CN103646718B - 一种输电线路用纤维复合芯导线 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种输电线路用纤维复合芯导线，该导线由依次设置的纤维复合芯、涂层和外层绞线组成，涂层为选自氟碳树脂涂料、聚脲弹性体涂料、聚氨酯涂料中的一种或多种涂料的涂覆层。该输电线路用纤维复合芯导线耐磨、耐腐蚀、耐湿热、耐水汽、抗紫外，涂层保护纤维复合芯免受环境腐蚀和铝线磨损，提高了纤维复合芯抗老化性能，有效延长了纤维复合芯的使用寿命，提高了纤维复合芯导线的安全可靠性。

Description

一种输电线路用纤维复合芯导线

技术领域

本发明涉及输电电缆领域，具体涉及一种输电线路用纤维复合芯导线。

背景技术

我国不仅发电业的发展滞后，输电业的弊端也凸现出来，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，由于过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”，各国均在研究新型架空输电线路用导线，以取代传统的钢芯铝绞线，纤维复合芯导线由此应运而生。

纤维复合导线是目前全世界电力输变电***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钢导线的新产品，通常的钢芯铝绞线的钢芯被用纤维制成的复合材料芯线所代替，纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、线膨胀系数小、强度大、低线损、弛度小、低弧垂、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，公认为一种新型节能型输电导线，广泛应用于线路增容改造和新建线路中。

碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构，是一种全黑体材料，因此在电热应用中，表现出来的电热转换效率高。在特定的条件下，高温不氧化，单位面积的电流的负荷强度和机械强度不发生改变。目前世界上只有美国和日本开发出碳纤维导线，日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40％左右。

但是，一方面纤维复合芯在服役环境下会受到紫外光、水汽、高温的长期作用，树脂材料会发生降解，导致复合芯性能劣化；另一方面，输电线路长期处于风振工况下，有时甚至会发生舞动等特殊工况，振动或舞动过程中，复合芯表面和铝绞线会发生摩擦，摩擦的结果使得复合芯表面发生磨损甚至破坏，导致复合芯安全性下降。因此，有必要对复合芯导线进行耐磨和耐环境腐蚀保护。

例如申请号为CN201220142300.X，实用新型名称为“一种热塑性树脂碳纤维电缆”的实用新型专利申请，涉及一种热塑性树脂碳纤维电缆，由碳纤维增强环氧树脂复合材料内芯外覆盖的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯，在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯和第一层梯形铝导线之间设置聚四氟乙烯层或绝缘物质层构成的保护性涂层，在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯外覆盖第一层梯形铝导线，在第一层梯形铝导线外覆盖第二层梯形铝导线。聚四氟乙烯层或绝缘物质层主要使芯棒和铝线间完全绝缘，使二者之间不存在接触电位差，使铝导线免受电腐蚀。不能很好的起到耐磨和耐环境腐蚀的作用。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明针对输电线路用纤维复合芯导线纤维复合芯易磨损和受到环境腐蚀的问题，提供了一种输电线路用纤维复合芯导线，该输电线路用纤维复合芯导线制造过程中采用快速涂层涂覆技术，在纤维复合芯表面形成耐磨、耐环境腐蚀涂层。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种输电线路用纤维复合芯导线，导线由依次设置的纤维复合芯、涂层和外层绞线组成，涂层为选自氟碳树脂涂料、聚脲弹性体涂料、聚氨酯涂料中的一种或多种涂料的涂覆层。

进一步的，纤维复合芯为碳纤维复合芯或高强玻纤复合芯。

进一步的，高强玻纤复合芯为玻纤增强环氧树脂制芯。

进一步的，涂层为单层，厚度为50～100μm。

进一步的，涂层为多层，厚度为50～100μm。

进一步的，多层由内至外为耐腐蚀涂料层和耐磨涂料层，耐腐蚀涂料层为氟碳树脂涂料涂覆层，耐磨涂料层为聚脲弹性体涂料涂覆层或聚氨酯涂料涂覆层。

进一步的，氟碳树脂涂料包括热固性氟碳树脂和交联剂，热固性氟碳树脂的共聚链段包括三氟氯乙烯、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、羟烷基烯醚，交联剂为封闭异氰酸酯。

