CN108457518A - 输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担及其制备方法，包括横担本体和均匀分布在所述横担本体外周的伞裙；所述横担本体包括钢筋、玻璃纤维和复合树脂；所述玻璃纤维以所述钢筋为轴心交错布置，所述复合树脂浇灌包覆所述钢筋和玻璃纤维，并固化为一体；所述伞裙的材质同所述复合树脂。本发明一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，操作简便，可实施性强，其在结构设计的基础上，通过钢筋、玻璃纤维和复合树脂的分布设计，有效降低了复合横担的重量，同时提高了复合横担的断裂强度，提高其承载性能；同时通过复合材料的配方设计，提高了绝缘横担的耐老化等级、耐磨性能和韧性，有助于提高复合材料横担的使用寿命。

Description

输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担及其制备方法
技术领域
本发明涉及输电线路配件领域，特别是涉及一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担及其制备方法。
背景技术
在电力设施领域，输电线路用横担是输电杆重要的配套结构件，横担的一端与输电杆主体相连接，另一端挂输电导线。传统的横担通常采用铁横担和木横担，铁横担和木横担在长期运行中暴露出各种各样的问题，普遍存在质量重、易腐烂、锈蚀或开裂，耐久性、阻燃性及绝缘性能差，强度低、使用寿命较短，施工运输和运行维护困难，即耗费材料又使操作人员的劳动强度增大；还会出现各种安全隐患。
为了解决铁横担和木横担存在的横担绝缘性能差，使用寿命短等缺陷，业界已有用复合材料加工而成的玻璃钢横担，该横担有实心结构，也有采用的纤维增强树脂基复合材料（以下简称FRP），具有强度高、质量轻、耐腐蚀以及耐疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好、性能可设计等特点，用这种玻璃钢横担替代铁横担和木横担，提高了横担的电绝缘性能，解决了铁横担与木横担出现的各种缺陷。但目前现有的复合材料横担，无论是实心的还是空心的，都存在横担整体强度不高，经日晒风化后有层状剥离的问题，且玻璃钢横担采用空心结构，即横担芯层采用空心玻璃钢管，在里面填充有绝缘的惰性气体，在挂线运行一段时间后，会出现不同程度的击穿现象，为输电线路的安全运行埋下隐患。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担及其制备方法，能够解决现有复合材料横担存在的上述问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，包括：横担本体和均匀分布在所述横担本体外周的伞裙；所述横担本体包括钢筋、玻璃纤维和复合树脂；其中，所述玻璃纤维以所述钢筋为轴心交错布置，所述复合树脂浇灌包覆所述钢筋和玻璃纤维，并固化为一体；所述伞裙的材质同所述复合树脂。
在本发明一个较佳实施例中，所述伞裙包括第一圆锥棒和第二圆锥棒，其中，所述第一圆锥棒和第二圆锥棒交错布置。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一圆锥棒的长度是所述第二圆锥棒长度的2～3倍，所述第二圆锥棒的直径是所述第一圆锥棒直径的3～4倍。
在本发明一个较佳实施例中，所述复合树脂包括如下重量份组分：热固性环氧树脂70～80份、热塑性弹性体20～30份、聚酰胺树脂30～40份、固化剂5～8份、氧化铝粉10～20份、石墨10～15份、紫外线吸收剂5～8份、抗氧化剂3～5份。
在本发明一个较佳实施例中，所述聚酰胺树脂为尼龙1010和尼龙66以1:1～2的质量比混合的混合物。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备模具：按所述第一圆锥棒和第二圆锥棒的形状尺寸制做伞形模具，再根据客户要求的尺寸制作横担本体的壳形模具，并在模具上设置真空注胶口；
（2）制备复合树脂：按配方量称取热固性环氧树脂70～80份、热塑性弹性体20～30份、聚酰胺树脂30～40份、固化剂5～8份、氧化铝粉10～20份、石墨10～15份、紫外线吸收剂5～8份、抗氧化剂3～5份置于真空混合模具内，真空搅拌混合30～60min，静置备用；
（3）取钢筋水平固定在横担本体的壳形模具的中部，然后向所述壳形模具内加入一定量的玻璃纤维，并使玻璃纤维呈疏松状交错分布；
（4）注胶成型：将步骤（2）中混合好的混合树脂通过真空注胶口注入到壳形模具内，使混合树脂均匀分布，贯穿所述玻璃纤维的间隙并包裹，然后将其置入干燥装置内初步固化成型；
（5）制备伞裙：将初步固化成型的横担本体固装于所述伞裙模具中部，向模具内腔与所述横担本体的外表面之间注入所述复合树脂，然后初步固化成型；
