CN103000279A - 一种碳纤维复合材料芯棒及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维复合材料芯棒，其特征在于：在碳纤维芯体外表面设有玻璃纤维层Ⅰ和玻璃纤维层Ⅱ，所述玻璃纤维层Ⅰ由若干股与所述碳纤维芯体平行且从四周均匀包覆所述碳纤维芯体的单向玻璃纤维构成，所述玻璃纤维层Ⅱ由若干股沿所述玻璃纤维层Ⅰ轴向均匀编织的玻璃纤维构成。本发明显著提高了该芯棒的压缩强度与剪切强度，有效地增强了该芯棒的抗卷绕和抗扭转能力；对环氧树脂系胶结剂进行改性，赋予该芯棒导电的功能，直接提高了本发明的输送容量，安全性更高，运行成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合材料芯棒及其加工方法。
背景技术
目前，新型碳纤维复合芯导线中的碳纤维复合材料芯棒具有重量轻、线膨胀系数小等特点。由其制作的铝绞线与普通钢芯铝绞线相比，在相同标称截面积时，碳纤维复合材料芯导线重量较轻；在相同重量时，碳纤维复合材料芯导线标称截面积更大。因此，采用碳纤维复合芯导线可以提高输送容量并可避免由于容量增加使得架空输电线路导线弧垂过大、对地距离不足的问题，既提高输电线路的安全稳定性，又减少了输电走廊；碳纤维复合材料芯导线可在160℃高温下有效运行，而常规钢芯铝绞线的使用温度仅为100℃以下；碳纤维复合材料芯导线耐环境恶化性能好，不生锈，不腐蚀，不与铝导线或其它部件产生电解反应，综合性能优异。通过技术人员对220kV改造线路和500kV新建线路进行的模拟计算可知，在改造线路中使用碳纤维复合材料芯导线倍容，技术可行，在降低造价时具有巨大优势；随着碳纤维复合芯导线价格的下降，在新建输电线路工程中，使用碳纤维复合芯导线在技术经济特性上也具有优势。碳纤维复合芯导线具有重大经济意义和市场前景。
碳纤维复合材料芯棒是碳纤维复合芯导线的核心部分。现有技术中，制造方法是以单向连续碳纤维、玻璃纤维共同作为增强材料，以环氧树脂及其固化体系作为基体，通过树脂浸渍、模具加热、机械牵引等过程制造而成。其缺点在于碳纤维复合材料芯棒中，碳纤维和玻璃纤维均为单向纤维，因而其压缩强度与剪切强度低下，在卷绕、扭转应力作用下容易脆断与劈裂，导致安全性降低，另外，这种碳纤维复合材料芯棒没有导电功能。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种碳纤维复合材料芯棒及其加工方法。本发明采用的技术手段如下：
一种碳纤维复合材料芯棒，其特征在于：在碳纤维芯体外表面设有玻璃纤维层Ⅰ和玻璃纤维层Ⅱ，所述玻璃纤维层Ⅰ由若干股与所述碳纤维芯体平行且从四周均匀包覆所述碳纤维芯体的单向玻璃纤维构成，所述玻璃纤维层Ⅱ由若干股沿所述玻璃纤维层Ⅰ轴向均匀编织的玻璃纤维构成。
优选地，所述玻璃纤维层Ⅰ和所述玻璃纤维层Ⅱ与所述碳纤维芯体之间通过环氧树脂系胶结剂固化连接成一体。
优选地，所述环氧树脂系胶结剂中添加有导电粉末。
本发明还提供了一种碳纤维复合材料芯棒的加工方法，其特征在于包括如下步骤：
①在牵引机的作用下，使碳纤维和部分玻璃纤维进入到充满环氧树脂溶液的树脂槽内，浸渍树脂后再经过预成型器，使碳纤维集中形成碳纤维芯体、玻璃纤维从四周均匀地包覆着所述碳纤维芯体，形成一层湿润的圆形玻璃纤维层Ⅰ，并进入模具；
②通过卧式编织机将另一部分连续的玻璃纤维，在模具进口处以25°-45°夹角编织在运行中的、湿润的带有玻璃纤维层Ⅰ的碳纤维芯体上，形成玻璃纤维层Ⅱ；
③在牵引机的牵引作用下，经过编织后的带有玻璃纤维层Ⅰ和玻璃纤维层Ⅱ的碳纤维芯体进入模具，经过160℃-230℃硬化，一次成型为碳纤维复合材料芯棒。
