CN105350813B - 一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，利用多种纤维混杂成型三维编织物，实现法兰连接件与塔杆复材结构无缝一体成型的三维编织杆塔制备方法，杆塔塔头、塔身及塔腿等部位的不同类型杆件均采用芯部玻璃纤维三维织物过渡到外层碳纤维三维织物的混杂纤维编织结构制备，其中芯部的玻璃纤维织物中心采用碳纤维零度纱做骨架。同时，三维编织复合材料杆塔的杆件之间通过在塔杆端头一体化混杂纤维(碳纤维和玻纤混杂)编织的法兰结构(内嵌金属法兰骨架)进行连接，塔腿与地面基础连接的靴板采用全碳纤维三维编织结构。利用该方法可制备出带复材法兰连接结构的三维编织复合材料输电杆塔部件适用于多种类型输电杆塔的装配应用。

Description

一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，属于复合材料输电杆塔制备技术领域。

背景技术

杆塔是电力输送、通讯、高速铁路以及市政等基础设施的重要并且特种的支撑结构设施，杆塔的结构性能直接影响到不同种类线路的安全性、经济性和可靠性。从杆塔的材质发展来看，国内外在架空输电线路中应用的杆塔主要有木质杆塔、混凝土杆塔或预应力混凝土杆塔、钢管混凝土杆塔、全金属材质杆塔(钢管杆塔或铁塔等)几类。

其中木质杆塔主要应用在加拿大和美国等森林资源较为丰富的地区，混凝土或预应力混凝土杆塔主要应用于南美洲、欧洲、非洲、亚洲等森林资源较为贫乏的地区或发展中国家。就我国而言，基本不再使用木质杆塔，混凝土杆塔之前在35-110V线路上曾大量使用，在330KV及以下线路运输和施工条件较好的平原和丘陵地带也到了一定应用，钢管杆塔和钢管混凝土杆塔在近几年的城市电网建设和改造中应用的较多。传统的输电杆塔在使用过程中长期接受自然环境的考验，存在质量重、易腐烂、锈蚀或开裂等缺点，环境耐久度较差，尤其在沙漠日晒、海水潮湿侵蚀以及风沙吹蚀等自然环境中其使用寿命更加不足。面对这种出现问题的杆塔要进行修复或更换难度较大，其施工运输和运行的极为困难。因此目前纤维复合材料在输电杆塔中的应用逐渐发挥出较大的潜力。

目前的复合材料材质输电杆塔主要采用非连续短纤维作为混凝土增强纤维材料和利用连续纤维复合材料筋材作为钢筋替代材料两种，还有一种全复合材料的输电杆塔通常使用树脂基复合材料通过预浸带缠绕成型。总而言之，传统复合材料杆塔的结构通常均采用零维离散短切纤维增强或者连续纤维二维缠绕形式制备，而对于在复杂环境下使用的杆塔，一方面要受到环境因素的考验，另一方面也要有较强的力学耐久度来经受输电线路的拉力以及侧向风的疲劳载荷，这种力学或者环境考验对于零维或者二维等传统复合材料增强形式来讲较为苛刻，从目前的应用情况来看也存在着诸多问题，特别是复合材料层间界面的破坏一直是此种复合材料杆塔出现缺陷的集中点，除此之外高压输电线路杆塔的塔头、塔身以及塔脚组合大多需要桁架连接，而传统复合材料预埋金属部件的连接方式也存在较多结构缺陷隐患。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种三维编织复合材料输电杆塔及其制备方法，以实现进一步提高复合材料输电杆塔的性能和耐久度的目的。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种三维编织复合材料输电杆塔，包括依次连接的塔头、塔身与塔腿，塔头包括横担杆件以及连接在塔身与横担杆件之间的支撑杆件；塔身包括塔身主肢以及连接在塔身主肢之间的塔身支撑杆；塔腿包括塔腿主肢和连接在塔腿主肢之间的塔腿支撑杆；所述塔头、塔身以及塔腿中的各个部件都包括三维编织骨架和树脂基体；

三维编织骨架包括芯部的玻璃纤维织物和包裹在最外层的混杂纤维织物过渡层，所述玻璃纤维织物的内部设置碳纤维零度纱骨架。

碳纤维零度纱线作为骨架，提高整体复合材料杆塔刚度，在塔杆部件的编织过程中实时调整碳纤维和玻璃纤维沿截面径向由内到外的用量，实现芯部纤维与外部纤维比例的自然过渡变化，从而形成混杂纤维织物整体。

