CN115036069A - 一种高强韧加强芯及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强韧加强芯及其制造工艺，属于电力输送技术领域。该加强芯由改性芳纶树脂为基体的复合树脂与钢丝网骨架挤出固化而成，钢丝网骨架起到定型作用，同时编织网孔有一定的形变能力，芳纶基树脂固化后具有较高的强度，且其侧链上接枝的含磷基团与钢丝网骨架有较强螯合作用，将树脂与钢丝网骨架紧密连接，在受到外力作用下不易脱落，保证整体强度几乎不受影响，经测试，整体抗拉强度达到1900MPa以上，断裂伸长率为8.76‑9.03%，单位长度重量为1196.7‑1215.4kg/km，相较于现有的钢芯表现出高强度、高韧性和轻量特点。

Description

一种高强韧加强芯及其制造工艺
技术领域
本发明属于电力输送技术领域，具体地，涉及一种高强韧加强芯及其制造工艺。
背景技术
电力能源因其绿色可再生被广泛开发利用，输电线路作为电力***的关键部分，担负着传输和分配电能的重要职责，其良好的运行情况是电力***能够安全稳定运行的重要保障。
目前电力输送主要采用钢芯铝绞线作为导线，其由具有高强度的钢绞线作为承力元件，电工用铝或铝合金线作为导体，结构简单、传输容量大，生产和应用较为成熟。
但是，钢芯的密度大，导致钢芯铝绞线的自重较大，为了保证导线架设安全，一般高压铁塔的间距不宜过大，在山区地区，山坡跨度大，需要架设支撑铁塔或者沿山脊铺线，无论以哪种方式，都增加了施工难度，特别在北方地区，绞线表面结冰，增加绞线自重，存在断线风险，严重影响输电安全；因此，本申请从降低钢芯铝绞线自重角度，开发具有高强韧性的加强芯并应用在铝绞线中。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供一种高强韧加强芯及其制造工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高强韧加强芯，由复合树脂和钢丝网骨架挤出固化而成，所述复合树脂按照重量份计包括如下原料：
改性芳纶树脂100份、偶联填料0.85-1份、流平剂1.2-1.6份和促进剂1-2份；
所述改性芳纶树脂由以下方法制备：
步骤A1：取DMF溶液投加到反应釜内调节pH值为8.0-9.0，氮气保护、冰水浴条件下投加3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯和碘化钾，搅拌反应5-7h，反应过程在线检测并调节pH值不超过7.0，碱性条件下，3-羟基邻苯二甲酸酐与磷酸三氯乙酯反应，引入磷酸基团，之后升温至55-65℃搅拌2-3h，将酸酐充分水解，得到含磷酸和二羧酸基团的化合物，减压旋蒸脱除水分，制成接枝原液；
进一步地，3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯、碘化钾和DMF溶液的用量比为0.3mol：0.1mol：1.2-1.5g，160-240mL，DMF溶液的体积浓度为40-60%。
步骤A2：取接枝原液和二氯亚砜投加到反应釜内，水浴升温至32-38℃，加入吡啶混合，保温搅拌反应2-3h，反应结束加入四氢呋喃减压旋蒸数次，带出DMF以及其他溶剂，制成改性邻苯二甲酰氯单体；
进一步地，接枝原液、二氯亚砜和吡啶的用量比为100mL：0.62-0.65mol：1-2g。
步骤A3：取对苯二胺投加到冰水浴条件、氮气保护下的反应釜内，加入DMAC搅拌溶解，再加入氯化锂混合，再取改性邻苯二甲酰氯单体和对苯二甲酰氯用DMAC溶解，之后匀速投加到反应釜内搅拌反应，控制投加反应时间3-4h，之后升温至50℃继续反应2h，制成改性芳纶树脂。
进一步地，对苯二胺、改性邻苯二甲酰氯单体、对苯二甲酰氯和氯化锂的用量比为0.1mol：7.8-13g：50-70mmol：0.3-0.5g。
一种高强韧加强芯的制造工艺，包括如下工序：
工序S1：将偶联填料、流平剂和促进剂搅拌成混合料；
工序S2：将改性芳纶树脂在搅拌状态下加入混合料混合，真空脱气泡处理，制成复合树脂；
工序S3：将钢丝网骨架预处理后安装到挤出机的喂料端，将复合树脂投加到料仓中，复合树脂挤出至钢丝网骨架中，依次经过水浴凝固和加热固化，制成高强韧加强芯。
本发明的有益效果：
1.本发明制备出一种芳纶基树脂和钢丝网骨架共同固化而成的加强芯，钢丝网骨架起到定型作用，同时编织网孔有一定的形变能力，芳纶基树脂固化后具有较高的强度，两者协同作用，经测试，整体抗拉强度达到1900MPa以上，断裂伸长率为8.76-9.03%，相较于现有的钢芯表现出高强度和高韧性特点，且单位长度重量为1196.7-1215.4kg/km，相较于现有的钢芯单位长度重量降低25.86-27%，表现出轻量特点，可缓解高压铁塔架设密度大问题，降低施工难度。
