專利名稱：：用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯的制作方法
技術領域：
：本發明涉及架空輸電線路導線領域，具體的是涉及用于架空輸電線路導線的的芳綸纖維與碳纖維復合芯。
背景技術：
：隨著材料技術的不斷進步，20世紀末人們嘗試用有機復合材料代替金屬材料制作導線的芯材，開發出了新型復合材料合成芯導線。這種導線充分發揮了有機復合材料的特點，與目前各種架空導線相比，具有重量輕、強度高、熱穩定性好、馳度低、載流量大、耐腐蝕的特點，從節能、節地、節材、環保、提高輸電能力等方面看，具有很好的應用前景，特別適用于老線路的改造。20世紀90年代日本開發了復合材料合成芯導線，產品分為碳纖維芯鋁絞線(ACFR)和耐熱碳纖維芯耐熱鋁合金絞線(TACFR)兩種，前者在實際線路試驗了4年多。復合材料芯線主要由碳纖維和熱硬化性樹脂構成。用12000根直徑為7u的PAN系碳纖維涂上未硬化的熱硬化性樹脂絞在一起，在纏上有機纖維形成一根股線，然后用7根股線絞成合成絞線。再經過最后的熱處理使樹脂完全硬化，最后形成復合材料芯線。復合材料芯線質量是常規鋼芯的約1/5，線膨脹系數約為1/12。試驗證明，這種新型復合材料芯導線的抗拉強度遠遠超過了ACSR，在常溫下的應力——伸長特性呈現彈性體，沒有塑性變性，破斷時的伸長量比鋼絞線小，約為1.6%。耐熱性基本與ACSR相同。美國新型復合材料合成芯導線開發研究較為成功的是CTC公司，2003年該公司又推出了型號為ACCC的復合材料合成芯導線——碳纖維復合芯鋁絞線。它的芯線是由碳纖維為中心層和玻璃纖維包覆制成的單根芯棒，碳纖維采用聚酰胺耐火處理、碳化而成；高強度、高韌性配方的環氧樹脂具有很強的耐沖擊性、耐抗拉應力和彎曲應力。將碳纖維與玻璃纖維進行預拉伸后，在環氧樹脂浸漬，然后在高溫模子中固化成型為復合材料芯線。芯線外層與鄰外層為梯形截面鋁線股。導線已完成常規的型式試驗，具有良好的機械特性和電氣特性。ACCC碳纖維復合導線是目前全世界電力輸變電系統理想的取代傳統的鋼芯鋁鉸導線、鋁包鋼導線、鋁合金導線及進口殷剛導線的新產品，ACCC碳纖維復合導線與傳統導線相比具有重量輕、強度大、低線損、弛度小、耐高溫、耐腐蝕、與環境親和等優點，實現了電力傳輸的節能、環保與安全。國內現有的導線都是由導電性能好的金屬絲或金屬條形成。這種導線抗拉強度低且不柔軟，使用起來易折斷。同時由于金屬的特性，用金屬制成的導線隨環境溫度的變化熱脹冷縮嚴重，以至于在天冷的時候經常導線自身被拉斷。國內也有人開始研究碳纖維復合芯鋁絞線和碳纖維復合芯鋁絞線，但沒有具體的實用參數，沒有取得實質性的進展。國內有人試用玻璃纖維增強塑料與碳纖維復合芯制作加強芯(FRP)雖然具有輕質高強、耐腐蝕、抗靜電及防嚙咬等優點，但是生產速率滿，彎曲半徑較大
發明內容為了克服上述不足，本發明的主要目的旨在提供一種新型的、高強度的，并且能夠提供更高實用性的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯。本發明需要解決的基本問題是要選用合適的樹脂作為基體材料與芳綸纖維結合；與包裹在內芯的碳纖維共同形成導線內的加強骨架芯棒；采用新工藝將以上材料加以結合。本發明采用的技術方案為采用環氧樹脂材料可以獲得較好的與芳綸纖維的結合性；通過鍍格模具與包裹在內芯的碳纖維共同形成導線內的加強骨架芯棒，具體經嚴格溫控加熱，經連續拉橋工藝成型并經擠塑機涂覆護套科，可以較好解決熱固性工藝和熱塑性工藝的結合問題，從而獲得較優良的產品品質，達到預定技術解決目標。本發明所述的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，是采用熱固性工藝復合芳綸纖維和熱固性樹脂，其直徑為8mm25mm;碳纖維復合芯直徑為6mm20腿。本發明所述的芳綸纖維與環氧樹脂包裹碳纖維加強芯，是采用熱塑性工藝將PE涂覆在芳綸纖維和熱固性樹脂復合而成的內包裹碳纖維加強芯的桿體上。本發明所述的芳綸光纜加強芯的熱固化工藝中對模具加熱進行嚴格控制，熟化區域200士10。C和定型區域140士1(TC。本發明所采用的基體材料為環氧樹脂及乙烯基樹脂。芳綸與樹脂和碳纖復合芯是以芳綸纖維碳纖維為基體材料，熱固性樹脂為粘結材料的一種新型復合芯。其基本工藝原理和玻璃纖維光纜加強芯一致，在技術上具有較強的可操作性，但是芳綸纖維、碳纖維較玻璃纖維具有更好的力學性能和理化性能，可以在較大程度上克服玻璃纖維光纜加強芯彎曲半徑大、質量較重的缺點，而且具有更高的拉伸強度和抗斷裂特性，是玻璃纖維加強芯良好的替代產品。現有人新研制的內有碳纖維加強芯、外包裹玻璃纖維與環氧樹脂結合的導線內復合芯與內有碳纖維加強芯、外包裹芳綸纖維與環氧樹脂結合的復合芯比較情況看下表。玻璃纖維與和芳綸纖維與環氧樹脂結合的加強芯比較表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>2、具有較強的耐酸耐堿性2、彎曲半徑小(僅為玻璃纖維加強芯的一半)；3、具有較高拉伸強度3、質量更輕(密度為玻璃纖維加強芯的一半)；缺點4、抗斷裂(在折斷情況下仍可保持1100MPa1、彎曲半徑大；的拉伸強度)；2、生產速度慢；5、耐腐蝕、抗靜電、具有較強的耐酸耐堿性；6、生產速度快。