进一步的，聚脲弹性体涂料包括端胺基聚醚树脂、胺扩链剂和MDI预聚物。聚脲弹性体涂料选用喷涂型体系。

进一步的，聚氨酯涂料为外交联水性聚氨酯涂料，包括聚氨酯和交联剂，所述交联剂为氮丙啶。氮丙啶为多官能团氮丙啶。

进一步的，纤维复合芯为圆柱形，直径为5～10mm。

进一步的，涂料为快速固化涂料，固化温度为170～190℃，固化时间为1～4min。

本发明的另一目的为提供了一种制备输电线路用纤维复合芯导线的方法，包括如下步骤：

1)浸胶：经预处理的纤维束在牵引机牵引下，于浸渍胶槽充分浸渍树脂：

过程中排除多余的树脂和气泡；

2)热固化成型：将步骤1所得纤维束拉挤出高温固化模具脱模成型，温度为180～210℃，固化时间为30～90s；

3)涂覆涂层：将热固化成型的纤维复合芯快速冷却后经涂覆装置涂覆涂料；

涂料粘度为300～600cps，涂层厚度为50～100μm；涂层太薄易被磨损，太厚在快速固化过程中易龟裂；

4)后固化成型：将涂覆有涂料的纤维复合芯经高温固化箱后固化，温度为160～200℃，固化时间为3～5min；与复合芯生产线相匹配，选用快速固化涂料，固化温度170-190℃，固化时间为1-4min；

5)于后固化成型的纤维复合芯外包覆外层绞线。

进一步的，步骤3所述涂覆涂层为选用高压喷涂、料槽浸涂或排笔刷涂方法涂覆。

料槽浸涂和排笔刷涂两种方法工艺简单、成本较低，涂层厚度均匀性稍差；

高压喷涂通过控制流量20-50ml/min，调节喷枪压力0.15-0.2MPa控制涂层的厚度和致密性；

涂覆装置为近密封结构，入线口和出线口大小控制为容纳纤维复合芯通过，近密封结构有利于防止喷涂过程中涂料的飞扬，可减少涂料浪费。

纤维复合芯直径为5-10mm圆柱形结构，涂覆装置具备围绕纤维复合芯旋转功能，保证了表面涂层厚度均匀。

由于纤维复合芯采用拉挤工艺，涂覆过程速度是与线芯拉挤速度相同。

快速固化涂料具备耐磨与耐腐蚀，还与纤维复合芯表面具有较好的物理化学相容性，保证了涂料与纤维复合芯的结合强度。

氟碳树脂、聚氨酯涂料由于其憎水性强，抗湿热能力优异，可以用于酸雨或沿海常年湿度、腐蚀性较大的地域输电线路。

聚脲弹性体涂料由于耐磨性较强，可以作为耐磨涂层用在常年风力较大，易于发生振动和舞动地区输电线路。

为了保证涂层的防护效果，涂层的耐磨性(1000g/1000r)小于90mg(GB/T1768-79(89))，结合力大于3MP(GB/T5210-2006)，长期耐热温度为160℃，耐湿热良好(QJ990.10-86)。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1.本发明中的纤维复合芯导线的涂层固化速度快，涂覆成本低。

2.本发明中的纤维复合芯导线的涂层耐磨、耐腐蚀、耐湿热、耐水汽、抗紫外，保护纤维复合芯免受环境腐蚀和铝线磨损，提高了纤维复合芯抗老化性能，有效延长了纤维复合芯的使用寿命，提高了纤维复合芯导线的安全可靠性。

3.本发明中的纤维复合芯导线避免了双金属间腐蚀。

4.本发明中的纤维复合芯导线提供了更高的载流容量，同时也有效的降低了工程成本。

5.本发明中的纤维复合芯导线具有高强度线芯，减少电缆架的数量，降低了电缆架的高度，节省用地，减少有色金属资源消耗，有助于构造安全、环保、高效节约型输电网络。

6.本发明中的纤维复合芯导线易于快速成型，成本较低、防护性能好。

7.本发明中的纤维复合芯导线的涂层与纤维复合芯表面结合强度高。

8.本发明中的纤维复合芯导线的涂层不易剥落与开裂。

9.本发明中的纤维复合芯导线制备方法中涂层涂覆装置为近密封结构，入线口和出线口大小控制为容纳纤维复合芯通过，近密封结构有利于防止喷涂过程中涂料的飞扬，可减少涂料浪费。

10.本发明中的纤维复合芯导线制备方法中涂覆装置具备围绕复合芯旋转功能，以保证涂层厚度的均匀性。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