（6）二次固化成型：将步骤（5）中得到的初步固化成型产品置入加热装置内，使其二次固化成型。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（6）中，所述钢筋的数量为1根以上。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（6）中，所述玻璃纤维的量为100～1000g；所述玻璃纤维的规格为：长度小于所述复合横担的直径。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）和（5）中，所述初步固化的条件为：以5～8℃/min的升温速率加热至110～130℃，恒温保持60～90min。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（6）中，所述二次固化的条件为：温度为150～165℃的加热装置中进一步固化成型2～3h。
本发明的有益效果是：本发明一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，操作简便，可实施性强，其在结构设计的基础上，通过钢筋、玻璃纤维和复合树脂的分布设计，有效降低了复合横担的重量，同时提高了复合横担的断裂强度，提高其承载性能；同时通过复合材料的配方设计，提高了绝缘横担的耐老化等级、耐磨性能和韧性，有助于提高复合材料横担的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担一较佳实施例的剖面结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1.横担本体，11.钢筋，12.玻璃纤维，13.复合树脂，2.伞裙，21.第一圆锥棒，22.第二圆锥棒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
实施例1
本发明揭示了一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，包括横担本体1和均匀分布在所述横担本体1外周的伞裙2。所述横担本体1包括钢筋11、玻璃纤维12和复合树脂13；其中，所述钢筋11的数量为一根以上，最多不超过3根，所述玻璃纤维12的用量为100～1000g，具体根据横担本体的规格确定，其长度小于横担本体的直径，玻璃纤维以所述钢筋11为轴心交错布置，所述复合树脂13浇灌包覆所述钢筋11和玻璃纤维12，并固化为一体。通过钢筋11的使用，有效提高了复合横担整体的结构强度，通过限定钢筋的数量，使复合横担在保持高结构强度的前提下，尽可能低降低重量，实现质轻高强的性能特点。通过将玻璃纤维疏松状交错布置在钢筋周围，并将复合树脂浇注到玻璃纤维的间隙，并包裹玻璃纤维，使得树脂、玻璃纤维和钢筋形成一个混合整体，玻璃纤维贯穿于树脂内部，一方面可以有效增强横担本体各部位的强度，另一方面避免树脂基体因老化而出现剥落现象。
所述伞裙2包括第一圆锥棒21和第二圆锥棒22，且所述第一圆锥棒21和第二圆锥棒22交错布置。其中，所述第一圆锥棒21的长度是所述第二圆锥棒22长度的2～3倍，所述第二圆锥棒22的直径是所述第一圆锥棒21直径的3～4倍。所述第一圆锥棒和所述第二圆锥棒的材质同所述复合树脂。通过第一圆锥棒和第二圆锥棒的规格和分布设计，可有效增大线缆的攀爬空间。
上述复合树脂包括如下重量份组分：热固性环氧树脂70份、热塑性弹性体20份、聚酰胺树脂30份、固化剂5份、氧化铝粉10份、石墨10份、紫外线吸收剂5份、抗氧化剂3份。其中，所述聚酰胺树脂为尼龙1010和尼龙66以1:1的质量比混合的混合物。
上述输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，包括如下步骤：
（1）准备模具：按所述第一圆锥棒和第二圆锥棒的形状尺寸制做伞形模具，再根据客户要求的尺寸制作横担本体的壳形模具，并在模具上设置真空注胶口；
（2）制备复合树脂：按配方量称取热固性环氧树脂70～80份、热塑性弹性体20～30份、聚酰胺树脂30～40份、固化剂5～8份、氧化铝粉10～20份、石墨10～15份、紫外线吸收剂5～8份、抗氧化剂3～5份置于真空混合模具内，真空搅拌混合30～60min，静置备用；
（3）取1根以上的钢筋水平固定在横担本体的壳形模具的中部，然后向所述壳形模具内加入100～1000g的玻璃纤维，并使玻璃纤维呈疏松状交错分布；
（4）注胶成型：将步骤（2）中混合好的混合树脂通过真空注胶口注入到壳形模具内，使混合树脂均匀分布，贯穿所述玻璃纤维的间隙并包裹，然后将其置入干燥装置内，以5～8℃/min的升温速率加热至110～130℃，恒温保持60～90min，初步固化成型；
（5）制备伞裙：将初步固化成型的横担本体固装于所述伞裙模具中部，向模具内腔与所述横担本体的外表面之间注入所述复合树脂，然后以5～8℃/min的升温速率加热至110～130℃，恒温保持60～90min，初步固化成型；
（6）二次固化成型：将步骤（5）中得到的初步固化成型产品置入温度为150～165℃的加热装置中进一步固化成型2～3h，使其二次固化成型。