优选的，所述横担杆体的设定位置预埋入陶瓷绝缘端子。

进一步优选的，所述混杂纤维织物过渡层由T300、T700、T800中的一种或多种与玻璃纤维混编而成，所述玻璃纤维织物由高强型S玻璃纤维编织而成。

优选的，所述塔头、塔身与塔腿中的各个部件上都设置有起连接作用的法兰结构，每个法兰结构均包括法兰骨架以及包覆在法兰骨架外侧的三维编织法兰层。

进一步优选的，所述法兰骨架为金属法兰骨架，所述三维编织法兰层将法兰骨架与主体连接为一个整体。金属法兰骨架的金属材质为不锈钢或特种合金钢。

优选的，所述塔头的横担杆件和支撑杆件的碳纤维零度纱骨架的厚度为横担杆件截面半径的5-10％；或玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或多种，玻璃纤维织物的厚度占横担杆件截面半径的70-80％；或所述混杂纤维过渡层由碳纤维和高强玻璃纤维混编而成，碳纤维在混合纱线中的比例为90％以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

优选的，所述塔身的塔身主肢的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔身主肢截面半径的10-15％，塔身支撑杆的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔身支撑杆的半径的5-10％；或塔身主肢和塔身支撑杆的玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种；或塔身主肢的玻璃纤维织物的厚度占塔身主肢截面半径的60-70％，塔身支撑杆的玻璃纤维织物的厚度占塔身支撑杆截面半径的70-80％；或所述塔身主肢和塔身支撑杆的混杂纤维过渡层中，碳纤维在混合纱线中的比例为95％以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

优选的，所述塔腿的塔腿主肢的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔腿主肢截面半径的15-20％，塔腿支撑杆的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔腿支撑杆的半径的5-10％；或塔腿主肢和塔腿支撑杆的玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种；或塔腿主肢的玻璃纤维织物的厚度占塔腿主肢截面半径的50-60％，塔腿支撑杆的玻璃纤维织物的厚度占塔腿支撑杆截面半径的70-80％；或所述塔腿主肢和塔腿支撑杆的混杂纤维过渡层中，碳纤维在混合纱线中的比例为95％以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

优选的，所述三维编织法兰层中的碳纤维纱线占混合纱线用量的50％以上，或三维编织法兰层与杆件主体之间无缝三维编织，编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

优选的，所述树脂基体是热固性树脂和热塑性树脂复合制备的改性树脂；或所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种，所述热塑性树脂为聚氨酯树脂、聚苯硫醚树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或多种，热固性树脂与热塑性树脂的配比根据输电杆塔的工作环境及力学性能要求具体而定。综合热固性和热塑性树脂的力学特点，使复合材料杆塔即具有热固性树脂的刚性又具备热塑性树脂的抗冲击性。

一种三维编织复合材料输电杆塔的制备方法，主要包括以下步骤：

1)分别单独编织输电杆塔的各个部件，在横担杆件的设定位置预埋入陶瓷绝缘端子；

2)在输电杆塔的各个部件与其他部件的连接处预埋法兰骨架，并在法兰骨架的外侧编织三维编织法兰层，并与主体杆件之间进行无缝编织；

3)将编织好的各个部件分别真空导入树脂基体，固化成型；

4)将固化成型的各个部件按顺序连接，即得三维编织复合材料输电杆塔。

优选的，步骤3)中，真空导入的真空度为0.06-0.1MPa；或固化的温度为80-120℃，固化时间为2-4h。

所述的三维编织复合材料输电杆塔在电力输送、通讯、高速铁路以及市政中的应用。

三维编织复合材料是一种运用三维预制体织物结构与高性能树脂复合的类似于均质材料的高性能复合材料，无层间结构强度弱化的特点，在预制体结构中，纤维相互交织、方向具有任意取向的特点，从空间上实现了平面各个方向的纤维比例相同，从而有效的避免的二维复合材料中的分层问题；三维编织可以实现各种复杂形状的一次编织成型，实现了部件的力学性能的均匀性；此外三维编织可以实现多种纤维的混合使用，充分发挥各种纤维的综合特性，同时与高性能树脂复合固化成型，可适应较为复杂的环境和力学要求。

本发明的有益效果是：

(1)本发明是通过法兰连接件与塔杆复合材料结构无缝一体成型的三维编织杆塔制备方法，利用该方法可制备出带法兰连接结构的三维编织复合材料输电杆塔部件适用于多种类型输电杆塔的装配应用。

