一種架空導線用纖維復合繩芯成型工藝與制造設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種架空導線用纖維復合繩芯成型工藝與制造設備。纖維復合繩芯成型工藝是由預熱/刻蝕、浸漬、單股預成型、絕緣層包覆、加捻、深度固化、牽引及卷繞步驟組成。纖維復合繩芯制造設備，依次由纖維紗架、纖維預熱/刻蝕裝置、樹脂浸漬槽、單股預成型模具、絕緣層包覆模具、成型裝置、固化裝置、牽引裝置及卷繞裝置組成。由于本發明采用了以上技術方案，生產的纖維復合繩芯具有軸向和徑向比強度大、不宜開裂、安全性高、線膨脹系數小等優點，而且本發明方法簡單，設備結構設置合理，纖維復合繩芯能夠一次性成型，減少了生產時堵模現象的發生，提高了生產效率，降低了生產成本。
【專利說明】一種架空導線用纖維復合繩芯成型工藝與制造設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種架空導線用纖維復合繩芯成型工藝與制造設備，應用于電線電纜領域。
【背景技術】
[0002]混雜玻璃纖維/碳纖維復合芯電纜是被用來取代鋼芯鋁絞線電纜的一種替代產品，這種復合芯電纜具有比強度大，線膨脹系數小，載流量大等優點，但是在生產卷繞及安裝放線時會對復合芯表面造成損傷，而復合芯對表面損傷敏感，損傷后易發生災難性斷裂，后果嚴重。為了減少災難情況的發生，必須提高導線增強芯的安全性，這樣就需要充分利用復合材料的可設計性，將單根粗混雜纖維復合芯設計為由多根細小的纖維芯棒加捻而成，即復合繩芯，這種纖維復合繩芯能夠分散受力作用，使得安全性能更高，但目前這種復合繩芯成型工藝與制造設備還很少。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種架空導線用纖維復合繩芯成型工藝與制造設備，纖維復合繩芯成型工藝由預熱/刻蝕、浸潰、單股預成型、絕緣層包覆、加捻成型、深度固化、牽引及卷繞過程組成，該成型工藝方法簡單，設備結構設置合理，復合繩芯能夠一次性成型，提高了生產效率，降低了生產成本。
[0004]本發明纖維復合繩芯的成型工藝，包括如下步驟:
[0005]a.將碳纖維從可繞軸旋轉的紗架集束孔內牽出，進入預熱/刻蝕裝置中預
[0006]熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕；
[0007]b.將經過上述步驟a中預熱并刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具中進行碳纖維芯預成型，預成型的溫度設置為90-120°C，然后進入可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具，在包覆模具處用玻璃或者聚酯纖維對外層6根碳纖維芯進行包覆，包覆時兩卷或多卷玻璃或聚酯纖維沿著設定的軌道運動，其中浸潰槽內的樹脂體系由環氧樹脂、固化劑、促進劑和脫模劑組成，各組分的含量為，以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為105-125份，促進劑0.5-2份，脫模劑0.5-3份，通過樹脂體系/纖維復合制備得到外層6根芯股和內層I根碳纖維芯股，再通過加捻工藝制得纖維復合繩芯；
[0008]c.將在上述步驟b中得到的纖維復合繩芯引入固化裝置中進行固化，通過牽引裝置牽引，最后用卷繞裝置進行收集。
[0009]本發明纖維復合繩芯成型工藝對應的制造設備，包括依次連接的纖維紗架、纖維預熱/刻蝕裝置、樹脂浸潰槽、單股預成型模具、絕緣層包覆模具、成型裝置、固化裝置、牽引裝置及卷繞裝置，固化裝置由依次連接的第一固化裝置、第二固化裝置和第三固化裝置組成，將碳纖維從紗架集束孔內牽出，然后使牽出的碳纖維進入纖維預熱/刻蝕裝置中進行預熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕，將經過預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽內浸潰，然后使碳纖維分股進入單股預成型模具中進行碳纖維芯預成型，然后在絕緣層包覆模具處對外層6根芯進行包覆，制備得到外層芯股，再將6根外層芯股和I根內層碳纖維芯股進行加捻成型，制得纖維復合繩芯，再將纖維復合繩芯依次引入第一、第二和第三固化裝置中進行固化，用牽引裝置牽引，最后用卷繞裝置進行收集。