2.本发明制备的一种改性芳纶树脂，其由磷酸三氯乙酯在碱性条件下与3-羟基邻苯二甲酸酐反应，制成含磷酸和二羧酸基团的化合物，再通过二氯亚砜在吡啶催化作用下制成酰氯化单体，之后与对苯二甲酰氯和对苯二胺共聚而成，其侧链上的含磷基团与钢丝网骨架有较强螯合作用，将树脂与钢丝网骨架紧密连接，在受到外力作用下不易脱落，保证整体强度几乎不受影响。
3.本发明制备的加强芯为绝缘软质材料，铝线紧密贴合在加强芯表面，且绞线过程中不易划伤，不易出现电晕。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备改性芳纶树脂，具体实施过程如下：
a1、制备磷酸接枝物：取DMF用去离子水稀释配制体积浓度成体积浓度为60%的溶液，将DMF溶液投加到反应釜内滴加氨水调节pH值为9.0，将反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯和碘化钾，搅拌反应5h，反应过程在线检测并用氨水调节pH值不超过7.0，之后撤去冰水浴升温至65℃搅拌2h，反应结束减压旋蒸去除水分，得到含磷酸和二羧酸基团的化合物，计含有DMF的反应液为接枝原液，其中，3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯、碘化钾和DMF溶液的用量比为0.3mol：0.1mol：1.2g，160mL；
a2、制备酰氯化单体：将接枝原液和二氯亚砜投加到反应釜内，水浴升温至38℃，加入吡啶混合，保温搅拌反应2h，反应结束分两次加入反应液体积1.2倍的四氢呋喃减压旋蒸，带出DMF、去除吡啶和其他溶剂，制成改性邻苯二甲酰氯单体，其中，接枝原液、二氯亚砜和吡啶的用量比为100mL：0.65mol：2g；
a3、制备共聚树脂：取反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加对苯二胺，再缓慢加入DMAC搅拌直至对苯二胺完全溶解，加入氯化锂搅拌混合，之后取改性邻苯二甲酰氯单体和对苯二甲酰氯用DMAC溶解，匀速投加到反应釜内搅拌反应，控制整体投料反应时间3h，之后升温至50℃继续反应2h，制成改性芳纶树脂，其中，对苯二胺、改性邻苯二甲酰氯单体、对苯二甲酰氯和氯化锂的用量比为0.1mol：7.8g：70mmol：0.3g。
实施例2
本实施例制备改性芳纶树脂，具体实施过程如下：
a1、制备磷酸接枝物：取DMF用去离子水稀释配制体积浓度成体积浓度为50%的溶液，将DMF溶液投加到反应釜内滴加氨水调节pH值为8.5，将反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯和碘化钾，搅拌反应6h，反应过程在线检测并用氨水调节pH值不超过7.0，之后撤去冰水浴升温至60℃搅拌2.5h，反应结束减压旋蒸去除水分，得到含磷酸和二羧酸基团的化合物，计含有DMF的反应液为接枝原液，其中，3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯、碘化钾和DMF溶液的用量比为0.3mol：0.1mol：1.4g，190mL；
a2、制备酰氯化单体：将接枝原液和二氯亚砜投加到反应釜内，水浴升温至36℃，加入吡啶混合，保温搅拌反应2.5h，反应结束分两次加入反应液体积1.2倍的四氢呋喃减压旋蒸，带出DMF、去除吡啶和其他溶剂，制成改性邻苯二甲酰氯单体，其中，接枝原液、二氯亚砜和吡啶的用量比为100mL：0.63mol：1.5g；
a3、制备共聚树脂：取反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加对苯二胺，再缓慢加入DMAC搅拌直至对苯二胺完全溶解，加入氯化锂搅拌混合，之后取改性邻苯二甲酰氯单体和对苯二甲酰氯用DMAC溶解，匀速投加到反应釜内搅拌反应，控制整体投料反应时间4h，之后升温至50℃继续反应2h，制成改性芳纶树脂，其中，对苯二胺、改性邻苯二甲酰氯单体、对苯二甲酰氯和氯化锂的用量比为0.1mol：10.5g：60mmol：0.4g。
实施例3
本实施例制备改性芳纶树脂，具体实施过程如下：
a1、制备磷酸接枝物：取DMF用去离子水稀释配制体积浓度成体积浓度为40%的溶液，将DMF溶液投加到反应釜内滴加氨水调节pH值为8.0，将反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯和碘化钾，搅拌反应7h，反应过程在线检测并用氨水调节pH值不超过7.0，之后撤去冰水浴升温至55℃搅拌3h，反应结束减压旋蒸去除水分，得到含磷酸和二羧酸基团的化合物，计含有DMF的反应液为接枝原液，其中，3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯、碘化钾和DMF溶液的用量比为0.3mol：0.1mol：1.5g，240mL；
