專利名稱：輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輸電線路電纜，尤其是一種采用復合材料作為芯線的電纜及其制 備方法，具體地說是一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜及其制備方法。
背景技術：
自從1800年開始，架空輸電用導線很少有大的革新，其中以鋼芯鋁導線使用量最 大，作為承擔架空輸電電纜重量的鋼絞線，這種鋼絞線不僅本身重量大，而且易因磁損和熱 效應造成輸出線路的線損，此外鋼絞線的抗拉強度不高，2008年我國南方出現(xiàn)的大面積輸 出鐵塔倒塌導致供電線路癱瘓就是因為鋼絞線不能承重冰雪的重量拉斷后造成鐵塔倒塌。 為此有人根據(jù)復合材料的特性提出了利用碳纖維復合芯來代替鋼絞線，充分發(fā)揮其重量 輕、強度高、無磁損、成本低的優(yōu)點，但現(xiàn)有的芯線均為單根圓形，不僅制造難度大，而且綜 合強度不高，以至于難以推廣運用，限制了此類電纜的推廣應用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的復合材料芯線電纜主要呈單圓柱形存在的制造難度 大，綜合強度不高的問題，設計一種由多股復合材料芯絞合組成具有斜向角度的芯線的輸 電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，同時提供其制備方法。本發(fā)明的技術方案之一是
一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，它由起承載作用的芯線1和至少一層起導 電作用的金屬導線2組成，所述的芯線1包裹在金屬導線2中，其特征是所述的芯線1由多 股碳纖維復合芯3和至少一層玻纖帶防護層4組成，各股碳纖維復合芯3和玻纖帶防護層 4呈斜向擰合粘結(jié)成一體。所述的芯線1至少由7股直徑不小于1毫米碳纖維復合芯3組成；每股碳纖維復 合芯3及玻纖帶防護層4與軸心線的夾角不大于10度。所述的金屬導線2為鋁導線，它由多根鋁線斜向擠壓包覆纏繞在芯線1，當所述的 金屬導線層的數(shù)量為兩層以上時，相鄰層的金屬導線2的纏繞方向相反。本發(fā)明的技術方案之二是
一種權(quán)利要求1所述的輸電線路碳纖維復合絞線增加芯電纜制備方法，其特征是它包 括以下步驟
首先，設置與復合絞線股數(shù)相等的張力紗架，將碳纖維從每個有張力顯示并可集中 控制張力的張力紗架上勻速牽出，并控制張力在廣5kN;
其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經(jīng)過集紗器集紗形成纖維束，引入周波烘 箱，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續(xù)碳纖維在制品中的體積比并除去纖維中的 水份，控制纖維含水率小于3%，周波烘箱的溫度控制在400°C ^500oC ；
第三步，將去過濕的碳纖維送入相應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂膠的纖維線速度在50(Tl000mm/min之間；
第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模預成型器中，控制出口的含膠量在109Γ15%， 然后送入拉擠模腔內(nèi)加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的 加熱溫度為50°C 60°C，另一段的加熱溫度為80°C ^lOO0C,同時使兩個加熱段之間保持 2(T40cm的間隙，得到預固化的碳纖維線材；
第五步，使經(jīng)過預固化的碳纖維線材經(jīng)過旋轉(zhuǎn)纏繞機，在預固化的碳纖維線材表面 用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材制品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；
第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器中再次浸潤涂膠，控制浸漬 容器的溫度在40士 1°C，使之以500mm/min-1000 mm/min的速度再次通過烘箱加熱器加熱， 加熱溫度為1600C ^lSO0C ；
第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構(gòu)中進行浸漬定型； 第八步，將上述從浸漬定型機構(gòu)中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 成帶有角度的、繩索狀復合絞線，然后再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱中進行加熱定 型，兩段加熱定型溫度分別為160°C 180°C和200°C 220°C，并去除多余膠，得到復合絞線 芯并收卷在收卷盤上；
第九步，將纏繞有復合絞線芯的收卷盤安裝在電纜絞線機架尾部支架上； 第十步，將復合絞線芯末端引入電纜絞線機中心軸后再用牽引帶引入電纜絞線機頭孔 中，然后引入電纜收卷盤上固定；