圖1是本發明的立體示意簡圖；圖2時本發明橫截面示意簡圖；圖3是本發明生產流程示意簡具體實施例方式圖3是本發明的生產流程示意圖附圖中的標號說明芳綸纖維與環氧樹脂結合層1;碳纖維復合芯2;制作工藝碳纖維束絲集聚機架3;芳綸纖維多層紗架4;樹脂槽5;加熱模具6;熟化區域7;定型區域8;烘箱9;橋塑機10;預熱烘箱ll;牽引機12;收巻機13;在圖l、圖2、圖3所示的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯示意簡圖中，碳纖維束絲經集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架4上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，盡量避免碳纖維和芳綸纖維碰傷和纖維起毛現象的發生，為防止芳綸纖維紗絞在一起，應規則有序地穿引芳綸纖維紗。芳綸纖維在分紗輥上應上下多層均勻分布。將通過分紗輥的每一束芳綸紗穿過樹脂槽5模具，不應有斷頭來穿過的現象；碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。配制樹脂原料，應在攪拌機上充分攪拌，攪拌時間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原料須經80目網篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具6的熟化區域和定型區域7的溫度分別設定為200士1(TC和140士1(TC，并通電加熱模具。碳纖維圓形體與芳綸纖維紗經樹脂槽和加熱模具加熱，然后再經烘箱9定型，生產線最高車速為8m/min，生產過程中，為改善產品表面質量，允許車速在5m/min8m/min范圍內作適當調整。涂覆前操作人顯應檢査擠塑機10的潤滑、傳動、電器控制等情況。提前23小時，啟動擠出機的加溫系統，并按工藝要求調整好各加溫區的溫度。穿頭引線，并試車觀察螺桿的轉動，牽引轉速，放線張力，收排線轉動，加溫控制系統，預熱烘箱11，冷卻水流通等情況，確認無問題后方可開車生產。涂覆完成后，牽引機12牽引并經收巻機13收巻，檢驗后完成。配方比例碳纖維5055%;芳綸纖維10%15%;樹脂及輔助材料30%40%。權利要求1、用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于采用熱塑性工藝將PE涂覆在芳綸纖維和熱固性樹脂復合而成的內包裹碳纖維加強芯的桿體上，其直徑為8mm～25mm；碳纖維復合芯直徑為6mm～20mm；工藝熟化區域200±10℃和定型區域140±10℃；由碳纖維50％～55％、芳綸纖維10％～15％、樹脂及輔助材料30％～40％組成。2、根據權利要求1所述的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于碳纖維束絲經集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。3、根據權利要求1所述的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于配制樹脂原料，應在攪拌機上充分攪拌，攪拌時間不少于5分鐘。攪拌好的樹脂原料須經80目網篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具的熟化區域和定型區域的溫度分別設定為200士10。C和140士1(TC，并通電加熱模具。4、根據權利要求1所述的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于碳纖維圓形體與芳綸纖維紗經樹脂槽和加熱模具加熱，然后再經烘箱定型，生產線最高車速為8m/min，生產過程中，為改善產品表面質量，允許車速在5m/min8m/min范圍內作適當調整。提前23小時，啟動擠出機的加溫系統，并按工藝要求調整好各加溫區的溫度。5、根據權利要求1所述的用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于芳綸纖維在分紗輥上上下多層均勻分布。將通過分紗輥的每一束芳綸紗穿過樹脂槽模具。全文摘要用于架空輸電線路導線的芳綸纖維與碳纖維復合芯，其特征在于由碳纖維50％～55％、芳綸纖維10％～15％、樹脂及輔助材料30％～40％組成。碳纖維束絲經集聚機架將碳纖維束絲集聚呈圓形體向外拉出，芳綸纖維從多層紗架上包裹碳纖維圓形體上向外拉出，碳纖維圓形體在芳綸纖維紗的包裹下同步向外穿過模具拉出。攪拌好的樹脂原料須經80目網篩過濾后，方可倒入樹脂槽5中。把加熱模具的熟化區域和定型區域的溫度分別設定為200±10℃和140±10℃，并通電加熱模具。啟動擠出機的加溫系統，并按工藝要求調整好各加溫區的溫度。可以較好解決熱固性工藝和熱塑性工藝的結合問題，從而獲得較優良的產品品質，達到預定技術解決目標。文檔編號H01B1/24GK101494092SQ20091001038公開日2009年7月29日申請日期2009年2月18日優先權日2009年2月18日發明者程顯軍申請人:程顯軍