專(zhuān)利名稱(chēng)：一種碳纖維復(fù)合材料芯棒及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料芯棒及其加工方法。
背景技術(shù)：
目前，新型碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)中的碳纖維復(fù)合材料芯棒具有重量輕、線(xiàn)膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)。由其制作的鋁絞線(xiàn)與普通鋼芯鋁絞線(xiàn)相比，在相同標(biāo)稱(chēng)截面積時(shí)，碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線(xiàn)重量較輕；在相同重量時(shí)，碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)稱(chēng)截面積更大。因此，采用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)可以提高輸送容量并可避免由于容量增加使得架空輸電線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)弧垂過(guò)大、對(duì)地距離不足的問(wèn)題，既提高輸電線(xiàn)路的安全穩(wěn)定性，又減少了輸電走廊；碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線(xiàn)可在160°C高溫下有效運(yùn)行，而常規(guī)鋼芯鋁絞線(xiàn)的使用溫度僅為100°C以下；碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線(xiàn)耐環(huán)境惡化性能好，不生銹，不腐蝕，不與鋁導(dǎo)線(xiàn)或其它部件產(chǎn)生電解反應(yīng)，綜合性能優(yōu)異。通過(guò)技術(shù)人員對(duì)220kV改造線(xiàn)路和500kV新建線(xiàn)路進(jìn)行的模擬計(jì)算可知，在改造線(xiàn)路中使用碳纖維復(fù)合材料芯導(dǎo)線(xiàn)倍容，技術(shù)可行，在降低造價(jià)時(shí)具有巨大優(yōu) 勢(shì)；隨著碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)價(jià)格的下降，在新建輸電線(xiàn)路工程中，使用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性上也具有優(yōu)勢(shì)。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)具有重大經(jīng)濟(jì)意義和市場(chǎng)前景。碳纖維復(fù)合材料芯棒是碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的核心部分。現(xiàn)有技術(shù)中，制造方法是以單向連續(xù)碳纖維、玻璃纖維共同作為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧樹(shù)脂及其固化體系作為基體，通過(guò)樹(shù)脂浸潰、模具加熱、機(jī)械牽引等過(guò)程制造而成。其缺點(diǎn)在于碳纖維復(fù)合材料芯棒中，碳纖維和玻璃纖維均為單向纖維，因而其壓縮強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度低下，在卷繞、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用下容易脆斷與劈裂，導(dǎo)致安全性降低，另外，這種碳纖維復(fù)合材料芯棒沒(méi)有導(dǎo)電功能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種碳纖維復(fù)合材料芯棒及其加工方法。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下—種碳纖維復(fù)合材料芯棒，其特征在于在碳纖維芯體外表面設(shè)有玻璃纖維層I和玻璃纖維層II，所述玻璃纖維層I由若干股與所述碳纖維芯體平行且從四周均勻包覆所述碳纖維芯體的單向玻璃纖維構(gòu)成，所述玻璃纖維層II由若干股沿所述玻璃纖維層I軸向均勻編織的玻璃纖維構(gòu)成。優(yōu)選地，所述玻璃纖維層I和所述玻璃纖維層II與所述碳纖維芯體之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑固化連接成一體。優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑中添加有導(dǎo)電粉末。本發(fā)明還提供了一種碳纖維復(fù)合材料芯棒的加工方法，其特征在于包括如下步驟①在牽引機(jī)的作用下，使碳纖維和部分玻璃纖維進(jìn)入到充滿(mǎn)環(huán)氧樹(shù)脂溶液的樹(shù)脂槽內(nèi)，浸潰樹(shù)脂后再經(jīng)過(guò)預(yù)成型器，使碳纖維集中形成碳纖維芯體、玻璃纖維從四周均勻地包覆著所述碳纖維芯體，形成一層濕潤(rùn)的圓形玻璃纖維層I，并進(jìn)入模具；
②通過(guò)臥式編織機(jī)將另一部分連續(xù)的玻璃纖維，在模具進(jìn)口處以25° -45°夾角編織在運(yùn)行中的、濕潤(rùn)的帶有玻璃纖維層I的碳纖維芯體上，形成玻璃纖維層II ；
③在牽引機(jī)的牽引作用下，經(jīng)過(guò)編織后的帶有玻璃纖維層I和玻璃纖維層II的碳纖維芯體進(jìn)入模具，經(jīng)過(guò)160°C -230°C硬化，一次成型為碳纖維復(fù)合材料芯棒。
較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的加工方法為通過(guò)編織與拉擠兩類(lèi)設(shè)備組合，同時(shí)且連續(xù)工作的工藝制造碳纖維復(fù)合材料芯棒，本發(fā)明的芯棒中碳纖維芯體、玻璃纖維層均為增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑為基體，具有質(zhì)量輕、高強(qiáng)度、高模量、低的線(xiàn)膨脹系數(shù)、導(dǎo)電、耐老化等優(yōu)異性能，在復(fù)合材料制造領(lǐng)域里具有較高的技術(shù)含量。本發(fā)明的芯棒是制造碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)ACCC (Aluminum Conductor Composite Core)的核心部分與關(guān)鍵技術(shù)。
