專利名稱：一種輸電桿塔連接用的復合材料法蘭及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合材料法蘭及其制備方法，具體講是一種輸電桿塔連接用的復合材料法蘭及其制備方法，屬復合材料輸電桿塔連接用結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的輸電桿塔連接用法蘭的材質(zhì)通常采用傳統(tǒng)的金屬材料，而金屬材料的法蘭連接件，在露天環(huán)境下使用具有耐腐蝕性差，質(zhì)量重、需要頻繁更換等缺點；又由于金屬具有導電性，也為輸電線路的正常運行埋下了安全隱患。近年來，由于玻璃纖維復合材料應用領(lǐng)域的擴大，以其所具有的重量輕、強度高、 抗氣候老化、耐腐蝕能力強等優(yōu)異特性，已有將玻璃纖維復合材料制備的法蘭構(gòu)件應用于輸電桿、塔等產(chǎn)品中，能夠大幅度提高線路的絕緣性，大幅提高線路耐污閃、冰閃、防風偏、 耐雷水平。復合材料法蘭的性能和使用已經(jīng)逐漸受到電力領(lǐng)域的重視。而目前由復合材料制備而成的復合材料法蘭多數(shù)為整體翻邊法蘭，該結(jié)構(gòu)的缺點是環(huán)狀法蘭的內(nèi)應力分布不匹配，難以實現(xiàn)等強度、等剛度的設(shè)計要求；尤其是在使用中， 環(huán)狀法蘭與筒體交接處易在縱向應力作用下出現(xiàn)較大變形，甚至出現(xiàn)微裂紋和開裂破壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種質(zhì)量輕、耐腐蝕、 絕緣性好，可實現(xiàn)各個部位法蘭等強度、等剛度的設(shè)計要求，不會出現(xiàn)微裂紋和開裂破壞的復合材料法蘭及其該復合材料法蘭的成型方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種輸電桿塔連接用的復合材料法蘭，其特征在于它由一法蘭筒體和粘接于該法蘭筒體外壁的若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊拼裝而成。上述的法蘭筒體由筒體和沿其筒體底邊垂直向外相接的環(huán)狀底盤一體成型；其中，筒體高度為200mm-800mm，厚度與環(huán)狀低盤的厚度相同，均為3mm-40mm ；筒體內(nèi)徑和環(huán)狀底盤的內(nèi)徑相同，均為100mm-1500mm ；環(huán)狀底盤的寬度為IOOmm-IOOOmm ；所述浮板模塊由弧形板、與弧形板底邊垂直向外相接的弧形底板、分別與弧形板兩側(cè)邊和弧形底板兩側(cè)邊相接的2個側(cè)板組合而成；其中，弧形板的內(nèi)弧和弧形底板的內(nèi)弧弧度相同，均為 12-180° ；弧形板的厚度與弧形底板的厚度相同，均為3mm-40mm ；弧形底板的外緣與所述環(huán)狀底盤的外緣平齊；弧形板的厚度小于所述筒體厚度3mm-20mm ；側(cè)板的頂邊位于所述弧形板整體高度的3/4處；側(cè)板底邊的寬度與弧形底板的寬度相同，弧形底板的寬度小于環(huán)狀底盤的寬度；側(cè)板頂邊的寬度小于其底邊寬度；該側(cè)板的內(nèi)側(cè)邊與所述弧形板一側(cè)邊相接，側(cè)板的外側(cè)邊由其底邊距頂邊高度的1/4處為直邊，由該直邊的頂邊向上至所述側(cè)板頂邊之間為上斜邊；所述筒體的外壁、所述環(huán)狀底盤的上表面與所述弧形板內(nèi)壁、所述弧形底板的下表面和所述側(cè)板的外表面均涂有膠粘劑。上述的浮板模塊為2-30塊；所述膠粘劑為樹脂與固化劑，樹脂與固化劑的重量份數(shù)混合比為90-110 30-50;其中，樹脂可選用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中任一種；固化劑為芳香胺固化劑。上述的筒體內(nèi)徑和環(huán)狀底盤的內(nèi)徑均為100mm-1500mm;筒體厚度與環(huán)狀底盤的厚度相同，均為3mm-40mm。上述弧形板的厚度和所述弧形底板的厚度均為3mm-40mm。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提供了一種上述復合材料法蘭的成型方法，包括步驟如下
