[发明专利]一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，利用多种纤维混杂成型三维编织物，实现法兰连接件与塔杆复材结构无缝一体成型的三维编织杆塔制备方法，杆塔塔头、塔身及塔腿等部位的不同类型杆件均采用芯部玻璃纤维三维织物过渡到外层碳纤维三维织物的混杂纤维编织结构制备，其中芯部的玻璃纤维织物中心采用碳纤维零度纱做骨架。同时，三维编织复合材料杆塔的杆件之间通过在塔杆端头一体化混杂纤维(碳纤维和玻纤混杂)编织的法兰结构(内嵌金属法兰骨架)进行连接，塔腿与地面基础连接的靴板采用全碳纤维三维编织结构。利用该方法可制备出带复材法兰连接结构的三维编织复合材料输电杆塔部件适用于多种类型输电杆塔的装配应用。

技术领域

本发明涉及一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，属于复合材料输电杆塔制备技术领域。

背景技术

杆塔是电力输送、通讯、高速铁路以及市政等基础设施的重要并且特种的支撑结构设施，杆塔的结构性能直接影响到不同种类线路的安全性、经济性和可靠性。从杆塔的材质发展来看，国内外在架空输电线路中应用的杆塔主要有木质杆塔、混凝土杆塔或预应力混凝土杆塔、钢管混凝土杆塔、全金属材质杆塔(钢管杆塔或铁塔等)几类。

其中木质杆塔主要应用在加拿大和美国等森林资源较为丰富的地区，混凝土或预应力混凝土杆塔主要应用于南美洲、欧洲、非洲、亚洲等森林资源较为贫乏的地区或发展中国家。就我国而言，基本不再使用木质杆塔，混凝土杆塔之前在35-110V线路上曾大量使用，在330KV及以下线路运输和施工条件较好的平原和丘陵地带也到了一定应用，钢管杆塔和钢管混凝土杆塔在近几年的城市电网建设和改造中应用的较多。传统的输电杆塔在使用过程中长期接受自然环境的考验，存在质量重、易腐烂、锈蚀或开裂等缺点，环境耐久度较差，尤其在沙漠日晒、海水潮湿侵蚀以及风沙吹蚀等自然环境中其使用寿命更加不足。面对这种出现问题的杆塔要进行修复或更换难度较大，其施工运输和运行的极为困难。因此目前纤维复合材料在输电杆塔中的应用逐渐发挥出较大的潜力。

目前的复合材料材质输电杆塔主要采用非连续短纤维作为混凝土增强纤维材料和利用连续纤维复合材料筋材作为钢筋替代材料两种，还有一种全复合材料的输电杆塔通常使用树脂基复合材料通过预浸带缠绕成型。总而言之，传统复合材料杆塔的结构通常均采用零维离散短切纤维增强或者连续纤维二维缠绕形式制备，而对于在复杂环境下使用的杆塔，一方面要受到环境因素的考验，另一方面也要有较强的力学耐久度来经受输电线路的拉力以及侧向风的疲劳载荷，这种力学或者环境考验对于零维或者二维等传统复合材料增强形式来讲较为苛刻，从目前的应用情况来看也存在着诸多问题，特别是复合材料层间界面的破坏一直是此种复合材料杆塔出现缺陷的集中点，除此之外高压输电线路杆塔的塔头、塔身以及塔脚组合大多需要桁架连接，而传统复合材料预埋金属部件的连接方式也存在较多结构缺陷隐患。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，以实现进一步提高复合材料输电杆塔的性能和耐久度的目的。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种三维编织复合材料输电杆塔，包括依次连接的塔头、塔身与塔腿，塔头包括横担杆件以及连接在塔身与横担杆件之间的支撑杆件；塔身包括塔身主肢以及连接在塔身主肢之间的塔身支撑杆；塔腿包括塔腿主肢和连接在塔腿主肢之间的塔腿支撑杆；所述塔头、塔身以及塔腿中的各个部件都包括三维编织骨架和树脂基体；

三维编织骨架包括芯部的玻璃纤维织物和包裹在最外层的混杂纤维织物过渡层，所述玻璃纤维织物的内部设置碳纤维零度纱骨架。

碳纤维零度纱线作为骨架，提高整体复合材料杆塔刚度，在塔杆部件的编织过程中实时调整碳纤维和玻璃纤维沿截面径向由内到外的用量，实现芯部纤维与外部纤维比例的自然过渡变化，从而形成混杂纤维织物整体。

优选的，所述横担杆体的设定位置预埋入陶瓷绝缘端子。