CN103485570A - 一种内加筋复合材料杆塔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内加筋复合材料杆塔，由内加筋结构单元1和增强层2组成，内加筋结构单元1和增强层2由增强纤维和基体树脂复合制成，所述的多个内加筋结构单元1组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构，所述的增强层2包裹在多个内加筋结构单元1组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构外部。本发明较空心缠绕成型复合材料杆塔相比，具有复合材料杆塔强度、刚度更高，大大提高了抗剪能力；制备过程中不容易产生气泡，杆塔内孔隙少，提高了杆塔的强度和抗失稳能力，此外大大减少了挥发性物质污染环境；设备投资少在当前小规模应用条件下，较缠绕成型方法得到的产品成本更低。

Description

一种内加筋复合材料杆塔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料杆塔，尤其涉及一种绝缘内加筋复合材料杆塔及其制备方法，可以作为电力线路、通讯设施，铁路电气化，轨道交通及公共事业及相关领域的绝缘支撑构件。

背景技术

传统的杆塔普遍存在笨重、易腐烂、锈蚀或开裂、寿命短的缺点，且施工和运输困难，容易出现各种安全隐患，随着新材料技术及其制备工艺的发展，复合材料得到了快速发展，复合材料杆塔具有质量轻、耐腐蚀、强度高、寿命更长等优点，维护成本低且能承受极端的气候条件，在电力线路、通讯设施，铁路电气化，轨道交通及公共设施等工程中可以很好的取代传统的木杆、钢筋混凝土杆和铁杆。

目前复合材料杆塔截面形状主要为空心结构，其成型工艺主要为缠绕成型制备工艺，如专利CN102127986A、CN2898202Y、CN101718151A、CN102618017A等。缠绕成型制备工艺是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液、连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化制成一定形状制品的方法。这种杆塔的主要缺点在于：1)在缠绕过程中，容易产生气泡，造成杆塔内孔隙过多，从而降低层间剪切强度并降低压缩强度和抗失稳能力；2)在缠绕过程中，纤维张力很能控制，纱带及搭接尺寸要严格控制，并且必须排布均匀，否则会造成杆塔中纤维的初始应力不均，内外松紧不等，杆塔强度受到影响，而部分纱带搭接有缝隙或某部位滑纱，使杆塔纤维含量不足或造成局部薄弱区域；3)采用缠绕成型制备工艺，设备投资较大，设备占地面积大，技术要求高，只有大批量生产时才能降低成本；4)浸胶、凝胶和固化过程中会排出挥发性物质污染环境；5)无法制备空腔内加筋结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内加筋复合材料杆塔，以解决空心结构复合材料杆塔强度低的问题；同时提供内加筋复合材料杆塔制备方法，以解决复合材料杆塔制备过程中容易产生气泡，减少挥发性物质污染环境的问题。

为解决存在的技术问题，本发明采用的技术方案为：一种内加筋复合材料杆塔，由内加筋结构单元1和增强层2组成，内加筋结构单元1和增强层2由增强纤维和基体树脂复合制成，所述的多个内加筋结构单元1组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构，所述的增强层2包裹在多个内加筋结构单元1组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构外部。

所述的内加筋复合材料杆塔的截面形状可以为六边形、圆形、三角形、椭圆形、方形或其它形状等，本发明优选六边形、圆形、三角形。

所述的内加筋复合材料杆塔的内加筋结构单元1的截面形状可根据使用要求采用梯形、扇形、圆形、三角形、方形或其它形状等，本发明优选梯形或扇形。

所述的内加筋结构单元1和增强层2的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、石墨纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维纱线等的一种或由两种或两种以上混杂而成。

本发明杆塔用作电缆等输电线路支撑时，为了安全，所述的增强纤维最好为玻璃纤维或其他不导电纤维。

所述的增强纤维的增强形式是平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布、多轴向经编布的一种或多种。

所述的内加筋结构单元1和增强层2的基体树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂等热固性树脂或热塑性树脂的一种。