1)通過預制模具分別成型法蘭筒體和若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊；
2)取步驟1)成型的浮板模塊2-30塊拼裝至所述法蘭筒體外表面且與其通過膠粘劑粘接成一體經(jīng)常溫固化后構(gòu)成所述復合材料法蘭；
其中，步驟1)中所述的成型工藝選用手糊、模壓、樹脂傳遞模塑或真空輔助樹脂傳遞模塑工藝中任一種；
步驟2 )所用的膠粘劑由樹脂和固化劑組成，樹脂與固化劑的混合比例為 90-110:30-50 ；其中，所用的樹脂可選用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中的任一種； 固化劑選用芳香胺固化劑。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下1)本發(fā)明與傳統(tǒng)金屬法蘭相比，滿足法蘭應用條件，且有效降低了法蘭的重量，鋼制金屬法蘭的比重約為7. 8g/cm3，而玻璃鋼復合材料(玻璃纖維增強復合材料)的比重僅為1. 9 2. 2 g/cm3 ；同時，解決了金屬法蘭不耐腐蝕的缺點；在輸電線路領(lǐng)域推廣應用，還可以有效改善了傳統(tǒng)金屬法蘭絕緣性差的缺陷。2)本發(fā)明設(shè)有2-30塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊，浮板模塊與法蘭筒體經(jīng)各自的預制模具分別進行加工，然后再將二者粘接在一起的成型方法，完全可以滿足電力橫擔連接用的法蘭所需承受的彎矩、剪力、拉力等作用，模具簡單，便于制造，尤其適用于制造大直徑、 小批量和異型玻璃鋼法蘭；3)本發(fā)明與復合材料整體法蘭相比，增加了浮板模塊，改善了其內(nèi)應力分布不匹配問題，實現(xiàn)等強度、等剛度設(shè)計要求；整體法蘭不會出現(xiàn)微裂紋和開裂現(xiàn)象；增強其使用的安全性；4)與現(xiàn)有的其它復合材料粘接法蘭相比，本發(fā)明將若干浮板模塊與法蘭筒體通過膠粘連接可有效承受工程應用中的各種載荷，提高了法蘭的整體承受強度；5)法蘭筒體和若干浮板模塊的成型可選用目前已成熟的手糊、模壓、樹脂傳遞模塑或真空輔助樹脂傳遞模塑工藝(SCRIMP)中的任一種方法，不用額外增加科研試制成本；可操作性強、易實現(xiàn)批量化生產(chǎn)；有利于推廣實施。


圖1為本發(fā)明復合材料法蘭的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中法蘭筒體1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中浮板模塊2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的輸電桿塔連接用的復合材料法蘭，它由一法蘭筒體1和粘接于該法蘭筒體外壁的若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊2拼裝而成；浮板模塊2可根據(jù)電力橫擔的大小規(guī)格選用2 30塊，最佳選用6塊；浮板模塊2與法蘭筒體1粘接處所用的膠粘劑可選用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中任一種。如圖2所示，法蘭筒體1由筒體11和與沿其筒體底邊垂直向外相接的環(huán)狀底盤12 一體成型；該筒體11的高度為200mm-800mm ；筒體的內(nèi)徑和環(huán)狀底盤12的內(nèi)徑相同，均為 100mm-1500mm ；筒體11的厚度與環(huán)狀底盤12的厚度相同，均為3mm-40mm ；環(huán)狀底盤12的環(huán)寬為 lOOmm-lOOOmm。如圖3所示，浮板模塊2由弧形板21、與弧形板底邊垂直向外相接的弧形底板22， 分別與弧形板21兩側(cè)邊和弧形底板22兩側(cè)邊相接的側(cè)板23 ；該弧形板21的內(nèi)弧弧度和弧形底板22的內(nèi)弧弧度相同，均為12-180° ；弧形板21的厚度與弧形底板22的厚度相同， 均為3mm-40mm ；弧形底板22的寬度小于環(huán)狀底盤12的環(huán)寬3mm-20mm ；弧形板21的高度與筒體11的高度相同；側(cè)板23的高度低于弧形板21的高度，側(cè)板23的底邊與弧形底板22 的寬度相同；側(cè)板23的頂邊寬度小于其底邊寬度，由側(cè)板頂邊距其底邊IOOmm-IOOOmm高度之間為下斜邊；筒體11的外壁和環(huán)狀底盤12的上表面涂覆有與弧形板21內(nèi)壁、弧形底板 22的下表面和側(cè)板23的外表面粘接用的膠粘劑。上述輸電桿塔連接用復合材料法蘭的成型方法，包括步驟如下