a2、制备酰氯化单体：将接枝原液和二氯亚砜投加到反应釜内，水浴升温至32℃，加入吡啶混合，保温搅拌反应3h，反应结束分两次加入反应液体积1.2倍的四氢呋喃减压旋蒸，带出DMF、去除吡啶和其他溶剂，制成改性邻苯二甲酰氯单体，其中，接枝原液、二氯亚砜和吡啶的用量比为100mL：0.65mol：1g；
a3、制备共聚树脂：取反应釜用冰水浴降温至温度稳定，通入氮气保护，投加对苯二胺，再缓慢加入DMAC搅拌直至对苯二胺完全溶解，加入氯化锂搅拌混合，之后取改性邻苯二甲酰氯单体和对苯二甲酰氯用DMAC溶解，匀速投加到反应釜内搅拌反应，控制整体投料反应时间4h，之后升温至50℃继续反应2h，制成改性芳纶树脂，其中，对苯二胺、改性邻苯二甲酰氯单体、对苯二甲酰氯和氯化锂的用量比为0.1mol：13g：50mmol：0.5g。
实施例4
本实施例制备用于强化树脂的添加料，具体实施过程如下：
配制质量分数为30%的乙醇溶液，用氨水调节pH值为8.0，再按照固液比为1:9加入纳米二氧化硅，在28kHz下超声分散30min，再加入分散液体积0.8%的KH550，继续超声分散10min，抽滤取滤饼热风干燥，制成偶联填料。
实施例5
本实施例制备钢丝网骨架，具体实施过程如下：
b1、机编：以0.2mm SWP-A钢丝为原料机编成钢丝网骨架；
b2、碱煮：将钢丝网骨架置于质量分数为5%的碳酸钠溶液中，在80℃浸煮1h，去除表面油脂；
b3、酸浸：将碱煮后的钢丝网骨架置于体积浓度为2%的硫酸中常温下浸泡40min，用水清洗后热风干燥，完成对钢丝网骨架预处理。
实施例6
本实施例制备高强韧加强芯，具体实施过程如下：
s1、配料：按照重量份计取实施例1制备的改性芳纶树脂100份、实施例4制备的偶联填料0.85份、流平剂（BYK-358N）1.6份和促进剂（ZY-S024）1份；
s2、预混：将偶联填料、流平剂和促进剂在240rpm下搅拌10min，制成混合料；
s3、复合：将改性芳纶树脂在420rpm搅拌下，加入混合料混合，真空脱气泡处理8min，制成复合树脂；
s4、共挤：将实施例5处理后的钢丝网骨架安装到挤出机的喂料端，将复合树脂投加到料仓中，复合树脂挤出至钢丝网骨架中，之后牵引至冷水浴中凝固定型，之后采用70℃烘干固化，制成高强韧加强芯。
实施例7
本实施例制备高强韧加强芯，具体实施过程如下：
s1、配料：按照重量份计取实施例2制备的改性芳纶树脂100份、实施例4制备的偶联填料0.9份、流平剂（BYK-358N）1.3份和促进剂（ZY-S024）1.5份；
s2、预混：将偶联填料、流平剂和促进剂在240rpm下搅拌10min，制成混合料；
s3、复合：将改性芳纶树脂在420rpm搅拌下，加入混合料混合，真空脱气泡处理8min，制成复合树脂；
s4、共挤：将实施例5处理后的钢丝网骨架安装到挤出机的喂料端，将复合树脂投加到料仓中，复合树脂挤出至钢丝网骨架中，之后牵引至冷水浴中凝固定型，之后采用70℃烘干固化，制成高强韧加强芯。
实施例8
本实施例制备高强韧加强芯，具体实施过程如下：
s1、配料：按照重量份计取实施例3制备的改性芳纶树脂100份、实施例4制备的偶联填料1份、流平剂（BYK-358N）1.2份和促进剂（ZY-S024）12份；
s2、预混：将偶联填料、流平剂和促进剂在240rpm下搅拌10min，制成混合料；
s3、复合：将改性芳纶树脂在420rpm搅拌下，加入混合料混合，真空脱气泡处理8min，制成复合树脂；
s4、共挤：将实施例5处理后的钢丝网骨架安装到挤出机的喂料端，将复合树脂投加到料仓中，复合树脂挤出至钢丝网骨架中，之后牵引至冷水浴中凝固定型，之后采用70℃烘干固化，制成高强韧加强芯。
对比例1
本对比例为市场钢芯铝绞线，型号为LGJ-400/50。
取实施例6-实施例8制备的高强韧加强芯，取对比例1提供的钢芯铝绞线，拆除表面铝线，进行测试，具体测试数据如表1所示：
表1
实施例6 实施例7 实施例8 对比例1
芯线截面积/mm<sup>2</sup> 83.9 83.9 84.1 52.7
芯线拉断力/kN 164.1 171.6 166.4 86.3
抗拉强度/MPa 1955.8 2052.6 1978.5 1637.5
单位长度重量kg/km 1208.2 1196.7 1215.4 1639.4
断裂伸长率/% 8.85 9.03 8.76 6.82
