CN109243698A - 架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法，由于采用了由热塑性材料制成的基体纤维作为基体材料，将各增强纤维分散于各基体纤维之间，并通过热塑成型的方式使得各基体纤维相互粘结为一体结构，从而将各增强纤维包裹起来形成复合芯体；这样，一方面，无需像现有技术中一样将基体材料完全融化之后再凝固成型，热塑性材料制成的基体纤维就能够快速地与增强纤维成型为一体，因而生产效率较高；另一方面，制造过程不会将基体纤维完全融化，基体纤维不会粘着在模具上产生浪费，因而生产成本较低。

Description

架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法。

背景技术

架空导线是电力传输中用于承载电流的导线，架空导线是悬在空中的，由于架空导线的自重，所以每隔一段距离就需要设置一个输电铁塔来承载架空导线，为了加强架空导线的强度，架空导线的中心一般设置有加强芯，加强芯的周围为铝绞导线，传统的加强芯为钢芯，但刚芯的重量较大，为了减轻架空导线的重量，本世纪初，以复合芯即纤维树脂基复合芯，作为加强芯替代传统的钢芯制成复合芯导线，复合芯的制造利用了碳纤维质量轻、强度高，线膨胀系数小等优点。由此制成的导线具有耐高温、大容量、低弧垂、低能耗、重量轻等显著特点，成为架空输电线领域的颠覆性产品。复合芯技术在国内外输电线领域得到了大量的应用，取得了明显的技术经济效益。但是现有的复合芯是由加强纤维经热固性树脂包裹固化而成，一方面由于热固性树脂的固化特性限制了复合芯生产加工速度，一般情况下，加工速度为为1米/分钟左右；同时在复合芯成型过程中，热固性树脂再进行拉挤时与高温模具接触发生反应，多余的树脂不能回收，产生了浪费；另一方面热固性性树脂在加工过程容易发生了固化交联，形成了不熔的三维立体结构，影响了后续的产品回收利用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法，能够提高复合芯体的生产效率。

为实现上述目的，本发明提供一种架空导线用热塑性复合芯体，采用如下技术方案：一种架空导线用热塑性复合芯体，包括多根基体纤维和多根增强纤维，所述基体纤维和增强纤维均沿复合芯体长度方向延伸，所述基体纤维由热塑性材料制成，各增强纤维分散于各基体纤维之间，各基体纤维通过热塑成型的方式相互粘结为一体结构。

优选地，所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。

优选地，所述基体纤维为超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚芳醚酮纤维、聚砜纤维、聚苯硫醚纤维、芳纶、聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维中的一种或多种。

优选地，所述基体纤维和增强纤维之间还分布有导电物质。

优选地，所述导电物质为石墨烯、银粉、铜粉、碳化钨粉、导电炭黑。

优选地，所述复合芯体的外面包覆有功能层，所述功能层包括导电层、涂料防护层、挤出防护层、绕包防护层、编织保护层中的一种或多种。

与本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体相应地，本发明还提供一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，采用如下技术方案：一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，用于制造上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的架空导线用热塑性复合芯体，包括如下步骤：