1)通過預制模具分別成型法蘭筒體和若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊；
2)取步驟1)成型的浮板模塊2-30塊拼裝至所述法蘭筒體外表面且與其通過膠粘劑粘接成一體經(jīng)常溫固化后構(gòu)成所述的復合材料法蘭；
其中，步驟1)中的成型工藝可以選用現(xiàn)已成熟的手糊、模壓、樹脂傳遞模塑或真空輔助樹脂傳遞模塑工藝(SCRIMP)中的任一種；
步驟2 )所用的膠粘劑由樹脂和固化劑組成，樹脂與固化劑的混合比例為 90-110:30-50 ；其中，所用的樹脂可選用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中的任一種； 固化劑選用芳香胺固化劑；。以下通過具體實例詳細說明本發(fā)明的成型方法。實例1
法蘭筒體的成型采用真空輔助樹脂傳遞模塑工藝(SCRIMP)，其中，筒體、環(huán)形底板通過一套模具一體成型，筒體高度為200mm，厚度為3mm ；筒體的內(nèi)徑和環(huán)狀底盤12的內(nèi)徑相同， 均為IOOmrn ；環(huán)狀底盤的寬度為IOOmrn ；其具體操作為
1)在預制好的模具上均勻地刷涂脫模劑3-4遍，每遍時間間隔15分鐘左右。2)當脫模劑干燥后，將玻璃纖維無堿無捻縫編氈依次鋪放在內(nèi)模具上，層數(shù)為20 層。3)上述步驟2)鋪布時自上而下為一個整體，翻邊位置剪成豁口，用布填實，每相鄰層豁口位置錯開鋪層，每層布鋪好后，用玻璃纖維紗綁在模具上，壓實，操作反復進行，直至達到設(shè)計厚度3mm。4)完成步驟3)后，依次在布層外鋪一層脫模布和一層導流網(wǎng)。其中，導流網(wǎng)下端與底部用密封膠條相連，上端距布層端面50-70mm鋪上脫模布，將整個布層覆蓋住，并在脫模布的各邊緣留有50 60mm余量。5 )完成步驟4 )后，依次貼密封膠條、放注膠管和抽真空管。其中，密封膠條在底部沿外圍方向距布層50mm處貼一圈，上端沿頂端貼一圈；注膠管放置8 12根，距布層外端 50 60mm，圍成一圈；在法蘭筒體的端部，放置2 4根抽真空管，圍成一圈，彼此不相連，間隔在50mm以上。6)配好樹脂膠液，攪拌均勻。該樹脂膠液由環(huán)氧樹脂90 100份，固化劑1 3 份，促進劑0. 5 2份，消泡劑0. 1 0. 3份混合而成；所用的環(huán)氧樹脂、固化劑、促進劑和消泡劑可按照客戶要求，選擇市售原料配合即可。7)通過真空泵將步驟6)配好的樹脂膠液通過模具注膠口吸入到模腔中，直至出膠口有膠液溢出，整個模腔注滿為止。整個注膠過程中，真空度不小于0. 085MPa。8)完成步驟7)后，關(guān)閉吸膠口閥門，保持出膠口真空度，其真空度不小于 0. 085MPa,直至產(chǎn)品凝膠固化時停止操作。9)產(chǎn)品室溫固化12小時后，脫模后成型為一體的法蘭筒體。若干浮板模塊規(guī)格的設(shè)定與法蘭筒體的高度、內(nèi)徑、筒體厚度的設(shè)定需匹配；浮板模塊的成型通過手糊工藝實現(xiàn)；其具體操作步驟如下
1)在所用的模具上均勻地刷涂脫模劑，當脫模劑干燥后涂一層膠衣樹脂。2)待膠衣層凝膠后，將玻璃纖維無堿無捻縫編氈依次鋪放在模具上，層數(shù)為20 層。3)在步驟2)中，采用玻璃纖維無堿無捻縫編氈交替鋪放，每層布鋪好后，用滾子及毛刷等涂布混有芳香胺固化劑的環(huán)氧樹脂使樹脂浸漬玻璃纖維無堿無捻縫編氈并驅(qū)除氣泡、壓實積層，鋪層操作反復進行，直至達到產(chǎn)品的設(shè)計厚度3mm。4)室溫固化12小時后，脫模后即得1塊浮板模塊。最后將成型的法蘭筒體和若干塊浮板模塊拼裝且膠粘固接組裝成整體的復合材料法蘭；其具體操作為