较现有技术相比，本发明提供的加工方法为通过编织与拉挤两类设备组合，同时且连续工作的工艺制造碳纤维复合材料芯棒，本发明的芯棒中碳纤维芯体、玻璃纤维层均为增强材料，环氧树脂系胶结剂为基体，具有质量轻、高强度、高模量、低的线膨胀系数、导电、耐老化等优异性能，在复合材料制造领域里具有较高的技术含量。本发明的芯棒是制造碳纤维复合芯导线ACCC(AluminumConductor Composite Core)的核心部分与关键技术。
本发明提供的玻璃纤维层是用连续玻璃纤维以一定的夹角编织而成的，显著提高了芯棒的压缩强度与剪切强度，有效地增强了芯棒的抗卷绕和抗扭转能力；此外，对基体材料环氧树脂系胶结剂进行改性，赋予芯棒导电的功能，直接提高了碳纤维复合芯导线的输送容量。
本发明具有较优的力学性能和安全保障性，提高碳纤维复合芯导线的输电容量，运行成本低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种碳纤维复合材料芯棒，在碳纤维芯体1外表面设有玻璃纤维层Ⅰ2和玻璃纤维层Ⅱ3，所述玻璃纤维层Ⅰ2由若干股与所述碳纤维芯体1平行且从四周均匀包覆所述碳纤维芯体1的单向玻璃纤维构成，所述玻璃纤维层Ⅱ3由若干股沿所述玻璃纤维层Ⅰ2轴向均匀编织的玻璃纤维构成。所述玻璃纤维层Ⅰ2和所述玻璃纤维层Ⅱ3与所述碳纤维芯体1之间通过环氧树脂系胶结剂固化连接成一体，所述环氧树脂系胶结剂中添加有导电粉末。
一种碳纤维复合材料芯棒的加工方法，包括如下步骤：
首先，在牵引机的作用下，使碳纤维和部分玻璃纤维进入到充满环氧树脂溶液的树脂槽内，其中环氧树脂溶液中添加有导电粉末，浸渍树脂后再经过预成型器，使碳纤维集中形成碳纤维芯体1、玻璃纤维从四周均匀地包覆着所述碳纤维芯体1，形成一层湿润的圆形玻璃纤维层Ⅰ2，并进入模具；
然后，通过卧式编织机将另一部分连续的玻璃纤维，在模具进口处以25°-45°夹角编织在运行中的、湿润的带有玻璃纤维层Ⅰ2的碳纤维芯体1上，形成玻璃纤维层Ⅱ3，经过外层编织出玻璃纤维层Ⅱ3，克服了复合芯棒完全由单向纤维组成而导致压缩强度低、易劈裂的缺点；
最后，在牵引机的牵引作用下，经过编织后的带有玻璃纤维层Ⅰ2和玻璃纤维层Ⅱ3的碳纤维芯体1进入模具，经过160℃-230℃硬化，一次成型为碳纤维复合材料芯棒。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种碳纤维复合材料芯棒，其特征在于：在碳纤维芯体（1）外表面设有玻璃纤维层Ⅰ（2）和玻璃纤维层Ⅱ（3），所述玻璃纤维层Ⅰ（2）由若干股与所述碳纤维芯体（1）平行且从四周均匀包覆所述碳纤维芯体（1）的单向玻璃纤维构成，所述玻璃纤维层Ⅱ（3）由若干股沿所述玻璃纤维层Ⅰ（2）轴向均匀编织的玻璃纤维构成。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料芯棒，其特征在于：所述玻璃纤维层Ⅰ（2）和所述玻璃纤维层Ⅱ（3）与所述碳纤维芯体（1）之间通过环氧树脂系胶结剂固化连接成一体。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维复合材料芯棒，其特征在于：所述环氧树脂系胶结剂中添加有导电粉末。
4.一种如权利要求1所述的碳纤维复合材料芯棒的加工方法，其特征在于包括如下步骤：
①在牵引机的作用下，使碳纤维和部分玻璃纤维进入到充满环氧树脂溶液的树脂槽内，浸渍树脂后再经过预成型器，使碳纤维集中形成碳纤维芯体（1）、玻璃纤维从四周均匀地包覆着所述碳纤维芯体（1），形成一层湿润的圆形玻璃纤维层Ⅰ（2），并进入模具；
②通过卧式编织机将另一部分连续的玻璃纤维，在模具进口处以25°-45°夹角编织在运行中的、湿润的带有玻璃纤维层Ⅰ（2）的碳纤维芯体（1）上，形成玻璃纤维层Ⅱ（3）；
③在牵引机的牵引作用下，经过编织后的带有玻璃纤维层Ⅰ（2）和玻璃纤维层Ⅱ（3）的碳纤维芯体（1）进入模具，经过160℃-230℃硬化，一次成型为碳纤维复合材料芯棒。
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