[发明专利]用于架空输电线路导线的芳纶纤维与碳纤维复合芯

说明书

技术领域

本发明涉及架空输电线路导线领域，具体的是涉及用于架空输电线路导线的的芳纶纤维与碳纤维复合芯。

背景技术

随着材料技术的不断进步，20世纪末人们尝试用有机复合材料代替金属材料制作导线的芯材，开发出了新型复合材料合成芯导线。这种导线充分发挥了有机复合材料的特点，与目前各种架空导线相比，具有重量轻、强度高、热稳定性好、驰度低、载流量大、耐腐蚀的特点，从节能、节地、节材、环保、提高输电能力等方面看，具有很好的应用前景，特别适用于老线路的改造。20世纪90年代日本开发了复合材料合成芯导线，产品分为碳纤维芯铝绞线(ACFR)和耐热碳纤维芯耐热铝合金绞线(TACFR)两种，前者在实际线路试验了4年多。复合材料芯线主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。用12000根直径为7μ的PAN系碳纤维涂上未硬化的热硬化性树脂绞在一起，在缠上有机纤维形成一根股线，然后用7根股线绞成合成绞线。再经过最后的热处理使树脂完全硬化，最后形成复合材料芯线。复合材料芯线质量是常规钢芯的约1/5，线膨胀系数约为1/12。试验证明，这种新型复合材料芯导线的抗拉强度远远超过了ACSR，在常温下的应力——伸长特性呈现弹性体，没有塑性变性，破断时的伸长量比钢绞线小，约为1.6％。耐热性基本与ACSR相同。

美国新型复合材料合成芯导线开发研究较为成功的是CTC公司，2003年该公司又推出了型号为ACCC的复合材料合成芯导线——碳纤维复合芯铝绞线。它的芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，碳纤维采用聚酰胺耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强的耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，在环氧树脂浸渍，然后在高温模子中固化成型为复合材料芯线。芯线外层与邻外层为梯形截面铝线股。导线已完成常规的型式试验，具有良好的机械特性和电气特性。ACCC碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及进口殷刚导线的新产品，ACCC碳纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。

国内现有的导线都是由导电性能好的金属丝或金属条形成。这种导线抗拉强度低且不柔软，使用起来易折断。同时由于金属的特性，用金属制成的导线随环境温度的变化热胀冷缩严重，以至于在天冷的时候经常导线自身被拉断。国内也有人开始研究碳纤维复合芯铝绞线和碳纤维复合芯铝绞线，但没有具体的实用参数，没有取得实质性的进展。国内有人试用玻璃纤维增强塑料与碳纤维复合芯制作加强芯(FRP)虽然具有轻质高强、耐腐蚀、抗静电及防啮咬等优点，但是生产速率满，弯曲半径较大。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的主要目的旨在提供一种新型的、高强度的，并且能够提供更高实用性的用于架空输电线路导线的芳纶纤维与碳纤维复合芯。

本发明需要解决的基本问题是：要选用合适的树脂作为基体材料与芳纶纤维结合；与包裹在内芯的碳纤维共同形成导线内的加强骨架芯棒；采用新工艺将以上材料加以结合。

本发明采用的技术方案为：采用环氧树脂材料可以获得较好的与芳纶纤维的结合性；通过镀格模具与包裹在内芯的碳纤维共同形成导线内的加强骨架芯棒，具体经严格温控加热，经连续拉桥工艺成型并经挤塑机涂覆护套科，可以较好解决热固性工艺和热塑性工艺的结合问题，从而获得较优良的产品品质，达到预定技术解决目标。

本发明所述的用于架空输电线路导线的芳纶纤维与碳纤维复合芯，是采用热固性工艺复合芳纶纤维和热固性树脂，其直径为8mm～25mm；碳纤维复合芯直径为6mm～20mm。

本发明所述的芳纶纤维与环氧树脂包裹碳纤维加强芯，是采用热塑性工艺将PE涂覆在芳纶纤维和热固性树脂复合而成的内包裹碳纤维加强芯的杆体上。

本发明所述的芳纶光缆加强芯的热固化工艺中对模具加热进行严格控制，熟化区域200±10℃和定型区域140±10℃。

本发明所采用的基体材料为环氧树脂及乙烯基树脂。