[0010]作為本發明上述技術方案的優選技術方案，纖維紗架可繞軸旋轉，纖維紗架上碳纖維出口處設有集束孔，使碳纖維從纖維紗架的集束孔中牽出；纖維預熱/刻蝕裝置使用紫外烘箱，烘箱溫度設置范圍為100-300°c。
[0011]作為本發明上述技術方案的優選技術方案，樹脂浸潰槽的碳纖維進口和碳纖維出口處設有可旋轉的帶開孔的轉盤，孔直徑為l-2mm，轉盤的旋轉角速度和方向與纖維紗架的旋轉角速度和方向相同。
[0012]作為本發明上述技術方案的優選技術方案，單股預成型模具的長度為10-15cm，中心孔徑為2-3_，外層孔徑比中心孔徑小0.1-0.5_，旋轉角速度和方向與纖維紗架的相同；玻璃或聚酯纖維放置于絕緣層包覆模具軌道處，纏繞時沿著固定軌道運動，運動方向相反，對外層6根纖維芯進行絕緣層包覆，外層6個孔(5-3)孔徑相同，均為1.5-2.8mm,內層碳纖維復合芯不需要進行包覆；對于成型裝置，采用聚四氟乙烯制作，其長度為5-lOcm，孔徑為6_9mm。
[0013]作為本發明上述技術方案的優選技術方案，第一、第二和第三固化裝置的長度皆為40-70cm，各固化裝置所設置的固化溫度皆為150-200°C ;卷繞裝置的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50-100倍。
[0014]本發明與現有技術相比較，纖維芯棒軸向強度更大，安全性能更高；生產工藝更加簡單，效率高。-
[0015]說明書附圖
[0016]圖1為本發明纖維復合繩芯橫截面示意圖。
[0017]圖2為本發明單根外層芯股筆直狀態結構示意圖
[0018]圖3為本發明纖維復合繩芯的成型工藝流程示意圖。
[0019]圖4為本發明樹脂浸潰槽的纖維入口截面示意圖。
[0020]圖5為本發明樹脂浸潰槽的纖維出口截面示意圖。
[0021]圖6為本發明單股預成型模具示意圖。
[0022]圖7為本發明絕緣層包覆模具示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面參照附圖和實施例對本發明作進一步的補充說明。
[0024]實施例一:
[0025]在本實施例中，參見圖1、2，一種架空導線用纖維復合繩芯由內層芯股和外層芯股通過加捻成型，其中內層芯股為I根碳纖維復合芯股13，外層芯股包括6根相同的混雜纖維復合芯股14，混雜纖維復合芯股14由內部纖維芯12及外部絕緣層11構成，纖維復合繩芯使用的樹脂體系由環氧樹脂、固化劑、促進劑、脫模劑組成，各組分的含量為:以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為120份，促進劑I份，脫模劑2份。內部纖維芯12和碳纖維復合芯股13使用的增強纖維材料皆為T300PAN基碳纖維，環氧樹脂為AG-80，固化劑為甲基六氫苯酐，促進劑為2-乙基-4-甲基咪唑，內脫模劑為INT-1890M ;外部絕緣層11使用的纖維為玻璃纖維，其厚度為0.1mm ;構成外層芯股的混雜纖維復合芯股14的單股直徑為2mm,內層碳纖維復合芯股13直徑為2mm,纖維復合芯股中的纖維體積含量為60% ;混雜纖維復合芯股14進行加捻時的捻角為10°。
[0026]在本實施例中，參見圖3?圖7，制造本實施例纖維復合繩芯的制造設備，包括依次連接的纖維紗架1、纖維預熱/刻蝕裝置2、樹脂浸潰槽3、單股預成型模具4、絕緣層包覆模具5、成型裝置6、固化裝置、牽引裝置10及卷繞裝置11，固化裝置包括依次連接的第一固化裝置7、第二固化裝置8和第三固化裝置9。將碳纖維從纖維紗架I集束孔內牽出，然后進入纖維預熱/刻蝕裝置2中進行預熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕，將經過預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽3內浸潰，然后使碳纖維分股進入單股預成型模具4中進行碳纖維芯預成型，再在絕緣層包覆模具5處對外層6根碳纖維芯進行絕緣層包覆，制備得到芯股，再通過加捻工藝，制得纖維復合繩芯，再將纖維復合繩芯依次引入第一固化裝置7、第二固化裝置8和第三固化裝置9中進行固化，通過牽引裝置10牽引，最后用卷繞裝置11進行收集。
[0027]在本實施例中，參見圖3?圖7，利用本實施例纖維復合繩芯制造設備的成型工藝，包括如下步驟:
[0028]a.將碳纖維從可繞軸旋轉的紗架集束孔內牽出，進入預熱/刻蝕裝置中進行預熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕；