A、對法蘭筒體外表面、浮板模塊相對于法蘭筒體的安裝面分別進行清理；用120#砂紙打磨處理，用工業(yè)吸塵器吸凈碎屑；用干凈丙酮清洗粘結(jié)表面，表面清理干凈，無任何油污、 附著物；
B、按粘結(jié)工藝要求，取6塊弧度為60°的浮板模塊，依次排列在法蘭筒體上拼圓試裝， 并標出每塊與法蘭筒體的相應位置；確定了浮板模塊與法蘭筒體相應位置后，將所有的浮板模塊取下待用；
C、計算涂膠量，用樹脂和固化劑配膠；本實施方式中取138環(huán)氧樹脂和芳香胺固化劑以90 30的重量份數(shù)比均勻混合成環(huán)氧樹脂膠粘劑；用刮板涂抹筒體被粘面，保證環(huán)氧樹脂膠粘劑刮涂均勻，無漏涂的地方，環(huán)氧樹脂膠粘劑的刮涂厚度根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格的大小控制在0. 1-0. 3mm ；除用環(huán)氧樹脂外，還可選用丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂。D、按法蘭筒體的相應位置依次粘接浮板模塊，所用的膠粘劑與步驟C所用的膠粘劑材質(zhì)相同；常溫下固化，最終成型為本發(fā)明的復合材料法蘭。實例2
浮板模塊的成型和浮板模塊與法蘭筒體的拼裝方式均與實例1相同；在此不再贅述。 不同點在于法蘭筒體的成型采用模壓方式實現(xiàn)，筒體高度為400mm，筒體厚度為10mm，筒體的內(nèi)徑和環(huán)狀底盤12的內(nèi)徑相同，均為500mm ；環(huán)狀底盤的寬度為200mm ；其中，法蘭筒體成型所用的樹脂膠液中的樹脂為不飽和樹脂；
電力橫擔規(guī)格較小時，可取2塊弧度為180°的浮板模塊與法蘭筒體粘接，浮板模塊的內(nèi)弧為半圓形，與法蘭筒體粘接用的膠粘劑由樹脂和固化劑混合而成；本實例中取丙烯酸樹脂和芳香胺固化劑以110 50的重量份數(shù)比均勻混合成丙烯酸樹脂膠粘劑；用刮板涂抹筒體被粘面，保證丙烯酸樹脂膠粘劑刮涂均勻，無漏涂的地方，丙烯酸樹脂膠粘劑的刮涂厚度控制在0. 3mm。實例3
浮板模塊的成型和浮板模塊與法蘭筒體的拼裝方式均與實例1相同；在此不再贅述。 不同點在于法蘭筒體的成型采用樹脂傳遞模塑工藝實現(xiàn)，筒體高度為600mm，筒體厚度為 20mm，筒體的內(nèi)徑和環(huán)狀底盤12的內(nèi)徑相同，均為IOOOmm ；環(huán)狀底盤的寬度為800mm ；其中，法蘭筒體成型所用的樹脂為乙烯基樹脂；
電力橫擔的規(guī)格龐大時，取30塊弧度為12°的浮板模塊與法蘭筒體粘接；用的膠粘劑由樹脂和固化劑混合而成；本實例中取聚氨酯樹脂和芳香胺固化劑以100 40的重量份數(shù)比均勻混合成聚氨酯樹脂膠粘劑；用刮板涂抹筒體被粘面，保證聚氨酯樹脂膠粘劑刮涂均勻，無漏涂的地方，聚氨酯樹脂膠粘劑的刮涂厚度控制在0. 2mm。實例4
浮板模塊的成型和浮板模塊與法蘭筒體的拼裝方式均與實例1相同；在此不再贅述。 不同點在于法蘭筒體的成型采用手糊方式實現(xiàn)，筒體高度為800mm，筒體厚度為40mm，筒體的內(nèi)徑和環(huán)狀底盤12的內(nèi)徑相同，均為1500mm;環(huán)狀底盤的寬度為1000mm;其中，法蘭筒體成型所用的樹脂為酚醛樹脂；
可取10塊弧度為36°的浮板模塊與法蘭筒體粘接，所用的膠粘劑由樹脂和固化劑混合而成；本實例中取聚氨酯樹脂和芳香胺固化劑以110 30的重量份數(shù)比均勻混合成聚氨酯樹脂膠粘劑；用刮板涂抹筒體被粘面，保證聚氨酯樹脂膠粘劑刮涂均勻，無漏涂的地方， 聚氨酯樹脂膠粘劑的刮涂厚度控制在0. 2mm。上述各項實例中所用的環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂均為液態(tài)樹脂，市場上銷售的任一型號的上述樹脂均可使用。
權(quán)利要求