实施例1：

经浸胶处理得到纤维束经190℃成型模具以0.7m/min的速度拉出直径为5mm碳纤维复合芯，经过1分钟风冷冷却后表面温度降至40℃，穿过0.5m密封结构的高压喷涂室，多喷头旋转结构持续动作，围绕复合芯以10转/秒的速度旋转，将料槽中的氟碳树脂涂料，高压喷涂通过控制流量30ml/min，调节喷枪压力0.15MPa均匀喷涂到碳纤维复合芯表面，涂料粘度为300cps，碳纤维复合芯在190℃下后固化不低于4min，测试涂层厚度为70um，漆膜耐磨性(1000g/1000r)为45mg(GB/T1768-79(89))，长期耐热温度为160℃，结合力为6MP(GB/T5210-2006)，耐湿热良好(QJ990.10-86)。

实施例2

经浸胶处理得到纤维束经180℃成型模具以0.4m/min的速度拉出直径为8mm碳纤维复合芯，经过1分钟冷却后表面温度降至35℃，穿过0.5m密封结构的排比刷涂装置的涂覆腔，自动排胶排笔围绕复合芯0.5转/秒旋转，将料槽中的聚脲弹性体涂料，均匀刷涂到碳纤维复合芯表面，涂料粘度为400cps，碳纤维复合芯在160℃下后固化不低于3min，测试涂层厚度为96um(GB/T13452.2-92)，漆膜耐磨性(1000g/1000r)为43mg(GB/T1768-79(89))，长期耐热温度为165℃，结合力为6MP(GB/T5210-2006)，耐湿热良好(QJ990.10-86)。

实施例3

经浸胶处理得到纤维束经200℃成型模具以0.5m/min的速度拉出直径为10mm高强玻纤复合芯，经过1分钟冷却后表面温度降至30℃，穿过1m密封结构的料槽浸涂装置的涂覆腔，涂覆腔内有一对上下可调节滑轮装置，滑轮卡住高强玻纤复合芯施加向下压力，使高强玻纤复合芯浸入料槽中的高耐磨聚氨酯涂料，涂料粘度为600cps，高强玻纤复合芯在200℃下后固化5min，测试涂层厚度为90um(GB/T13452.2-92)，漆膜耐磨性(1000g/1000r)为42mg(GB/T1768-79(89))，长期耐热温度为165℃，结合力为5MP(GB/T5210-2006)，耐湿热良好(QJ990.10-86)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种输电线路用纤维复合芯导线，所述导线由依次设置的纤维复合芯、涂层和外层绞线组成，其特征在于：所述涂层为选自氟碳树脂涂料、聚脲弹性体涂料、聚氨酯涂料中的多种涂料的涂覆层；

所述涂层为多层，厚度为50～100μm；

所述多层由内至外为耐腐蚀涂料层和耐磨涂料层，所述耐腐蚀涂料层为氟碳树脂涂料涂覆层，所述耐磨涂料层为聚脲弹性体涂料涂覆层或聚氨酯涂料涂覆层；

所述氟碳树脂涂料包括热固性氟碳树脂和交联剂，所述热固性氟碳树脂的共聚链段包括三氟氯乙烯、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、羟烷基烯醚，所述交联剂为封闭异氰酸酯。

2.如权利要求1所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述纤维复合芯为碳纤维复合芯或高强玻纤复合芯。

3.如权利要求2所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述高强玻纤复合芯为玻纤增强环氧树脂制芯。

4.如权利要求1所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述聚脲弹性体涂料包括端胺基聚醚树脂、胺扩链剂和MDI预聚物。

5.如权利要求1所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述聚氨酯涂料为外交联水性聚氨酯涂料，包括聚氨酯和交联剂，所述交联剂为氮丙啶。

6.如权利要求1所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述纤维复合芯为圆柱形，直径为5～10mm。

7.如权利要求1所述的一种输电线路用纤维复合芯导线，其特征在于：所述涂料为快速固化涂料，固化温度为170～190℃，固化时间为1～4min。

8.一种制备如权利要求1所述输电线路用纤维复合芯导线的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)浸胶：经预处理的纤维束在牵引机牵引下，于浸渍胶槽充分浸渍树脂；

2)热固化成型：将步骤1所得纤维束拉挤出高温固化模具脱模成型，温度为180～210℃，固化时间为30～90s；

3)涂覆涂层：将热固化成型的纤维复合芯快速冷却后经涂覆装置涂覆涂料；

涂料粘度为300～600cps，涂层厚度为50～100μm；

4)后固化成型：将涂覆有涂料的纤维复合芯经高温固化箱后固化，温度为160～200℃，固化时间为3～5min；

5)于后固化成型的纤维复合芯外包覆外层绞线。

9.如权利要求8所述的一种制备输电线路用纤维复合芯导线的方法，其特征在于：步骤3所述涂覆涂层为选用高压喷涂、料槽浸涂或排笔刷涂方法涂覆。