[0029]b.將經過上述步驟a中預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽3內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具4中進行碳纖維芯預成型，碳纖維芯預成型的溫度設置為100°C，然后在可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具5處用玻璃纖維對外層6根碳纖維芯進行包覆，包覆時兩卷玻璃纖維沿著設定的軌道運動。通過樹脂體系/纖維復合制備得到6根外層芯股和I根內層碳纖維芯股，再由內層芯股和外層芯股通過加捻制得纖維復合繩芯；
[0030]c.將在上述步驟b中得到的纖維復合繩芯依次引入第一固化裝置7、第二固化裝置8和第三固化裝置9中進行固化，通過牽引裝置10牽引，最后用卷繞裝置11進行收集。
[0031]在本實施例中，參見圖3?圖7，纖維預熱/刻蝕裝置2采用紫外烘箱，烘箱溫度設置為160°C ;樹脂浸潰槽3碳纖維進出口處圓形轉盤均采用聚四氟乙烯制作，孔直徑為
1.6mm ;單股預成型模具4長度為15cm，內層孔徑為2mm，外層孔徑為1.8mm ;絕緣層包覆模具5的內層孔徑為2mm,外層6個孔徑均為1.8mm,玻璃纖維卷5_1和5_2沿著設定的軌道(圖7虛線所示)運動；成型裝置6采用聚四氟乙烯制作，長度為5cm，孔徑為6mm。第一固化裝置7、第二固化裝置8和第三固化裝置9長度均為50cm，設置溫度依次為170°C、160°C、150°C ;卷繞裝置11的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50倍。
[0032]實施例二:
[0033]本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于:
[0034]在本實施例中，樹脂體系各組分的含量為:以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為110份，促進劑I份，脫模劑2份。內部纖維芯12和碳纖維復合芯股13使用的纖維皆為T300PAN基碳纖維，環氧樹脂為AG-80，固化劑為甲基納迪克酸酐，促進劑為2-乙基-4-甲基咪唑，內脫模劑為甲基硅油；外部絕緣層11使用的纖維為聚酯纖維，其厚度為0.15mm ;混雜纖維復合芯股14的單股直徑為2_，內層碳纖維復合芯股13直徑為2_，纖維復合芯股中的纖維體積含量為65% ;混雜纖維復合芯股14進行加捻時的捻角為8°。
[0035]在本實施例中，纖維復合繩芯的成型工藝，包括如下步驟:
[0036]a.本步驟與實施例一相同；
[0037]b.將經過上述步驟a中預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽3內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具4中進行碳纖維芯預成型，碳纖維芯預成型的溫度設置為110°C，然后在可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具5處用玻璃纖維對外層6根復合芯進行包覆，包覆時兩卷玻璃纖維沿著設定的軌道運動。通過樹脂體系/纖維復合制備得到6根外層芯股和I根內層芯股，再由內層芯股和外層芯股通過加捻制得纖維復合繩芯；
[0038]c.本步驟與實施例一相同。
[0039]在本實施例中，繩芯制造裝置的纖維預熱/刻蝕裝置2采用紫外烘箱，烘箱溫度設置為180°C;樹脂浸潰槽3纖維進出口處圓形轉盤采用聚四氟乙烯制作，孔直徑為2mm;單股預成型模具4長度為20cm，中心內層孔徑為2mm，外層孔徑為1.7mm ;絕緣層包覆模具5的內層孔徑為2mm，外層6個孔徑均為1.7mm，玻璃纖維卷5_1和5_2沿著設定的軌道(圖7虛線所示)運動；成型裝置6采用聚四氟乙烯制作，長度為7cm，孔徑為6_。第一固化裝置
7、第二固化裝置8和第三固化裝置9長度均為60cm，設置溫度依次為160°C、150°C、140°C;卷繞裝置11的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50倍。
[0040]實施例三:
[0041]本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