由表1数据可知，本发明制备的加强芯的截面积偏大，抗拉强度达到1978.5-2052.6MPa，相较于现有的钢芯抗拉强度提升20.82-25.34%，单位长度重量为1196.7-1215.4kg/km，相较于现有的钢芯单位长度重量降低25.86-27%，断裂伸长率为8.76-9.03%，略高于现有的钢芯，表现出轻量、高强度特点。
为了验证本发明制备的加强芯应用在绞线中的电学性能，采用对比例1相同的铝线编织成绞线，进行性能测试，环境温度为30℃、绞线温度为70℃，具体数据如表2所示：
表2
实施例6 实施例7 实施例8 对比例1
载流量/A 712 727 703 615
交流电阻/Ω·km<sup>-1</sup> 0.06427 0.06376 0.06452 0.07254
由表2数据可知，本发明制备的加强芯应用在绞线中，载流量为703-727A，交流电阻为0.06376-0.06452Ω/km，载流量略高于现有的绞线，交流电阻略低于现有的绞线，经分析应为，本发明制备的加强芯基体为绝缘软质材料，不易出现电晕。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高强韧加强芯，其特征在于，由改性芳纶树脂为基体的复合树脂与钢丝网骨架挤出固化而成；
所述改性芳纶树脂由以下方法制备：
步骤A1：取DMF溶液调节pH值为8.0-9.0，氮气保护、冰水浴条件下投加3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯和碘化钾，搅拌反应5-7h，反应过程在线检测并调节pH值不超过7.0，之后升温至55-65℃搅拌2-3h，反应结束减压旋蒸脱除水分，制成接枝原液；
步骤A2：取接枝原液和二氯亚砜投料，水浴升温至32-38℃，加入吡啶混合，保温搅拌反应2-3h，反应结束加入四氢呋喃减压旋蒸数次，制成改性邻苯二甲酰氯单体；
步骤A3：氮气保护、冰水浴条件下投加对苯二胺，加入DMAC搅拌溶解，再加入氯化锂混合，再取改性邻苯二甲酰氯单体和对苯二甲酰氯用DMAC溶解后匀速投加搅拌反应，控制投加反应时间3-4h，之后升温至50℃继续反应2h，制成改性芳纶树脂。
2.根据权利要求1所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，3-羟基邻苯二甲酸酐、磷酸三氯乙酯、碘化钾和DMF溶液的用量比为0.3mol：0.1mol：1.2-1.5g，160-240mL，DMF溶液的体积浓度为40-60%。
3.根据权利要求2所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，接枝原液、二氯亚砜和吡啶的用量比为100mL：0.62-0.65mol：1-2g。
4.根据权利要求3所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，对苯二胺、改性邻苯二甲酰氯单体、对苯二甲酰氯和氯化锂的用量比为0.1mol：7.8-13g：50-70mmol：0.3-0.5g。
5.根据权利要求4所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，复合树脂按照重量份计包括：改性芳纶树脂100份、偶联填料0.85-1份、流平剂1.2-1.6份和促进剂1-2份。
6.根据权利要求5所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，流平剂为BYK-358N。
7.根据权利要求5所述的一种高强韧加强芯，其特征在于，促进剂为ZY-S024。
8.根据权利要求5所述的一种高强韧加强芯的制造工艺，其特征在于，包括如下工序：
工序S1：将偶联填料、流平剂和促进剂搅拌成混合料；
工序S2：将改性芳纶树脂在搅拌状态下加入混合料混合，真空脱气泡处理，制成复合树脂；
工序S3：将钢丝网骨架预处理后安装到挤出机的喂料端，将复合树脂投加到料仓中，复合树脂挤出至钢丝网骨架中，依次经过水浴凝固和加热固化，制成高强韧加强芯。
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Denomination of invention: A high strength and toughness strengthening core and its manufacturing process

Granted publication date: 20221101

Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Cangzhou branch

Pledgor: RENQIU JIAHUA TELECOMMUNICATIONS EQUIPMENT CO.,LTD.

Registration number: Y2024980009499