1)放纱：将多根增强纤维分散在多根基体纤维中，从放线架上将混杂在一起的多根增强纤维和多根基体纤维放出并引向预热烘道；

2)预热：在预热烘道将增强纤维和基体纤维加热至设定温度并干燥；

3)预成型：使增强纤维和基体纤维通过预成型模具的预成型通道，从而使得增强纤维与基体纤维相互紧密地接触；

4)热塑成型：使增强纤维和基体纤维通过热塑成型模具的热塑成型通道，使得各基体纤维之间热塑成型而相互粘结为一体结构。

优选地，在所述步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

A)浸润：将增强纤维和基体纤维浸入导电物质的乳液中。

优选地，在步骤1)中，增强纤维和基体纤维从放线架引出之后经过张力装置，张力装置对每根增强纤维和基体纤维施加相同的张力。

优选地，在所述步骤4)之后，还包括如下步骤：

5)包覆：在所述复合芯体外面包覆功能层。

如上所述，本发明涉及的一种架空导线用热塑性复合芯体及其制造方法，具有以下有益效果：本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体中，由于采用了由热塑性材料制成的基体纤维作为基体材料，将各增强纤维分散于各基体纤维之间，并通过热塑成型的方式使得各基体纤维相互粘结为一体结构，从而将各增强纤维包裹起来形成复合芯体；这样，一方面，无需像现有技术中一样将基体材料完全融化之后再凝固成型，热塑性材料制成的基体纤维就能够快速地与增强纤维成型为一体，因而生产效率较高；另一方面，制造过程不会将基体纤维完全融化，基体纤维不会粘着在模具上产生浪费，因而生产成本较低。与本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体相应地，本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法也具有上述有益效果，此处不再赘述。

附图说明

图1显示为本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体的横截面示意图；

图2显示为制造本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体的装置的示意图。

元件标号说明

1 基体纤维

2 增强纤维

3 导电物质

4 功能层

5 预成型通道

6 热塑成型通道

7 导电物质的乳液

8 放线架

9 混合纤维束

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种架空导线用热塑性复合芯体，包括多根基体纤维1和多根增强纤维2，所述基体纤维1和增强纤维2均沿复合芯体长度方向延伸，所述基体纤维1由热塑性材料制成，各增强纤维2分散于各基体纤维1之间，各基体纤维1通过热塑成型的方式相互粘结为一体结构。

在本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体中，由于采用了由热塑性材料制成的基体纤维1作为基体材料，将各增强纤维2分散于各基体纤维1之间，并通过热塑成型的方式使得各基体纤维1相互粘结为一体结构，从而将各增强纤维2包裹起来形成复合芯体；这样，一方面，无需像现有技术中一样将基体材料完全融化之后再凝固成型，热塑性材料制成的基体纤维1就能够快速地与增强纤维2成型为一体，因而生产效率较高；另一方面，制造过程不会将基体纤维1完全融化，基体纤维1不会粘着在模具上产生浪费，因而生产成本较低。

在本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体中，所述增强纤维2具有很高的强度，基体纤维1用于将增强纤维2包裹并粘结在成为一体结构，增强纤维2的强度可达3200～7000MPa。增强纤维2可以是具有导电性能的纤维，也可以是不具有导电性能的纤维，增强纤维2可以是材质单一的纤维，也可以采用多种材质不同的纤维作为复合芯体中的增强纤维2，优选地，所述增强纤维2为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。

在本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体中，所述基体纤维1用于将增强纤维2包裹住，基体纤维1之间相互粘结在一起并将增强纤维2包裹成一体结构，基体纤维1是采用具有热塑性的材料制成的，优选地，所述基体纤维1为超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚芳醚酮纤维、聚砜纤维、聚苯硫醚纤维、芳纶、聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维中的一种或多种。

在本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体中，增强纤维2可以采用具有导电性的材料制成，以能够进行电力传输，基体纤维1由具有热塑性的材料制成，一般为绝缘材料，当增强纤维2具有导电性时，由于各增强纤维2或增强纤维2束之间被基体纤维1隔开，所以，各增强纤维2或增强纤维2束之间相互绝缘，这样，各增强纤维2或者增强纤维2束能够进行沿复合芯体长度方向导电，却不能沿复合芯体横截面方向导电。我们知道，导电率与导体的截面积有关，所以，我们希望各增强纤维2或增强纤维2束之间能够导电，这就相当于增加了各增强纤维2的横截面面积，为了使得各增强纤维2或增强纤维2束之间能够横向导电，作为一种优选的实施方式，所述基体纤维1和增强纤维2之间还分布有导电物质3，所述导电物质3可以为石墨烯、银粉、铜粉、碳化钨粉、或导电炭黑。