所述的内加筋复合材料杆的内加筋结构由3个或3个上内加筋结构单元1组合构成。

内加筋复合材料杆塔的制备方法，其制备过程包括以下几个步骤：

1)内加筋结构单元模具3预处理，清理内加筋结构单元模具3，并修补平整，然后在内加筋结构单元模具3表面喷涂封孔剂和脱模剂；

2)制备内加筋结构单元1的预制体，在预处理后的内加筋结构单元模具3上缠绕增强纤维，形成内加筋结构单元1的预制体；

3)形成内加筋结构单元1的组合预制体，将步骤2)制备的内加筋结构单元1的预制体组合起来，形成内加筋结构单元1的组合预制体；

4)制备外表面增强层2，在步骤3)形成的内加筋结构单元1的组合预制体外表面缠绕玻璃纤维布制备增强层2，得到杆塔的预成型体；

5)裁剪和铺覆脱模布，将裁剪好的脱模布铺放在步骤4)中得到的杆塔的预成型体表面，并使之完全覆盖该杆塔的预成型体；

6)铺设辅助材料体系，在步骤5)所述的脱模布表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口；

7)真空袋膜密封，采用双层真空袋膜将步骤5)和6)中的杆塔的预成型体及辅助材料体系密封，首先用第一层真空袋在模具上密封整个杆塔的预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜***，并抽真空继续检查气密性，直到气密性达到要求；

8)基体树脂体系充模浸渍预成型体：开启注胶口将搅拌均匀并且经过脱泡处理的基体树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述杆塔的预成型体，待基体树脂体系完全浸渍杆塔的预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度；

9)固化成型及后处理，固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理。

内加筋复合材料杆塔的内加筋结构单元模具，所述的模具截面特征和杆塔的内加筋结构单元1的截面特征相同，可以采用术质模具、金属模具、玻璃钢模或弹性密封袋里面充满液体或气体柔性芯模。

本发明的有益效果在于：

本发明较空心缠绕成型复合材料杆塔相比，具有以下优点：1)内加筋结构使得复合材料杆塔强度、刚度更高，大大提高了抗剪能力；2)本发明为闭模成型方法，制备过程中不容易产生气泡，杆塔内孔隙少，提高了杆塔的强度和抗失稳能力，此外大大减少了挥发性物质污染环境；3)本发明模具易于制造，设备投资少在当前小规模应用条件下，较缠绕成型方法得到的产品成本更低。

附图说明

图1为本发明制备方法流程图；

图2为复合材料六边形杆塔示意图；

图3为复合材料六边形杆塔内加筋结构单元模具示意图；

图4为复合材料六边形杆塔内加筋结构单元示意图；

图5为复合材料六边形杆塔内加筋结构单元组合示意图；

图6为复合材料圆形杆塔结构示意图；

图7为复合材料圆形杆塔内加筋结构单元示意图；

图8为复合材料圆形杆塔内加筋结构单元组合示意图；

图9为复合材料三角形杆塔结构示意图；

图10为复合材料三角形杆塔内加筋结构单元示意图；

图11为复合材料三角形杆塔内加筋结构单元组合示意图；

图中，1为内加筋结构单元，2为增强层，3为内加筋结构单元模具。

具体实施方式

下面结合附图具体说明该发明的具体实施方式。

实施例1：

制备如图2所示的六边形复合材料杆塔。材质：1)增强纤维，双轴向经编玻璃纤维布；2)基体树脂，环氧树脂。内加筋结构单元模具3如图3所示，内加筋结构单元模具3的材质为铝合金。其制备方法流程如图1所示，包括以下几个步骤：

1)内加筋结构单元模具3预处理：用酒精将内加筋结构单元模具3表面擦拭干净，然后在内加筋结构单元模具3表面喷涂AXEL S-19C封孔剂和AXELX-807脱模剂；

2)制备内加筋结构单元1的预制体：在预处理后的内加筋结构单元模具3上缠绕双轴向经编玻璃纤维布，形成内加筋结构单元1的预制体，如图4所示：

3)形成内加筋结构单元1的组合预制体：将步骤2)制备的如图4的内加筋结构单元1的预制体组合起来，形成内加筋结构单元1的组合预制体，如图5所示；

4)制备外表面增强层2：在步骤3)形成的如图5的内加筋结构单元1的组合预制体外表面缠绕双轴向经编玻璃纤维布制备增强层2，得到杆塔的预成型体；

5)裁剪和铺覆脱模布：将裁剪好的R85PA66脱模布铺放在步骤4)中得到的预成型体表面，并使之完全覆盖该杆塔的预成型体；

6)铺设辅助材料体系：在上述脱模布上表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口；

7)真空袋膜密封：采用双层真空袋膜(法国Aerorac公司生产的Vacfilm400Y2600型真空袋)密封上述的杆塔的预成型体及辅助材料体系，首先用第一层真空袋在模具上密封整个杆塔的预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性(当真空度达到-0.090Mpa～-0.1Mpa后关闭真空泵，保压15分钟，期间真空度允许下降值小于50mbar)，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜***，并抽真空继续检查气密性，直到气密性达到要求(要求能够持续保持真空度)；

