[发明专利]复合材料加强导线及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料加强导线及其制造方法，具体地说，本发明涉及一种用于架空输电的导线及其制造技术，该导线包括由导电材料包围的复合材料加强筋，制造方法涉及复合材料拉挤制造工艺。

背景技术

由于输电网络的发展需求，输电技术正在成为业内人士的重要研究领域，其中所涉及的导线制造技术是近年来的一个研究热点。在传统的架空输电线路中，通常采用钢芯铝导线，内部的钢芯作为承载体，缠绕在钢芯外围的铝作为导电体。钢材料具有较低的比刚度和比强度，这是钢芯铝导线输电效率低弧垂大的根本原因。提高导线的输电效率是导线制造的主要技术目标。

在美国一家公司申请的发明专利03809284.0(2009年1月14日获国知局授权)中，描述了一种新型的导线，采用碳纤维复合芯代替传统的钢芯，这种复合芯包括碳纤维/环氧树脂复合材料的内芯和玻璃纤维/环氧树脂复合材料的外芯，复合芯的内芯和外芯的纤维沿电缆长度方向单向分布，采用拉挤工艺制造。由于碳纤维复合材料具有较大的比强度和比刚度，因此这种碳纤维复合芯导线可以承载更多的铝导体，大幅度提高了导电效率；同时，提高了导线的使用温度，并大幅度减少了导线的弧垂。

碳纤维复合芯导线是钢芯铝导线的更新换代产品，我国电缆行业需要在突破国外专利壁垒的前提下大力发展，以满足我国电网发展的迫切需求。

按照专利03809284.0中的技术方案，由于复合芯外芯的纤维都是沿电缆长度方向分布，造成横向的力学性能比较弱，在缠绕外层铝导体的时候，很容易造成外芯的破坏，而且这种破坏由于外层铝导体的遮盖而很难发现。在电缆的使用过程中，在湿度、腐蚀和温度环境会直接作用到碳纤维复合材料内芯上，从而降低复合芯的承载性能并缩短复合芯的使用寿命。

按照专利03809284.0中的技术方案，在外芯部分采用玻璃纤维，也是处于成本的考虑，因为按照当时的国际行情，碳纤维的产量远远不能满足使用的需求，碳纤维价格正处于迅速攀升的阶段。

按照专利03809284.0中的技术方案，由于模具和树脂固化的原因，模具和工料之间需要克服很大的摩擦力进行相对运动，拉挤生产的速度比较慢，相应的生产效率也比较低，相应的工时成本也比较高。

按照专利03809284.0中的技术方案，对于复合芯直径比较大的情况，如果要在生产过程中保证工料的充分加热和固化，也需要维持一个比较慢的拉挤速度。而且，由于自外向内的不均匀加热过程，在工料内部会形成残余应力，降低了复合芯产品的性能。

因此，希望设计一种导线，在保留复合材料加强优势的基础上，又可以具有一些崭新的优点，包括：避免保护体破坏带来的湿度、腐蚀和温度等环境的不良影响，降低生产过程中的残余热应力，以及提高生产速度进而提高生产效率并降低成本。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的在于提供一种新型的复合材料加强导线及其制造方法，这种导线具有输电效率高、低弧垂、耐环境侵蚀、寿命长、成本低等诸多优点。

本发明的技术方案包括一种复合材料加强筋，所述复合材料加强筋包括保护体和承载体。所述承载体，其包括由复合材料制造的长杆状构件，所述复合材料为连续纤维增强的树脂基复合材料，并且所述复合材料的比强度和比刚度分别大于钢的比强度和比刚度，所述连续纤维的方向包括沿加强筋纵向直线分布或扭曲分布；所述保护体，其包括由复合材料制造的长杆状构件，所述复合材料为纤维毡或纤维布增强的树脂基复合材料，所述纤维毡或纤维布的纤维与所述承载体的纤维是不同类型的，所述纤维毡的纤维是不定向分布的，所述纤维布的纤维包括垂直和平行于加强筋长度方向的纤维。

本发明所述的加强筋，其中，所述保护体的纤维毡或者纤维布包括玻璃纤维、玄武岩纤维或者芳纶纤维；所述承载体的纤维包括碳纤维。所述承载体为圆柱形，所述保护体为圆环形，并且所述承载体和保护体形成同心圆形。所述加强筋包括至少一根沿加强筋纵向定向的金属线体。

按照本发明所述的加强筋，由于保护层增加了横向纤维，使得保护层增加了良好的横向力学性能，可以避免生产或使用过程中对保护层的破坏，从而保证了整个加强筋的力学性能和使用寿命。同时，由于近年来碳纤维生产线的大量上马，碳纤维的价格迅速下降，因此可以增加碳纤维的用量而不用担心成本的提高。这样，保护体不再承担纵向拉力，可以在满足力学性能的基础上进一步减小加强筋的直径，增加导电体的用量，进一步提高输电效率，并降低加强筋的弯曲刚度，有利于加强筋生产时卷盘运输。