本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体设置在架空导线的中心位置，用于增强架空导线的强度，根据设计的需要，可以在复合芯体的外面包覆有功能层4，所述功能层4包括导电层、涂料防护层、挤出防护层、绕包防护层、编织保护层中的一种或多种。功能层4用于满足不同的功能需要，比如，功能层4为导电层时，复合芯体能够通过功能层4与包裹在功能层4外侧的导线进行导电，这样可以增加架空导线传输电力的能力，可以采用铝或铝合金制作导电层；当功能层4为涂料防护层时，涂料防护层能够防止外界环境对复合芯体的侵蚀，可以采用氟碳涂料或者石墨烯涂料制作涂料防护层；当功能层4为挤出防护层、绕包防护层、编织保护层时，功能层4能够防止包裹在复合芯体外侧的导线对复合芯体的磨损，所述挤出防护层可以采用聚苯硫醚、聚苯醚、聚醚醚酮、聚芳醚酮、液晶聚合物、聚酰胺、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚芳酯、砜类聚合物、热塑性氟塑料中的一种或多种，上述材料可为无机粉体、金属粉体、无机纤维、金属纤维填充改性后的混合料制成，所述绕包防护层可以采用连续纤维增强复合材料制成，该复合材料的基体可为聚苯硫醚、聚苯醚、聚醚醚酮、聚芳醚酮、液晶聚合物、聚酰胺、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚芳酯、砜类聚合物、热塑性氟塑料中的一种或多种，所述连续纤维可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维中的一种或多种；所述编织防护层可以采用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚芳醚酮纤维、聚砜纤维、聚苯硫醚纤维、芳纶、聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维中的一种或多种制成。

如图2显示为制造一种架空导线用热塑性复合芯体的装置的示意图，在制造所述复合芯体时，放线架8将由基体纤维1和增强纤维2混合组成的混合纤维束9放出之后经过张力装置，张力装置对每根增强纤维2和基体纤维1施加相同的张力。混合纤维束9经过容纳有导电物质的乳液7的容器而浸润在导电物质的乳液7中，然后混合纤维束9经过预成型模具的预成型通道5进行挤压而被压紧粘结在一起，然后再经过热塑成型模具的热塑成型通道6，热塑成型模具对混合纤维束9进行加热并挤压，从而使得混合纤维束9紧密地粘结在一起，这样就制成了复合芯体，复合芯体中包含有沿长度方向延伸的基体纤维1和增强纤维2，导电物质的乳液7中的导电物质3也被包裹在基体纤维1和增强纤维2之间。

与本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体相应地，本发明还提供一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，采用如下技术方案：一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，用于制造上述技术方案或其任一优选的技术方案所述的架空导线用热塑性复合芯体，包括如下步骤：

1)放纱：将多根增强纤维2分散在多根基体纤维1中，从放线架8上将混杂在一起的多根增强纤维2和多根基体纤维1放出并引向预热烘道；将增强纤维2分散于基体纤维1中时，尽量使得增强纤维2均匀地分布于基体纤维1之间，这样，最终成型的复合芯体的强度较为均匀；

2)预热：在预热烘道将增强纤维2和基体纤维1加热至设定温度并干燥；预热烘道加热基体纤维1与增强纤维2，以便于在后续工位中能够快速地热塑成型；

3)预成型：使增强纤维2和基体纤维1通过预成型模具的预成型通道5，从而使得增强纤维2与基体纤维1相互紧密地接触；预成型通道5将原本比较分散的增强纤维2和基体纤维1挤压成一束，从预成型通道5出来的增强纤维2与基体纤维1再进入到热塑成型模具的热成型通道；

4)热塑成型：使增强纤维2和基体纤维1通过热塑成型模具的热塑成型通道6，使得各基体纤维1之间热塑成型而相互粘结为一体结构，在热塑成型模具的热成型通道中，基体纤维1和增强纤维2被加热，基体纤维1之间相互粘结在一起而成为一体结构，增强纤维2被包裹在基体纤维1之间。