8)基体树脂体系充模浸渍预成型体：开启注胶口将搅拌均匀并且经过脱泡处理的基体树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述预成型体，待基体树脂体系完全浸渍预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度；

9)固化成型及后处理：固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理。

实施例2：

制备如图6所示的圆形复合材料杆塔。材质：1)增强纤维，双轴向经编玻璃纤维布；2)基体树脂，乙烯基树脂。内加筋结构单元1如图7所示，内加筋结构单元1的组合如图8所示。其制备方法和实施例1相同。

实施例3：

制备如图9所示的三角形截面复合材料杆塔。材质：1)增强纤维，双轴向经编玻璃纤维布；2)基体树脂，聚氨酯树脂。内加筋结构单元1如图10所示，内加筋结构单元1的组合如图11所示。其制备方法和实施例1相同。

最后应该说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术立案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种内加筋复合材料杆塔，由内加筋结构单元(1)和增强层(2)组成，内加筋结构单元(1)和增强层(2)由增强纤维和基体树脂复合制成，其特征在于：所述的多个内加筋结构单元(1)组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构，所述的增强层(2)包裹在多个内加筋结构单元(1)组合形成内加筋复合材料杆塔的内加筋结构外部。

2.根据权利要求1所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的内加筋复合材料杆塔的截面形状为六边形、圆形或三角形。

3.根据权利要求2所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的内加筋复合材料杆塔的内加筋结构单元(1)的截面形状分别为梯形或扇形。

4.根据权利要求1所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的内加筋结构单元(1)和增强层(2)的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、石墨纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维纱线的一种或由两种或两种以上混杂而成。

5.根据权利要求4所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的杆塔用作电缆等输电线路支撑时，为了安全，所述的增强纤维最好为玻璃纤维或其他不导电纤维。

6.根据权利要求4或5所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的增强纤维的增强形式是平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布、多轴向经编布的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的内加筋结构单元(1)和增强层(2)的基体树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂等热固性树脂或热塑性树脂的一种。

8.根据权利要求1所述的内加筋复合材料杆塔，其特征在于：所述的内加筋复合材料杆的内加筋结构由3个或3个上内加筋结构单元(1)组合构成。

9.内加筋复合材料杆塔的制备方法，其制备过程包括以下几个步骤：

1)内加筋结构单元模具(3)预处理，清理内加筋结构单元模具(3)，并修补平整，然后在内加筋结构单元模具(3)表面喷涂封孔剂和脱模剂；

2)制备内加筋结构单元(1)的预制体，在预处理后的内加筋结构单元模具(3)上缠绕增强纤维，形成内加筋结构单元(1)的预制体；

3)形成内加筋结构单元(1)的组合预制体，将步骤2)制备的内加筋结构单元1的预制体组合起来，形成内加筋结构单元(1)的组合预制体；

4)制备外表面增强层(2)，在步骤3)形成的内加筋结构单元(1)的组合预制体外表面缠绕玻璃纤维布制备增强层(2)，得到杆塔的预成型体；

5)裁剪和铺覆脱模布，将裁剪好的脱模布铺放在步骤4)中得到的杆塔的预成型体表面，并使之完全覆盖该杆塔的预成型体；

6)铺设辅助材料体系，在步骤5)所述的脱模布表面铺设导流毡、导流管和导气管等真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好模腔中的注胶口和真空抽气口：

7)真空袋膜密封，采用双层真空袋膜将步骤5)和6)中的杆塔的预成型体及辅助材料体系密封，首先用第一层真空袋在模具上密封整个杆塔的预成型体和辅助材料体系，密闭注胶口并将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性，第一层真空袋膜封装气密性达到要求后，用第二层的真空袋膜密封整个第一层袋膜***，并抽真空继续检查气密性，直到气密性达到要求：

8)基体树脂体系充模浸渍预成型体：开启注胶口将搅拌均匀并且经过脱泡处理的基体树脂体系利用真空负压注入成型模腔中浸渍上述杆塔的预成型体，待基体树脂体系完全浸渍杆塔的预成型体后关闭注胶口，并持续抽真空保持成型模腔内的真空度；

9)固化成型及后处理，固化过程中必须保持成型模腔内的真空度直到固化完全，固化完成后进行脱模、修整和清理等后处理。

10.内加筋复合材料杆塔的内加筋结构单元模具，其特征在于：所述的模具截面特征和杆塔的内加筋结构单元(1)的截面特征相同，采用木质模具、金属模具、玻璃钢模或弹性密封袋里面充满液体或气体柔性芯模。

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