1.一種輸電桿塔連接用的復合材料法蘭，其特征在于它由一法蘭筒體和粘接于該法蘭筒體外壁的若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊拼裝而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合材料法蘭，其特征在于所述法蘭筒體由筒體和沿其筒體底邊垂直向外相接的環(huán)狀底盤一體成型；其中，筒體高度為200mm-800mm，厚度與環(huán)狀低盤的厚度相同，均為3mm-40mm ；筒體內(nèi)徑和環(huán)狀底盤的內(nèi)徑相同，均為100mm-1500mm ；環(huán)狀底盤的寬度為IOOmm-IOOOmm ；所述浮板模塊由弧形板、與弧形板底邊垂直向外相接的弧形底板、分別與弧形板兩側(cè)邊和弧形底板兩側(cè)邊相接的2個側(cè)板組合而成；其中，弧形板的內(nèi)弧和弧形底板的內(nèi)弧弧度相同，均為12-180° ；弧形板的厚度與弧形底板的厚度相同，均為3mm-40mm ；弧形底板的外緣與所述環(huán)狀底盤的外緣平齊；弧形板的厚度小于所述筒體厚度3mm-20mm ；側(cè)板的頂邊位于所述弧形板整體高度的3/4處；側(cè)板底邊的寬度與弧形底板的寬度相同，弧形底板的寬度小于環(huán)狀底盤的寬度；側(cè)板頂邊的寬度小于其底邊寬度；該側(cè)板的內(nèi)側(cè)邊與所述弧形板一側(cè)邊相接，側(cè)板的外側(cè)邊由其底邊距頂邊高度的1/4處為直邊，由該直邊的頂邊向上至所述側(cè)板頂邊之間為上斜邊；所述筒體的外壁、所述環(huán)狀底盤的上表面與所述弧形板內(nèi)壁、所述弧形底板的下表面和所述側(cè)板的外表面均涂有膠粘劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合材料法蘭，其特征在于所述浮板模塊為2-30 塊；所述膠粘劑為樹脂與固化劑的混合物，其中，樹脂與固化劑重量份數(shù)的混合比為 90-110 30-50。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合材料法蘭，其特征在于所述樹脂為環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中任一種；所述固化劑為芳香胺固化劑。
5.一種權(quán)利要求1-4任一項所述復合材料法蘭的成型方法，包括步驟如下1)通過預制模具分別成型法蘭筒體和若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊；2)取步驟1)成型的浮板模塊2-30塊拼裝至所述法蘭筒體外表面且與其通過膠粘劑粘接成一體，常溫固化后構(gòu)成所述復合材料法蘭；其中，步驟1)所述的成型工藝選用手糊、模壓、樹脂傳遞模塑或真空輔助樹脂傳遞模塑工藝中任一種；步驟2)所述的膠粘劑由樹脂和固化劑組成，樹脂與固化劑的重量份數(shù)混合比為 90-110 30-50。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的成型方法，其特征在于步驟2)所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或聚氨酯樹脂中任一種；所述的固化劑為芳香胺固化劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復合材料法蘭及其制備方法，具體講是一種輸電桿塔連接用的復合材料法蘭及其制備方法，屬復合材料輸電桿塔連接用結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域。它由一法蘭筒體和粘接于該法蘭筒體外壁的若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊拼裝而成；其成型方法包括步驟如下1)通過預制模具分別成型法蘭筒體和若干塊結(jié)構(gòu)相同的浮板模塊；2)取步驟1)成型的浮板模塊2-30塊拼裝至所述法蘭筒體外表面且與其通過膠粘劑粘接成一體經(jīng)常溫固化后構(gòu)成所述復合材料法蘭；與金屬法蘭相比，可有效降低法蘭的重量；有效提高其耐腐蝕性和絕緣性，安裝方式靈活，可實現(xiàn)各個部位法蘭等強度、等剛度的設(shè)計要求，不會出現(xiàn)微裂紋和開裂破壞；可操作性強、有利于批量化生產(chǎn)；益于推廣應用。
文檔編號E04H12/00GK102434019SQ201110337830
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者于成, 張雄軍, 彭玉剛, 賈偉, 郝春功 申請人:北京玻鋼院復合材料有限公司