[发明专利]非金属复合材料芯线及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非金属复合材料芯线及其制造方法，具体地说是一种输配电线路架空导线用非金属复合材料芯线及制造技术。

背景技术

随着国民经济的高速发展，对电力的需求量与日俱增，对输变电导线的性能要求也随之提高，新型电力传输导线陆续地得到了安装。此外，为了增加载流量，也开始对部分电力线路进行线路替换-更换成载流量更高的传输导线。常用的输送导线是普通的钢芯铝绞线，铝线起导电作用，而钢芯起承载负荷作用，导线的性能受其构成材料性能的影响，限制导线载流能力的提升。尽管载流量可通过增加钢芯周围所缠绕的铝线面积来提高，但铝面积的增加会导致导线重量的增加，就需要加固或更换现有的支撑杆塔。除此之外，钢芯在一定的气候及运行条件下容易出现较大的弧垂，在污染潮湿环境中易出现腐蚀。

为了解决这些难题，需设计一种具有高载流、高强度、低线损、重量轻、线膨胀系数小、表面光滑、风阻系数小、耐腐蚀的架空导线，已有了也有一些解决方案。例如中国专利申请：200710110870.4；02135239.9中都有相应的描述。前述各解决方案的详细情况在此作为一整体，以供参考。在这些解决方案中，也可适用于替换钢芯加强件的复合材料芯棒，该芯棒的内层是由一种碳纤维和固化环氧树脂制成，外层是由一种玻璃纤维和固化环氧树脂制成。这些纤维也有许多不足之处。尽管该复合材料可防腐蚀，并可减小弧垂，但该纤维结构及其制造方法会导致芯线不均衡，韧性差，因而在特殊应用中会出现强度不够。

发明内容

本发明的目的在于开发一种非金属复合材料芯线及其制造方法，利用这种方法可以生产出具有线膨胀系数小、重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、韧性较好等特点的非金属复合材料芯线。

按照本发明提供的技术方案，所述非金属复合材料芯线包括内部芯件、中间涂层构件及外部涂层构件；其特征是：内部芯件包含若干玻璃纤维束；中间涂层构件包含若干碳纤维束，所述中间涂层构件包覆在所述内部芯件外；外部涂层构件包含若干无硼E级玻璃纤维束，所述外部涂层构件包覆在所述中间涂层构件外；在外部涂层构件的外面有保护层。

内部芯件由连续的玻璃纤维束与内部基体材料拉拔成圆形结构；连续的玻璃纤维束沿轴向圆周平行排列、均匀分布。中间涂层构件由连续的碳纤维束与中间基体材料拉拔成型；中间涂层构件为中空的圆形结构，碳纤维束沿轴向平行排列，均匀分布。外部涂层构件由无硼E级玻璃纤维束与外部基体材料拉拔成型；外部涂层构件为中空的圆形结构。所述纤维束与基体材料的体积比为78∶19～25。

保护层能够抗紫外线，保护层利用喷射式、拉拔式、沉积式或涂抹式覆盖在外部涂层构件的外面。所述非金属复合材料芯线的抗拉强度在2000～3500MPa。在保护层的外面缠绕导电材料形成传输导线。

制造非金属复合材料芯线的方法，其特征是：先利用连续的玻璃纤维束与内部基体材料在拉拔机上拉拔成圆形结构的内部芯件；再预热内部芯件至半固化状态，预热温度100～125℃，如果采用连续生产方式，内部芯件也可不预热，靠拉拔的温度和内部芯件与中间涂层构件间的距离来实现；再利用连续的碳纤维束与中间基体材料拉拔形成中间涂层构件；在中间涂层构件处于半固化状态时包覆外部涂层构件，所述外部涂层构件由无硼E级玻璃纤维束与外部基体材料在拉拔机上拉拔成型；中间涂层构件与外部涂层构件的尺寸与最终芯线一致时再在外部涂层构件上涂抹保护层。所述半固化状态是指中间涂层构件(或内部芯件)在拉拔过程中处于半固化状态，不需要另外加热，这种半固化状态是靠拉拔中间涂层构件(或内部芯件)的温度和中间涂层构件(或内部芯件)与外部涂层构件(或中间涂层构件)的距离来保证的；所谓中间涂层构件(或内部芯件)与外部涂层构件(或中间涂层构件)的距离是指在连续生产时，形成中间涂层构件(或内部芯件)2～3米的长度后，再包覆外部涂层构件(或中间涂层构件)，如果这个长度太长，会使中间涂层构件(或内部芯件)因移动的距离过长而冷却固化，这时就需要重新预热。

本发明的具体工艺过程如下：

a、准备所需的碳纤维、玻璃纤维、浸泡纤维用的树脂和保护层材料；

b、浸泡树脂的玻璃纤维沿轴向圆周平行排列、均匀分布形成圆形内部芯件；

c、预热内部芯件；

d、在内部芯件四周均匀分布平行排列浸渍树脂的碳纤维形成圆形中间涂层构件；

e、中间涂层构件通过一个固化装置，使中间涂层构件达到半固化状态；

f、在半固化状态的中间涂层构件四周均匀分布排列无硼E级纤维形成圆形外部涂层构件；

g、对中间涂层构件及外部涂层构件进行加热固化；