[0042]在本實施例中，樹脂體系各組分的含量為:以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為118份，促進劑1.5份，脫模劑3份。內部纖維芯12和碳纖維復合芯股13使用的增強纖維材料皆為T700PAN基碳纖維，環氧樹脂為AG-80，固化劑為甲基六氫苯酐，促進劑為三苯基膦，內脫模劑為INT-1890M ;外部絕緣層11使用的纖維為玻璃纖維，其厚度為
0.3mm ;混雜纖維復合芯股14的單股直徑為3_，內層碳纖維復合芯股13直徑為3mm，纖維復合芯股中的纖維體積含量為65% ;混雜纖維復合芯股14進行加捻時的捻角為9°。
[0043]在本實施例中，纖維復合繩芯的成型工藝，包括如下步驟:
[0044]a.本步驟與實施例一相同；
[0045]b.將經過上述步驟a中預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽3內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具4中進行碳纖維芯預成型，碳纖維芯預成型的溫度設置為120°C，然后在可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具5處用聚酯纖維對外層6根復合芯進行包覆，包覆時兩卷聚酯纖維沿著設定的軌道運動。通過樹脂體系/纖維復合制備得到6根外層芯股和I根內層芯股，再由內層芯股和外層芯股通過加捻制得纖維復合繩芯；
[0046]c.本步驟與實施例一相同。
[0047]在本實施例中，繩芯制造裝置的纖維預熱/刻蝕裝置2采用紫外烘箱，烘箱溫度設置為190°C;樹脂浸潰槽3纖維進出口處圓形轉盤均采用聚四氟乙烯制作，孔直徑為2mm;單股預成型模具4長度為18cm，中心內層孔徑為3mm，外層孔徑均為2.4mm ;絕緣層包覆模具5的內層孔徑為3mm，外層6個孔徑均為2.4mm,玻璃纖維卷5_1和5_2沿著設定的軌道(圖7虛線所示)運動；成型裝置6采用聚四氟乙烯制作，長度為8cm，孔徑為9mm。第一固化裝置
7、第二固化裝置8和第三固化裝置9長度均為50cm，設置溫度依次為180°C、160°C、140°C;卷繞裝置11的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50倍。
[0048]實施例四:
[0049]本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于:
[0050]在本實施例中，樹脂體系各組分的含量為:以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為120份，促進劑I份，脫模劑2份。內部纖維芯12和碳纖維復合芯股13使用的增強纖維材料皆為T700PAN基碳纖維，環氧樹脂為AG-80，固化劑為甲基納迪克酸酐，促進劑為三苯基膦，內脫模劑為硅油；外部絕緣層11使用的纖維為聚酯纖維，其厚度為0.3mm ；混雜纖維復合芯股14的單股直徑為3_，內層碳纖維復合芯股13直徑為3_，纖維復合芯股中的纖維體積含量為68% ;混雜纖維復合芯股14進行加捻時的捻角為7°。
[0051]在本實施例中，纖維復合繩芯的成型工藝，包括如下步驟:
[0052]a.本步驟與實施例一相同；
[0053]b.將經過上述步驟a中預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽3內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞軸旋轉的單股預成型模具4中進行碳纖維芯預成型，碳纖維芯預成型的溫度設置為110°C，然后在可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具5處用聚酯纖維對外層6根復合芯進行包覆，包覆時兩卷聚酯纖維沿著設定的軌道運動。通過樹脂體系/纖維復合制備得到6根外層芯股和I根內層芯股，再由內層芯股和外層芯股通過加捻制得纖維復合繩芯；
[0054]c.本步驟與實施例一相同。
[0055]在本實施例中，繩芯制造裝置的纖維預熱/刻蝕裝置2采用紫外烘箱，烘箱溫度設置為200°C;樹脂浸潰槽3纖維進出口處圓形轉盤均采用聚四氟乙烯制作，孔徑為2_ ;單股預成型模具4長度為18cm，內層孔徑為3mm，外層孔徑均為2.5mm ;絕緣層包覆模具5的內層孔徑為3_，外層6個孔徑均為2.5mm,聚酯纖維卷5_1和5_2沿著設定的軌道(圖7虛線所示)運動；成型裝置6采用聚四氟乙烯制作，長度為8cm，孔徑為9mm。第一固化裝置7、第二固化裝置8和第三固化裝置9長度均為60cm，設置溫度依次為170°C、160°C、140°C ;卷繞裝置11的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50倍。
