[实用新型]一种碳纤维复合材料导线芯棒及其复合导线

说明书

技术领域

本实用新型属于电力输电领域，特别涉及一种碳纤维复合材料导线芯棒及其复合导线。

背景技术

现代工业技术的发展对电力传输系统的要求越来越高，不仅需要电话通信，对于兼备遥控、遥测、视频传输等大容量的信息集成传输的要求越来越迫切和必要，同时随着电力设备自动控制的配备以及计算机监控系统的应用广泛，巨大信息量的传输成为电力系统的必要工作。因此对电力传输的要求越来越向高速、大容量、耐久性等方面发展。这种发展趋势要求输电线路向着特高压、快速输电方向侧重，这必然导致输电线路的规格和自重的提高。传统的输电线路采用钢芯作为支撑材料，钢芯外部采用铝绞线作为主要输电传导载体，而这种钢芯铝绞线的输电线路结构由于全部采用金属材料，出现了诸多问题，如：自重大、不耐腐蚀、弧垂大易变形、环境适应性差等等。于是关于复合材料材质导线结构的研究开始出现，目前应用较多的是在输电导线芯部采用复合材料导线芯棒作为替代材料，提高整体刚性，减小弧垂，同时提高对冰冻、积雪等恶劣气候的环境适应性最终提高使用寿命。

然而，目前单一复合材料的导线芯棒虽然解决的自重和抗变形等问题，但是由于材质的局限性也出现了复合材料固有的种种弊端，例如：芯棒结构的功能单一化，仅仅以力学刚性的提升为主，韧性不足导致芯棒在运输、安装或卷绕中出现劈裂损伤；复合材料芯棒表面的致密性不够导致耐磨性差，施工过程容易出现磕碰、刮擦造成的力学缺陷。这些问题都会为复合材料芯棒的长期使用带来缺陷隐患。因此，目前亟需一种综合性能较好的导线芯棒来解决以上技术问题。

实用新型内容

为了解决单一材质复合材料导线芯棒的这一问题，本实用新型提出了一种多层结构的碳纤维复合材料混杂材质的输电导线芯棒的结构及碳纤维复合导线，通过碳纤维为主的不同高性能纤维的混杂使用以及多种功能层的综合特性发挥，可有效提高导线芯棒整体的耐磨性、抗劈裂性、高柔韧性等多种性能，在保证芯棒刚性和耐腐蚀性的基础上有效提高整体特性，延长复合材料导线芯棒的使用寿命。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的第一个目的是提供了一种碳纤维复合材料导线芯棒，从芯部到表面依次由刚性芯、柔韧层、抗劈裂层和耐磨层四个部分构成；

所述刚性芯是由高性能碳纤维与热固性树脂复合成型；

所述柔韧层是由玻璃纤维与热塑改性热固性树脂复合成型；或者，所述柔韧层是由玻璃纤维和碳纤维两者的混杂纤维与热塑改性热固性树脂复合成型；

所述抗劈裂层是由玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维中的一种纤维或多种混杂纤维的二维织物与热固性树脂复合成型；

所述耐磨层是由碳纤维表面毡或玻璃纤维或芳纶纤维的二维织物与热塑性树脂复合成型。

本实用新型所述的刚性芯，其增强纤维为高性能碳纤维，基体为热固性树脂；所述高性能碳纤维为高强度碳纤维或高模量碳纤维，或者所述高性能纤维为高强度碳纤维和高模量碳纤维的混杂纤维；优选的，所述高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的一种或多种；所述高模量碳纤维选用M40J、M60J中的一种或两种。进一步优选的，所述高强型碳纤维和高模量碳纤维的混杂质量比例为1：1～10：1。

所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的一种。优选的，所述刚性芯中的树脂含量为30～50％

从制备得到的刚性芯的强度来讲，所述热固性树脂与高性能碳纤维采用拉挤成型工艺制备得到刚性芯；最终成型的刚性芯的直径为3～15mm。

刚性芯采用高性能碳纤维复合材料保证整体芯棒的抗变形能力。

本实用新型所述的柔韧层位于刚性芯的外表面，其增强纤维为玻璃纤维或玻璃纤维和碳纤维两者的混杂纤维，基体为热塑改性热固性树脂。

所述玻璃纤维选用S玻纤或E玻纤的一种或两种，同时混杂高强度碳纤维(所述高强度碳纤维选用T300、T700、T800中的一种或多种)作为刚性调节，其中，所述玻璃纤维与碳纤维的混杂质量比例为1：1～10：1。或者可单独使用玻璃纤维作为增强纤维。

所述热塑改性热固性树脂选用聚氨酯改性环氧树脂、聚氨酯改性不饱和聚酯树脂中的一种。优选的，所述柔韧层中的树脂含量为30～50％。

从制备得到的柔韧层的性能来讲，本实用新型的柔韧层采用拉挤成型或缠绕成型制备；最终成型的柔韧层的厚度为0.5～5mm。

柔韧层采用玻璃纤维复合材料保证芯棒的韧性以达到一定曲率的卷绕。