比例稱取兩種組分，加熱和螺桿擠出共混得到樹脂與短玻璃纖維混合物；
4)復合材料拉壓成型，樹脂與總玻璃纖維的質量百分比為30%和70%，將表面改性長玻璃纖維置于模具并施加預應力，將樹脂與短玻璃纖維混合物二次熔融引入模具，通過調整溫度調整粘度，在拉壓力下進行成型。實施例2復合材料塔圓形構件制備，采用田字結構增加方管的剛度，管壁厚度為3 10mm。樹脂組合物的質量百分比為ElO 35%,E12 46%、固化劑3. 5%、增塑劑15%和抗紫外線劑0. 5%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質量百分比為為45%和55%，樹脂與總玻璃纖維的質量百分比為25%和75%。其它同實施例1。實施例3復合材料塔角形構件制備，厚度為3 10mm，采用變厚結構增加角形件的剛度。樹脂組合物的質量百分比為E12 30%,E14 50%、固化劑4. 5%、增塑劑14%和抗紫外線劑1. 5%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質量百分比為為50%和50%，樹脂與總玻璃纖維的質量百分比為22%和78%。其它同實施例1。實施例4復合材料桿塔制備，桿塔分為圓形管和方形管，管壁厚度為10 30mm。1)樹脂組合物的質量百分比為ElO 20%, E12 25%, E14 ；35%、固化劑5. 0%、增塑劑14%和抗紫外線劑1. 0%，樹脂組合物與短玻璃纖維的質量百分比為為70%和30%， 樹脂與總玻璃纖維的質量百分比為20%和80%。2)將表面改性長玻璃纖維密布構成圓柱形或方管形型材骨架；3)采用擠方法與樹脂組合物熔體復合，經過冷卻得到圓柱形或方管形復合材料塔桿。其它同實施例1。
權利要求
1.一種新型復合材料輸電塔構件制備方法，包括混料、加熱熔融、成型和冷卻工序；其特征是復合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成；樹脂組合物由環氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質量百分比為環氧樹脂70 85%、固化劑2 5%、增塑劑7 20%、抗紫外線劑0. 5 1. 5% ；樹脂組合物與玻璃纖維的質量百分比為玻璃纖維 60 80 %，樹脂組合物為20 40 %。
2.根據權利要求1所述的一種新型復合材料輸電塔構件制備方法，其特征是環氧樹脂為E8、E10、E12和E14型號中的至少一種；固化劑為20%葵二酸二酰胼和80%雙氰胺的混合物；增塑劑為聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇縮丁醛熱塑性樹脂中的至少一種；玻璃纖維包括長纖維和短纖維，短纖維用于增加硬度，長纖維用于增加強度，用硅烷偶聯劑對纖維進行表面活化處理。
全文摘要
本發明屬于電力工業領域，是一種新型復合材料輸電塔構件制備方法。本發明經過混料、加熱熔融、成型和冷卻等工序得到環氧樹脂基復合材料輸電塔構件；復合材料由樹脂組合物和玻璃纖維組成，樹脂組合物由環氧樹脂、固化劑、增塑劑和抗紫外線老化劑組成，各組分的質量百分比為環氧樹脂70～85％，固化劑2～5％，增塑劑7～20％，抗紫外線劑0.5～1.5％。本發明制備的復合材料輸電塔構件質量輕、性能優異和綠色環保，完全可以替代鍍鋅鋼件。本發明生產工藝簡單、操作方便和生產效率高，可以實現連續化自動生產。
文檔編號C08L63/02GK102516715SQ201110403840
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者孫軍, 管從勝, 金麗勇 申請人:山東大學, 山東海能鐵塔制造有限公司