[发明专利]热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法

说明书

 

技术领域

本发明属于高压输电导线的生产和应用领域，特别涉及热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法。

背景技术

国内外高压输电中的关键技术之一是导线，导线性能的好坏直接影响输电特性。导线在使用过程中，要承受复杂工况的影响：风力疲劳载荷、电场感应、磁场涡流、高温、高寒、雨雪冰雹等，而且受到大气中各种介质的腐蚀，因而要求导线要具有高的导电特性、高的拉伸强度、高的抗疲劳性能、高的耐复杂环境影响和耐腐蚀性能。目前国内外用的导线几乎全部为钢芯铝绞线或钢芯铜绞线，该类导线虽然能够满足导电要求，但线损高，弧垂大，电磁噪音大， 不利于加大塔距和高温输电。

国外近几年出现了以复合材料为芯的输电导线，其特征是以碳纤维增强热固性环氧树脂基复合材料芯棒代替钢芯，该新型导线具有受热不膨胀，重量轻等优点，获得了国际输变电系统的青睐和认可。但环氧树脂长期户外使用，抗老化性能下降较大，输电耐温不能超过120℃，特别是在碳纤维复合芯导线收到损伤后，由于树脂基体是热固性体系，回收再利用难度很大，对环境造成污染，同时增加了资源消耗，因而一定上限制了在高压线路上的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供研制一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒及其制备模具和方法，为目前碳纤维复合材料导线的生产应用开拓新的领域。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒，它包括热塑性树脂基体，在热塑性树脂基体内均匀分布增强纤维束。

所述热塑性树脂基体为热塑性树脂，为聚苯硫醚、聚醚醚酮、双马树脂、尼龙、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的一种或任意两种或两种以上具有热塑特性高分子材料的混合体。

所述增强纤维束为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维中的一种或几种的混合体。

一种热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具，它为一种密闭组合结构，主要由预成型模、熔融树脂模、结构定型模和冷却水套组成，预成型模与熔融树脂模密闭连接，在熔融树脂模上配备树脂进料口，熔融树脂与增强纤维束在熔融树脂模的熔融树脂腔内实现浸渍；熔融树脂模与结构定型模密闭连接，结构定型模与冷却水套连接。

一种采用热塑性树脂基体复合材料导线芯棒用制备模具的芯棒制备方法，它采用模具内熔融拉挤成型工艺生产，拉挤工艺和热塑性树脂熔融工艺一次完成，其步骤为：

1）将增强纤维束送入预成型模，温度在20-100℃，获得复合材料芯棒基本形状；

2）将增强纤维束送入熔融树脂模内，并加压0.5-5MPa注入熔融树脂实现浸渍，温度在100-500℃；

3）充分浸渍混合后，再经过结构定型模获得最终结构尺寸，并进行降温，温度范围40-100℃，随后在模具出口冷却后制得成品。

本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的截面为圆形，长度连续，芯棒基体为热塑性树脂，增强材料为碳纤维为主的耐高温高强度纤维，采用模内熔融拉挤成型工艺生产。

    本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的基体材料可以是粒状，也可以是纤维状。热塑性树脂可以是聚苯硫醚（PPS）,聚醚醚酮（PEEK），双马树脂，尼龙，超高分子量聚乙烯、聚丙烯等单一材料，或者是两种或两种以上热塑性树脂体系的混合；复合材料芯棒的增强材料为连续长纤维，可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或以上几种纤维的混合体。

本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒的成型特征为模内熔融成型，当热塑性树脂原料是固体颗粒状时，则将颗粒料熔化后利用加压装置注入模腔内，保持模腔内高压，高压树脂在模腔内与增强纤维充分浸渍后，连同纤维一起通过定型模后冷却，获得所需结构；如果原料是纤维状，则将热塑性树脂纤维与增强纤维同时进入热模腔，在模腔内熔融后浸渍增强纤维，然后再经过定型模具冷却后获得所需结构。

本发明热塑性树脂基体复合材料导线芯棒制备时所用模具结构特征为密闭组合式。整套模具由三部分组成，第一部分为预成型腔，第二部分为熔融加压腔，第三部分为带有冷却水套的结构成型腔。在预成型腔获得复合材料芯棒基本形状，在熔融加压腔实现树脂对纤维的浸胶，在结构成型腔冷却后获得复合材料芯棒结构尺寸。第二部分为熔融加压腔中间具有加料口，可封闭也可由外部加压注入熔融树脂。