(2)本发明采用新型的混杂纤维(碳纤维、高强玻纤)过渡一体化三维编织结构，将高强度S玻纤与高强度碳纤维同时运用于复合材料杆塔的制备中，有效发挥了两种纤维的高强度和刚度，有效提高复合材料杆塔的力学性能。

(3)本发明的三维编织复合材料输电杆塔，由截面芯部至表面采用“碳纤维中心骨架结构-高强度S玻纤内芯三维织物结构-高强度碳纤维混杂三维编织结构”的过渡组合，整个结构过渡通过三维编织纱的纱线用量比实现调整，形成无界面层的整体三维织物结构。

(4)采用了金属法兰内芯骨架加全碳纤维三维织物外表面的连接方式，最终通过树脂真空导入法实现带三维编织结构法兰连接件的整体复合材料杆塔件的制备，三维编织法兰与金属法兰内芯骨架可有效提高不同杆塔件的机械连接强度，保证杆塔整体的力学刚度和使用环境耐久度。

附图说明

图1是本发明的横担杆件结构示意图；

图2是本发明的塔身主肢或塔腿主肢的结构示意图；

图3是本发明的塔身支撑杆或塔腿支撑杆的结构示意图。

其中，1、碳纤维中心零度纱骨架，2、玻璃纤维织物，3、混杂纤维织物过渡层，4、金属法兰骨架，5、表面三维编织法兰层，6、陶瓷绝缘端子。

具体实施方式

实施例1

杆塔塔头横担杆件和支撑杆件的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备横担杆件和支撑杆件的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的厚度为占横担杆和支撑杆部件截面半径的6％，配制好零度纱线后，在碳纤维纱线骨架基础上采用三维五向工艺编织三维织物芯部结构，芯部的玻璃纤维织物2的结构编织选用高强型S玻纤为材质进行，整个编织厚度占杆塔横担杆和支撑杆部件截面半径的75％，在芯部玻纤三维织物编织完成后调整纱线类型并引入T700碳纤维，碳纤维在混合纱线中的比例占93％，选用三维四向编织结构进行外层三维织物加工，得到的混杂纤维织物过渡层3的厚度占杆体截面半径的19％。在横担杆件编织过程中在碳纤维混杂织物特定位置预埋陶瓷绝缘端子6，以备横担杆件与输电导线的支撑连接。在横担与支撑杆的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T700碳纤维三维六向编织制备表面三维编织法兰层5。

杆塔塔身主肢、塔身支撑杆的制备：采用T700碳纤维为零度纱制备杆塔塔身主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度为占塔身主肢截面半径的12％，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度占塔身支撑杆截面半径的8％；采用高强S玻璃纤维运用三维六向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔身主肢截面半径的65％，占塔身支撑杆截面半径的75％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中占96％，以碳纤维为主的混合纱线为塔身杆件外层，选用三维五向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔身主肢截面半径的18％，占塔身支撑杆截面半径的15％。在各个部件的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T800碳纤维三维五向编织制备三维编织法兰层5。

杆塔塔腿的塔腿主肢、塔腿支撑杆的制备：采用T800碳纤维为零度纱制备杆塔塔腿主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，T800碳纤维零度纱的厚度为占塔腿主肢截面半径的16％，碳纤维中心零度纱骨架1厚度占塔腿支撑杆截面半径的7％；采用高强S玻璃纤维运用三维四向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔腿主肢截面半径的55％，占塔腿支撑杆截面半径的72％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中占97％，以碳纤维为主的混合纱线为塔腿杆件外层，选用三维七向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔腿主肢截面半径的23％，占塔腿支撑杆截面半径的16％。在塔腿主肢的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T800碳纤维三维四向编织制备三维编织法兰层5。

采用T700碳纤维纱线选用三维四向织物结构制备靴板连接之后，将上述制备的不同复合材料杆塔部件采用环氧树脂与聚氨酯树脂混合改性后的特种树脂(环氧：聚氨酯重量比为5：1)进行真空导入成型。真空导入中真空度保持在0.1MPa，固化温度为110℃，固化时间为2h，最终复合材料杆塔树脂含量为40％。