本发明的一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法中，由于采用了具有热塑性的基体纤维1，基体纤维1与增强纤维2通过热塑成型而粘结成一体结构；这样，一方面，无需像现有技术中一样将基体材料完全融化之后再凝固成型，热塑性材料制成的基体纤维1就能够快速地与增强纤维2成型为一体，因而生产效率较高；另一方面，制造过程不会将基体纤维1完全融化，基体纤维1不会粘着在模具上产生浪费，因而生产成本较低。

作为一种优选的实施方式，在所述步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

浸润：将增强纤维2和基体纤维1浸入导电物质的乳液7中。导电物质的乳液7可为石墨烯、银粉、铜粉、碳化钨粉、、导电炭黑，其状态为乳液，在步骤2)中，增强纤维2和基体纤维1被加热干燥，导电物质的乳液7中的导电成分会附着在增强纤维2和基体纤维1上，这样，如果增强纤维2为导电材料制成的话，当基体纤维1和增强纤维2热塑成型为一体结构之后，导电物质的乳液7中的导电成分能够使得各增强纤维2之间导电。

作为一种优选的实施方式，在步骤1)中，增强纤维2和基体纤维1从放线架8引出之后经过张力装置，张力装置对每根增强纤维2和基体纤维1施加相同的张力。这样，增强纤维2和基体纤维1成型而成的复合芯体的内应力小，力学特性较为均匀，不易发生变形。

作为一种优选的实施方式，在所述步骤4)之后，还包括如下步骤：

5)包覆：在所述复合芯体外面包覆功能层4。所述功能层4根据设计需要而设置，优选地，所述功能层4包括导电层、涂料防护层、挤出防护层、绕包防护层、编织保护层中的一种或多种。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种架空导线用热塑性复合芯体，其特征是，包括多根基体纤维和多根增强纤维，所述基体纤维和增强纤维均沿复合芯体长度方向延伸，所述基体纤维由热塑性材料制成，各增强纤维分散于各基体纤维之间，各基体纤维通过热塑成型的方式相互粘结为一体结构。

2.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征在于：所述增强纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征在于：所述基体纤维为超高分子量聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚酰亚胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚芳醚酮纤维、聚砜纤维、聚苯硫醚纤维、芳纶、聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征在于：所述基体纤维和增强纤维之间还分布有导电物质。

5.根据权利要求4所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征在于：所述导电物质为石墨烯、银粉、铜粉、碳化钨粉、或导电炭黑。

6.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征在于：所述复合芯体的外面包覆有功能层，所述功能层包括导电层、涂料防护层、挤出防护层、绕包防护层、编织保护层中的一种或多种。

7.一种架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，用于制造如权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体，其特征是，包括如下步骤：

1)放纱：将多根增强纤维分散在多根基体纤维中，从放线架上将混杂在一起的多根增强纤维和多根基体纤维放出并引向预热烘道；

2)预热：在预热烘道将增强纤维和基体纤维加热至设定温度并干燥；

3)预成型：使增强纤维和基体纤维通过预成型模具的预成型通道，从而使得增强纤维与基体纤维相互紧密地接触；

4)热塑成型：使增强纤维和基体纤维通过热塑成型模具的热塑成型通道，使得各基体纤维之间热塑成型而相互粘结为一体结构。

8.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，其特征在于：在所述步骤1)与步骤2)之间还包括如下步骤：

A)浸润：将增强纤维和基体纤维浸入导电物质的乳液中。

9.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，其特征在于：在步骤1)中，增强纤维和基体纤维从放线架引出之后经过张力装置，张力装置对每根增强纤维和基体纤维施加相同的张力。

10.根据权利要求1所述的架空导线用热塑性复合芯体的制造方法，其特征在于：在所述步骤4)之后，还包括如下步骤：

5)包覆：在所述复合芯体外面包覆功能层。