本發(fā)明提供的玻璃纖維層是用連續(xù)玻璃纖維以一定的夾角編織而成的，顯著提高了芯棒的壓縮強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度，有效地增強(qiáng)了芯棒的抗卷繞和抗扭轉(zhuǎn)能力；此外，對(duì)基體材料環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑進(jìn)行改性，賦予芯棒導(dǎo)電的功能，直接提高了碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的輸送容量。
本發(fā)明具有較優(yōu)的力學(xué)性能和安全保障性，提高碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的輸電容量， 運(yùn)行成本低。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所75,—種碳纖維復(fù)合材料芯棒,在碳纖維芯體I外表面設(shè)有玻璃纖維層I2和玻璃纖維層II 3，所述玻璃纖維層I 2由若干股與所述碳纖維芯體I平行且從四周均勻包覆所述碳纖維芯體I的單向玻璃纖維構(gòu)成，所述玻璃纖維層II 3由若干股沿所述玻璃纖維層I 2軸向均勻編織的玻璃纖維構(gòu)成。所述玻璃纖維層I 2和所述玻璃纖維層II 3與所述碳纖維芯體I之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑固化連接成一體，所述環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑中添加有導(dǎo)電粉末。
一種碳纖維復(fù)合材料芯棒的加工方法，包括如下步驟
首先，在牽引機(jī)的作用下，使碳纖維和部分玻璃纖維進(jìn)入到充滿(mǎn)環(huán)氧樹(shù)脂溶液的樹(shù)脂槽內(nèi)，其中環(huán)氧樹(shù)脂溶液中添加有導(dǎo)電粉末，浸潰樹(shù)脂后再經(jīng)過(guò)預(yù)成型器，使碳纖維集中形成碳纖維芯體1、玻璃纖維從四周均勻地包覆著所述碳纖維芯體1，形成一層濕潤(rùn)的圓形玻璃纖維層I 2，并進(jìn)入模具；
然后，通過(guò)臥式編織機(jī)將另一部分連續(xù)的玻璃纖維，在模具進(jìn)口處以25° -45° 夾角編織在運(yùn)行中的、濕潤(rùn)的帶有玻璃纖維層I 2的碳纖維芯體I上，形成玻璃纖維層II 3， 經(jīng)過(guò)外層編織出玻璃纖維層II 3，克服了復(fù)合芯棒完全由單向纖維組成而導(dǎo)致壓縮強(qiáng)度低、 易劈裂的缺點(diǎn)；
最后，在牽引機(jī)的牽引作用下，經(jīng)過(guò)編織后的帶有玻璃纖維層I 2和玻璃纖維層 II3的碳纖維芯體I進(jìn)入模具，經(jīng)過(guò)160°C -230°c硬化，一次成型為碳纖維復(fù)合材料芯棒。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù) 方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維復(fù)合材料芯棒，其特征在于在碳纖維芯體(I)外表面設(shè)有玻璃纖維層 I (2)和玻璃纖維層II (3)，所述玻璃纖維層I (2)由若干股與所述碳纖維芯體(I)平行且從四周均勻包覆所述碳纖維芯體(I)的單向玻璃纖維構(gòu)成，所述玻璃纖維層II (3)由若干股沿所述玻璃纖維層I (2)軸向均勻編織的玻璃纖維構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維復(fù)合材料芯棒，其特征在于所述玻璃纖維層I(2)和所述玻璃纖維層II (3)與所述碳纖維芯體(I)之間通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑固化連接成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碳纖維復(fù)合材料芯棒，其特征在于所述環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑中添加有導(dǎo)電粉末。
4.一種如權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料芯棒的加工方法，其特征在于包括如下步驟①在牽引機(jī)的作用下，使碳纖維和部分玻璃纖維進(jìn)入到充滿(mǎn)環(huán)氧樹(shù)脂溶液的樹(shù)脂槽內(nèi)，浸潰樹(shù)脂后再經(jīng)過(guò)預(yù)成型器，使碳纖維集中形成碳纖維芯體(I)、玻璃纖維從四周均勻地包覆著所述碳纖維芯體(1)，形成一層濕潤(rùn)的圓形玻璃纖維層I (2)，并進(jìn)入模具；②通過(guò)臥式編織機(jī)將另一部分連續(xù)的玻璃纖維，在模具進(jìn)口處以25°-45°夾角編織在運(yùn)行中的、濕潤(rùn)的帶有玻璃纖維層I (2)的碳纖維芯體(I)上，形成玻璃纖維層II (3)；③在牽引機(jī)的牽引作用下，經(jīng)過(guò)編織后的帶有玻璃纖維層I(2)和玻璃纖維層II (3) 的碳纖維芯體(I)進(jìn)入模具，經(jīng)過(guò)160°C _230°C硬化，一次成型為碳纖維復(fù)合材料芯棒。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種碳纖維復(fù)合材料芯棒，其特征在于在碳纖維芯體外表面設(shè)有玻璃纖維層Ⅰ和玻璃纖維層Ⅱ，所述玻璃纖維層Ⅰ由若干股與所述碳纖維芯體平行且從四周均勻包覆所述碳纖維芯體的單向玻璃纖維構(gòu)成，所述玻璃纖維層Ⅱ由若干股沿所述玻璃纖維層Ⅰ軸向均勻編織的玻璃纖維構(gòu)成。本發(fā)明顯著提高了該芯棒的壓縮強(qiáng)度與剪切強(qiáng)度，有效地增強(qiáng)了該芯棒的抗卷繞和抗扭轉(zhuǎn)能力；對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂系膠結(jié)劑進(jìn)行改性，賦予該芯棒導(dǎo)電的功能，直接提高了本發(fā)明的輸送容量，安全性更高，運(yùn)行成本更低。
文檔編號(hào)H01B7/18GK103000279SQ20121054377
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者張世平 申請(qǐng)人:大連元盛科技開(kāi)發(fā)有限公司