[0056]上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不受上述實施例的限制，可以在權利要求的范圍內改動，如果在本發明技術方案的啟發下做的改變、替代、組合、簡化，而并非實質性的改變，只要符合本發明的發明目的，不背離本發明的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種架空導線用纖維復合繩芯的成型工藝，其特征在于，包括如下步驟: a.將碳纖維從可繞軸旋轉的紗架集束孔內牽出，進入預熱/刻蝕裝置中進行預熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕； b.將經過步驟a中預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽內浸潰，然后使碳纖維分股進入可繞中心軸旋轉的單股預成型模具中進行碳纖維芯預成型，預成型的溫度設置為90-120°C，然后進入可繞軸旋轉的絕緣層包覆模具，在絕緣層包覆模具處用玻璃或者聚酯纖維對外層預成型碳纖維芯進行包覆，內層碳纖維芯不用包覆絕緣層，包覆時兩卷或多卷玻璃或聚酯纖維沿著設定的軌道運動，其中浸潰槽內的樹脂體系由環氧樹脂、固化劑、促進劑和脫模劑組成，各組分的含量為，以其中的環氧樹脂質量分數為100份，則固化劑為105-125份，促進劑0.5-2份，脫模劑0.5-3份，通過樹脂體系/纖維復合制備得到6根外層芯股和I根內層芯股，再通過加捻工藝，初步制得纖維復合繩芯； c.將在步驟b中初步得到的纖維復合繩芯引入固化裝置中進行固化，通過牽引裝置牽弓丨，最后用卷繞裝置進行收集。
2.一種實施權利要求1所述纖維復合繩芯成型工藝的制造設備，其特征在于:包括依次連接的纖維紗架(1)、纖維預熱/刻蝕裝置(2)、樹脂浸潰槽(3)、單股預成型模具(4)、絕緣層包覆模具(5)、成型裝置(6)、固化裝置、牽引裝置(10)及卷繞裝置(11)，所述固化裝置由依次連接的第一固化裝置(7)、第二固化裝置(8)和第三固化裝置(9)組成固化系統，將碳纖維從纖維紗架(1)的集束孔內牽出，然后進入纖維預熱/刻蝕裝置(2)中進行預熱，同時對碳纖維表面進行刻蝕，將經過預熱/刻蝕過的碳纖維送入樹脂浸潰槽(3)內浸潰，然后使碳纖維分股進入 單股預成型模具(4)中進行碳纖維芯預成型，在絕緣層包覆模具(5)處進行包覆，制備得到芯股，再將6根外層芯股和I根內層芯股進行加捻成型，制得纖維復合繩芯，后將纖維復合繩芯依次引入第一固化裝置(7)、第二固化裝置(8)和第三固化裝置(9)中進行固化，用牽引裝置牽引(10)，最后用卷繞裝置(11)進行收集。
3.根據權利要求2所述繩芯制造設備，其特征在于:所述纖維紗架(1)可繞軸旋轉，所述纖維紗架(1)設有集束孔，纖維從集束孔中牽出；所述纖維預熱/刻蝕裝置(2)使用紫外烘箱，所述烘箱溫度設置范圍為100-300°C。
4.根據權利要求2所述繩芯制造設備，其特征在于:所述樹脂浸潰槽(3)的碳纖維進口和碳纖維出口處設有可旋轉的帶開孔的轉盤，孔直徑為l_2mm，轉盤的旋轉角速度和方向與所述纖維紗架(1)的旋轉角速度和方向相同。
5.根據權利要求2所述繩芯制造設備，其特征在于:所述單股預成型模具(4)的長度為10-15cm，其中心模具孔徑為2-3mm，外層模具孔徑比中心模具孔徑小0.1-0.5mm，其旋轉角速度和方向與纖維紗架的相同；玻璃或聚酯纖維放置于所述絕緣層包覆模具(5)的軌道處，纏繞時沿著固定軌道運動，運動方向相反，對碳纖維芯進行絕緣層包覆，絕緣層包覆模具外層6個孔(5-3)孔徑相同，均為1.5-2.8mm,中心內層孔孔徑為2_3mm ;對于成型裝置，采用聚四氟乙烯制作，其長度為5-10cm,孔徑為6-9mm。
6.根據權利要求2所述繩芯制造設備，其特征在于:所述第一固化裝置(7)、所述第二固化裝置(8)和所述第三固化裝置(9)的長度皆為40-70cm，各固化裝置所設置的固化溫度皆為150-200°C ;所述卷繞裝置(11)的卷盤直徑為纖維復合繩芯直徑的50-100倍。
【文檔編號】H01B13/00GK104036877SQ201410269626
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】李愛軍, 周正偉, 白瑞成, 孫晉良, 戚景贊 申請人:上海大學, 李愛軍