利用上述不同塔杆的法兰连接结构可有效实现复合材料杆塔整体装配，同时横担杆件预埋的绝缘陶瓷端子可实现输电线的有效支撑。

实施例2

杆塔塔头横担杆件和支撑杆件的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备横担杆件和支撑杆件的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的厚度为占横担杆和支撑杆部件截面半径的7％，配制好零度纱线后，在碳纤维纱线骨架基础上采用三维五向工艺编织三维织物芯部结构，芯部的玻璃纤维织物2的结构编织选用高强型S玻纤为材质进行，整个编织厚度占杆塔横担杆和支撑杆部件截面半径的74％，在芯部玻纤三维织物编织完成后调整纱线类型并引入T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中的比例占92％，选用三维四向编织结构进行外层三维织物加工，得到的混杂纤维织物过渡层3的厚度占杆体截面半径的19％。在横担杆件编织过程中在碳纤维混杂织物特定位置预埋陶瓷绝缘端子6，以备横担杆件与输电导线的支撑连接。在横担与支撑杆的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T300碳纤维三维六向编织制备表面三维编织法兰层5。

杆塔塔身主肢、塔身支撑杆的制备：采用T800碳纤维为零度纱制备杆塔塔身主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度为占塔身主肢截面半径的15％，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度占塔身支撑杆截面半径的9％；采用高强S玻璃纤维运用三维五向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔身主肢截面半径的60％，占塔身支撑杆截面半径的70％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中占97％，以碳纤维为主的混合纱线为塔身杆件外层，选用三维七向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔身主肢截面半径的22％，占塔身支撑杆截面半径的16％。在各个部件的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T300碳纤维三维四向编织制备三维编织法兰层5。

杆塔塔腿的塔腿主肢、塔腿支撑杆的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备杆塔塔腿主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的厚度为占塔腿主肢截面半径的18％，碳纤维中心零度纱骨架1厚度占塔腿支撑杆截面半径的8％；采用高强S玻璃纤维运用三维七向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔腿主肢截面半径的50％，占塔腿支撑杆截面半径的70％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T700碳纤维，碳纤维在混合纱线中占98％，以碳纤维为主的混合纱线为塔腿杆件外层，选用三维四向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔腿主肢截面半径的32％，占塔腿支撑杆截面半径的20％。在塔腿主肢的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T800碳纤维三维六向编织制备三维编织法兰层5。

采用T800碳纤维纱线选用三维五向织物结构制备靴板连接之后，将上述制备的不同复合材料杆塔部件采用不饱和聚酯树脂与聚氨酯树脂混合改性后的特种树脂(不饱和聚酯树脂：聚氨酯重量比为8：1)进行真空导入成型。真空导入中真空度保持在0.08MPa，固化温度为115℃，固化时间为3h，最终复合材料杆塔树脂含量为45％。

利用上述不同塔杆的法兰连接结构可有效实现复合材料杆塔整体装配，同时横担杆件预埋的绝缘陶瓷端子可实现输电线的有效支撑。

实施例3

杆塔塔头横担杆件和支撑杆件的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备横担杆件和支撑杆件的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的半径为占横担杆和支撑杆部件截面半径的9％，配制好零度纱线后，在碳纤维纱线骨架基础上采用三维四向工艺编织三维织物芯部结构，芯部的玻璃纤维织物2的结构编织选用高强型S玻纤为材质进行，整个编织厚度占杆塔横担杆和支撑杆部件截面半径的70％，在芯部玻纤三维织物编织完成后调整纱线类型并引入T800碳纤维，碳纤维在混合纱线中的比例占91％，选用三维四向编织结构进行外层三维织物加工，得到的混杂纤维织物过渡层3的厚度占杆体截面半径的21％。在横担杆件编织过程中在碳纤维混杂织物特定位置预埋陶瓷绝缘端子6，以备横担杆件与输电导线的支撑连接。在横担杆件与支撑杆的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T700碳纤维三维五向编织制备表面三维编织法兰层5。

杆塔塔身主肢、塔身支撑杆的制备：采用T700碳纤维为零度纱制备杆塔塔身主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度为占塔身主肢截面半径的18％，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度占塔身支撑杆截面半径的7％；采用高强S玻璃纤维运用三维四向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔身主肢截面半径的62％，占塔身支撑杆截面半径的71％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中占95％，以碳纤维为主的混合纱线为塔身杆件外层，选用三维五向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔身主肢截面半径的20％，占塔身支撑杆截面半径的22％。在各个部件的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T800碳纤维三维五向编织制备三维编织法兰层5。

