[发明专利]一种改善性能的架空导线用纤维复合芯棒及其制备方法

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力传输用架空导线的纤维复合芯棒，尤其涉及一种制造成本低、具有较高的性价比、具有优异的机械、热及热老化、蠕变性能的复合芯棒及其制备方法。

背景技术

[0002] 架空导线又称为扩容导线。现有的架空导线是碳纤维复合芯架空导线，其结构为：中心是碳纤维复合芯棒，外围是与碳纤维复合芯棒同心绞合的梯形软铝型线。

碳纤维复合芯棒的横截面为圆形，纵向是均匀的圆棒结构。碳纤维复合芯棒分成二层结构的碳纤维复合芯棒和三层结构的碳纤维复合芯棒。

所述二层结构的碳纤维复合芯棒，其内层是碳纤维复合部分，外层是玻璃纤维复合绝缘部分。

所述三层结构的碳纤维复合芯棒，其内层是玻璃纤维复合部分，中间层是碳纤维复合部分，外层是玻璃纤维复合绝缘部分。

无论二层结构还是三层结构的碳纤维复合芯棒，其外层的玻璃纤维复合绝缘部分在一定的机械性能情况下，能够降低产品的成本，还能起到绝缘层的作用，以避免架空导线在碳纤维复合芯棒中产生电力损耗。

所述三层结构的碳纤维复合芯棒的内层是玻璃纤维复合部分，是为了降低产品的材料成本而设计的。

碳纤维复合芯架空导线，采用高性能碳纤维复合材料作为导线芯棒，具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。     这种碳纤维复合芯架空导线，关键技术在于碳纤维复合芯棒，现有的产品问题在于碳纤维材料成本高昂，原材料来源受到一定程度的限制，限制了架空导线的推广应用。

碳纤维生产主要的技术含量在于原丝技术，虽然国内一些企业能制造出（或接近）T300级和T700级的碳纤维产品，但是质量并不稳定，这说明原丝问题没有得到彻底解决。比如生产现在较普遍使用的聚丙烯晴基（PAN）原丝生产工业级碳纤维，并不是简单地将温度烧高，就能做出质量稳定的碳纤维，比如聚丙烯晴基（PAN）做出的腈纶结构是不定性的，方向很乱，这是碳纤维行业最大的问题。制造上需要在适当的温度，给予纤维恰当的力学处理。碳纤维制造的重要部分在原丝技术上，但是目前国内行业在该技术的储备和应用能力上是极其欠缺的。不仅需要政策的扶持，资金的投入，还需要大型化纤企业的介入，才能将碳纤维技术的成本降下来。

拉挤成型是制造高性能、低成本连续复合材料的一种重要方法，拉挤成型工艺要求基体树脂应具有反应速度快、粘度低、适用期长等特点，常用的快速拉挤用树脂主要是自由基固化型的不饱和聚酯树脂。此类树脂的拉挤工艺性能优良，但存在耐热性能较低的缺点。虽然部分树脂具有较好的耐热性能，但固化物的玻璃化转变温度Tg一般不高于180℃，而对于高性能碳纤维复合材料往往存在界面性能较差，带来拉伸强度和韧性差的问题。通过对通用型环氧树脂进行改性虽然可以获得较高的耐热性能，但难以适用于规模化生产。

综上所述，现有的碳纤维复合芯棒存在的问题在于碳纤维成本高昂，材料来源不很广泛，其耐热性能低，复合材料的界面性能较差，影响到复合芯棒的温度和机械性能。

发明内容

[0012] 本发明要解决的技术问题在于：克服现有的碳纤维复合芯棒成本高昂、材料来源不广泛、耐热性能低、复合材料界面差的缺陷，提供一种制造成本低、具有较高的性价比、具有优异的机械、热及热老化、蠕变性能的复合芯棒及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的第一个技术方案是：一种改善性能的架空导线用纤维复合芯棒，其包括连续玄武岩纤维无捻粗纱以及通过均匀浸渍而形成在该连续玄武岩纤维无捻粗纱周围的环氧树脂部分；所述复合芯棒由如下步骤制备而成：步骤1：用偶联剂将纳米SiO₂进行表面处理；步骤2：用步骤1处理后的纳米SiO₂制备纳米SiO₂浸润液，并用纳米SiO₂  浸润液对连续玄武岩纤维无捻粗纱进行表面粗化及亲油性改造，在处理过程中以超声波装置进行处理；步骤3：用偶联剂将碳酸钙晶须和四角氧化锌晶须进行表面处理；步骤4：用步骤3处理后的碳酸钙晶须和四角氧化锌晶须制备环氧树脂浸渍溶液，将步骤2处理后的连续玄武岩纤维无捻粗纱送入该环氧树脂浸渍溶液中充分浸渍，在该连续玄武岩纤维无捻粗纱周围形成环氧树脂结构，在处理过程中以超声波装置进行处理；步骤5：将步骤4得到的该连续玄武岩纤维无捻粗纱经过拉挤工艺，最后得到所述复合芯棒。