实施例2
与实施例1的区别在于，上述复合树脂包括如下重量份组分：热固性环氧树脂80份、热塑性弹性体30份、聚酰胺树脂40份、固化剂8份、氧化铝粉20份、石墨15份、紫外线吸收剂8份、抗氧化剂5份。其中，所述聚酰胺树脂为尼龙1010和尼龙66以1: 2的质量比混合的混合物。
通过复合树脂配方设计，使得固化成型后的复合横担耐老化性能。耐磨性和韧性好，吸水性低，综合性能优异。
上述方法得到的复合材料横担，经测试，其断裂强度是现有FRP复合材料横担断裂强度的2～3倍；其重量是现有FRP复合材料横担重量的1/2～1倍，经日光老化试验测试，其抗老化等级高于现有FRP复合材料横担的抗老虎等级。
本发明的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，结构简单，设计合理，制备工艺可实施性强，其通过钢筋、玻璃纤维和复合树脂的分布设计，有效降低了复合横担的重量，同时提高了复合横担的断裂强度，提高其承载性能；同时通过复合材料的配方设计，提高了绝缘横担的耐老化等级，有助于提高复合材料横担的使用寿命。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，包括：横担本体和均匀分布在所述横担本体外周的伞裙；其特征在于，所述横担本体包括钢筋、玻璃纤维和复合树脂；其中，所述玻璃纤维以所述钢筋为轴心交错布置，所述复合树脂浇灌包覆所述钢筋和玻璃纤维，并固化为一体；所述伞裙的材质同所述复合树脂。
2.根据权利要求1所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，其特征在于，所述伞裙包括第一圆锥棒和第二圆锥棒，其中，所述第一圆锥棒和第二圆锥棒交错布置。
3.根据权利要求2所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，其特征在于，所述第一圆锥棒的长度是所述第二圆锥棒长度的2～3倍，所述第二圆锥棒的直径是所述第一圆锥棒直径的3～4倍。
4.根据权利要求1所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，其特征在于，所述复合树脂包括如下重量份组分：热固性环氧树脂70～80份、热塑性弹性体20～30份、聚酰胺树脂30～40份、固化剂5～8份、氧化铝粉10～20份、石墨10～15份、紫外线吸收剂5～8份、抗氧化剂3～5份。
5.根据权利要求4所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担，其特征在于，所述聚酰胺树脂为尼龙1010和尼龙66以1:1～2的质量比混合的混合物。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）准备模具：按所述第一圆锥棒和第二圆锥棒的形状尺寸制做伞形模具，再根据客户要求的尺寸制作横担本体的壳形模具，并在模具上设置真空注胶口；
（2）制备复合树脂：按配方量称取热固性环氧树脂70～80份、热塑性弹性体20～30份、聚酰胺树脂30～40份、固化剂5～8份、氧化铝粉10～20份、石墨10～15份、紫外线吸收剂5～8份、抗氧化剂3～5份置于真空混合模具内，真空搅拌混合30～60min，静置备用；
（3）取钢筋水平固定在横担本体的壳形模具的中部，然后向所述壳形模具内加入一定量的玻璃纤维，并使玻璃纤维呈疏松状交错分布；
（4）注胶成型：将步骤（2）中混合好的混合树脂通过真空注胶口注入到壳形模具内，使混合树脂均匀分布，贯穿所述玻璃纤维的间隙并包裹，然后将其置入干燥装置内初步固化成型；
（5）制备伞裙：将初步固化成型的横担本体固装于所述伞裙模具中部，向模具内腔与所述横担本体的外表面之间注入所述复合树脂，然后初步固化成型；
（6）二次固化成型：将步骤（5）中得到的初步固化成型产品置入加热装置内，使其二次固化成型。
7.根据权利要求6所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述钢筋的数量为1根以上。
8.根据权利要求6所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述玻璃纤维的量为100～1000g；所述玻璃纤维的规格为：长度小于所述复合横担的直径。
9.根据权利要求6所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）和（5）中，所述初步固化的条件为：以5～8℃/min的升温速率加热至110～130℃，恒温保持60～90min。
10.根据权利要求6所述的输电线路用高强度高绝缘性复合材料横担的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述二次固化的条件为：温度为150～165℃的加热装置中进一步固化成型2～3h。
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