杆塔塔腿的塔腿主肢、塔腿支撑杆的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备杆塔塔腿主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的厚度为占塔腿主肢截面半径的14％，碳纤维中心零度纱骨架1厚度占塔腿支撑杆截面半径的7％；采用高强S玻璃纤维运用三维七向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔腿主肢截面半径的51％，占塔腿支撑杆截面半径的69％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T700碳纤维，碳纤维在混合纱线中占99％，以碳纤维为主的混合纱线为塔腿杆件外层，选用三维六向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔腿主肢截面半径的35％，占塔腿支撑杆截面半径的24％。在塔腿主肢的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T700碳纤维三维六向编织制备三维编织法兰层5。碳纤维与玻纤混杂重量比为2：1。

采用T300碳纤维纱线选用三维四向织物结构制备靴板连接之后，将上述制备的不同复合材料杆塔部件采用不饱和聚酯树脂与聚苯硫醚树脂混合改性后的特种树脂(不饱和聚酯树脂：聚苯硫醚重量比为5：1)进行真空导入成型。真空导入中真空度保持在0.07MPa，固化温度为105℃，固化时间为2h，最终复合材料杆塔树脂含量为42％。

利用上述不同塔杆的法兰连接结构可有效实现复合材料杆塔整体装配，同时横担杆件预埋的绝缘陶瓷端子可实现输电线的有效支撑。

实施例4

杆塔塔头横担杆件和支撑杆件的制备：采用T700碳纤维为零度纱制备横担杆件和支撑杆件的碳纤维中心零度纱骨架1，T700碳纤维零度纱的半径为占横担杆和支撑杆部件截面半径的10％，配制好零度纱线后，在碳纤维纱线骨架基础上采用三维四向工艺编织三维织物芯部结构，芯部的玻璃纤维织物2的结构编织选用高强型S玻纤为材质进行，整个编织厚度占杆塔横担杆和支撑杆部件截面半径的65％，在芯部玻纤三维织物编织完成后调整纱线类型并引入T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中的比例占90％，选用三维四向编织结构进行外层三维织物加工，得到的混杂纤维织物过渡层3的厚度占杆体截面半径的25％。在横担杆件编织过程中在碳纤维混杂织物特定位置预埋陶瓷绝缘端子6，以备横担杆件与输电导线的支撑连接。在横担杆件与支撑杆的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T300碳纤维三维六向编织制备表面三维编织法兰层5。

杆塔塔身主肢、塔身支撑杆的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备杆塔塔身主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度为占塔身主肢截面半径的17％，碳纤维中心零度纱骨架1的厚度占塔身支撑杆截面半径的8％；采用高强S玻璃纤维运用三维四向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔身主肢截面半径的61％，占塔身支撑杆截面半径的70％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T300碳纤维，碳纤维在混合纱线中占94％，以碳纤维为主的混合纱线为塔身杆件外层，选用三维五向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔身主肢截面半径的22％，占塔身支撑杆截面半径的22％。在各个部件的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T800碳纤维三维四向编织制备三维编织法兰层5。

杆塔塔腿的塔腿主肢、塔腿支撑杆的制备：采用T300碳纤维为零度纱制备杆塔塔腿主肢的碳纤维中心零度纱骨架1，T300碳纤维零度纱的厚度为占塔腿主肢截面半径的13％，碳纤维中心零度纱骨架1厚度占塔腿支撑杆截面半径的11％；采用高强S玻璃纤维运用三维五向技术进行玻璃纤维织物2制备，玻璃纤维织物2的厚度占塔腿主肢截面半径的50％，占塔腿支撑杆截面半径的65％；在芯部织物完成后调整纱线类型，在高强玻纤纱中引入高强T700碳纤维，碳纤维在混合纱线中占92％，以碳纤维为主的混合纱线为塔腿杆件外层，选用三维六向编织结构，混杂纤维织物过渡层3的厚度占塔腿主肢截面半径的37％，占塔腿支撑杆截面半径的24％。在塔腿主肢的特定连接部位预埋入金属法兰骨架4，在金属法兰骨架4表面采用T700碳纤维三维五向编织制备三维编织法兰层5，其中T700碳纤维与玻纤的重量比在4：1。

采用T300碳纤维纱线选用三维四向织物结构制备靴板连接之后，将上述制备的不同复合材料杆塔部件采用酚醛树脂与聚氨酯树脂混合改性后的特种树脂(酚醛树脂：聚氨酯重量比为6：1)进行真空导入成型。真空导入中真空度保持在0.08MPa，固化温度为115℃，固化时间为2.5h，最终复合材料杆塔树脂含量为43％。

利用上述不同塔杆的法兰连接结构可有效实现复合材料杆塔整体装配，同时横担杆件预埋的绝缘陶瓷端子可实现输电线的有效支撑。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种三维编织复合材料输电杆塔，其特征在于：包括依次连接的塔头、塔身与塔腿，塔头包括横担杆件以及连接在塔身与横担杆件之间的支撑杆件；塔身包括塔身主肢以及连接在塔身主肢之间的塔身支撑杆；塔腿包括塔腿主肢和连接在塔腿主肢之间的塔腿支撑杆；所述塔头、塔身以及塔腿中的各个部件都包括三维编织骨架和树脂基体；

所述三维编织骨架包括芯部的玻璃纤维织物和包裹在最外层的混杂纤维织物过渡层，所述玻璃纤维织物的内部设置碳纤维零度纱骨架；

所述树脂基体是热固性树脂和热塑性树脂复合制备的改性树脂；所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种，所述热塑性树脂为聚氨酯树脂、聚苯硫醚树脂或聚酰亚胺树脂中的一种或多种，热固性树脂与热塑性树脂的配比根据输电杆塔的工作环境及力学性能要求具体而定；

所述塔头、塔身与塔腿中的各个部件上都设置有起连接作用的法兰结构，每个法兰结构均包括法兰骨架以及包覆在法兰骨架外侧的三维编织法兰层；所述法兰骨架为金属法兰骨架，所述三维编织法兰层将法兰骨架与主体连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述的三维编织复合材料输电杆塔，其特征在于：所述塔头的横担杆件和支撑杆件的碳纤维零度纱骨架的厚度为横担杆件截面半径的5-10%；或玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或多种，玻璃纤维织物的厚度占横担杆件截面半径的70-80%；或所述混杂纤维过渡层由碳纤维和高强玻璃纤维混编而成，碳纤维在混合纱线中的比例为90%以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的三维编织复合材料输电杆塔，其特征在于：所述塔身的塔身主肢的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔身主肢截面半径的10-15%，塔身支撑杆的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔身支撑杆的半径的5-10%；或塔身主肢和塔身支撑杆的玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种；或塔身主肢的玻璃纤维织物的厚度占塔身主肢截面半径的60-70%，塔身支撑杆的玻璃纤维织物的厚度占塔身支撑杆截面半径的70-80%；或所述塔身主肢和塔身支撑杆的混杂纤维过渡层中，碳纤维在混合纱线中的比例为95%以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

4.根据权利要求1所述的三维编织复合材料输电杆塔，其特征在于：所述塔腿的塔腿主肢的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔腿主肢截面半径的15-20%，塔腿支撑杆的碳纤维零度纱骨架的厚度为塔腿支撑杆的半径的5-10%；或塔腿主肢和塔腿支撑杆的玻璃纤维织物的编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种；或塔腿主肢的玻璃纤维织物的厚度占塔腿主肢截面半径的50-60%，塔腿支撑杆的玻璃纤维织物的厚度占塔腿支撑杆截面半径的70-80%；或所述塔腿主肢和塔腿支撑杆的混杂纤维过渡层中，碳纤维在混合纱线中的比例为95%以上，混杂纤维过渡层的编织形式采用三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的三维编织复合材料输电杆塔，其特征在于：所述三维编织法兰层中的碳纤维纱线占混合纱线用量的50%以上，或三维编织法兰层与杆件主体之间无缝三维编织，编织形式为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的一种或者多种。

6.一种三维编织复合材料输电杆塔的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）分别单独编织输电杆塔的各个部件，在横担杆件的设定位置预埋入陶瓷绝缘端子；

2）在输电杆塔的各个部件与其他部件的连接处预埋法兰骨架，并在法兰骨架的外侧编织三维编织法兰层，并与主体杆件之间进行无缝编织；

3）将编织好的各个部件分别真空导入树脂基体，固化成型；

4）将固化成型的各个部件进行连接，即得三维编织复合材料输电杆塔。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，真空导入的真空度为0.06-0.1MPa；或固化的温度为80-120℃，固化时间为2-4h。

8.权利要求1-5任一所述的三维编织复合材料输电杆塔在电力输送、通讯、高速铁路以及市政中的应用。