第十一步，按照通用電纜絞線機通常加工方法，進行絞線加工，控制進線速度在 l(Tl5m/min，以防碳纖維復合絞線芯表面受損。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的電纜具有比重輕、強度大、耐高溫、耐腐蝕、線損低、馳度低、熱膨脹系數(shù)小。本發(fā)明的方法簡單易，可在一條生產(chǎn)線上一次性成型。
圖1是本發(fā)明的輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的電纜生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 (a)是芯線制造設備部分。圖2 (b)是電纜成形設備部分。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一。如圖1所示。一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，它由起承載作用的芯線1和至少一層 (圖中為2層)起導電作用的金屬導線2組成，所述的芯線1包裹在金屬導線2中，所述的芯 線1由多股碳纖維復合芯3組成，各股碳纖維復合芯呈斜向擰合粘結(jié)成一體。在碳纖維復 合絞線芯表面與鋁導線之間纏繞有一層起絕緣作用玻纖帶的保護層4。所述的芯線1至少 由7股直徑不小于1毫米碳纖維復合芯3組成；每股碳纖維復合芯3與軸心線的夾角不大于10度。所述的金屬導線2為鋁導線，它由多根鋁線斜向擠壓包覆纏繞在芯線1，當所述的 金屬導線層的數(shù)量為兩層以上時，相鄰層的金屬導線2的纏繞方向相反。實施例二。一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜制備方法，它包括以下步驟
首先，設置與復合絞線股數(shù)相等的張力紗架，將碳纖維從每個有張力顯示并可集中 控制張力的張力紗架上勻速牽出，并控制張力在廣5kN;
其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經(jīng)過集紗器集紗形成纖維束，引入周波烘 箱，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續(xù)碳纖維在制品中的體積比并除去纖維中的 水份，控制纖維含水率小于3%，周波烘箱的溫度控制在400°C ^500oC ；
第三步，將去過濕的碳纖維送入相應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂 膠的纖維線速度在50(Tl000mm/min之間；
第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模預成型器中，控制出口的含膠量在109Γ15%， 然后送入拉擠模腔內(nèi)加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的 加熱溫度為50°C 60°C，另一段的加熱溫度為80°C ^lOO0C,同時使兩個加熱段之間保持 2(T40cm的間隙，得到預固化的碳纖維線材；
第五步，使經(jīng)過預固化的碳纖維線材經(jīng)過旋轉(zhuǎn)纏繞機，在預固化的碳纖維線材表面 用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材制品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；
第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器中再次浸潤涂膠，控制浸漬 容器的溫度在40士 1°C，使之以500mm/min-1000 mm/min的速度再次通過烘箱加熱器加熱， 加熱溫度為1600C ^lSO0C ；
第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構(gòu)中進行浸漬定型； 第八步，將上述從浸漬定型機構(gòu)中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 成帶有角度的、繩索狀復合絞線，然后再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱中進行加熱定 型，兩段加熱定型溫度分別為160°C 180°C和200°C 220°C，并去除多余膠，得到復合絞線 芯并收卷在收卷盤上；如圖2 (a)所示。第九步，將纏繞有復合絞線芯的收卷盤安裝在電纜絞線機架尾部支架上；
第十步，將復合絞線芯末端引入電纜絞線機中心軸后再用牽引帶引入電纜絞線機頭孔 中，然后引入電纜收卷盤上固定；
第十一步，按照通用電纜絞線機通常加工方法，進行絞線加工，控制進線速度在 l(Tl5m/min，以防碳纖維復合絞線芯表面被擠壓受損。如圖2(b)所示。具體實施時還可在 碳纖維復合絞線芯表面與鋁導線之間纏繞有一層起絕緣作用玻纖帶的保護層4。圖2 (a)是本發(fā)明的芯線制造設備流程圖，它是本發(fā)明整個生產(chǎn)線的前部，與圖2 (b)所示的電纜成型線一起組成整個生產(chǎn)線。圖2 (a)的碳纖維多用途復合絞線制造設備， 它主要包括股線纏繞機構(gòu)501、合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)502、牽引收卷機構(gòu)503，線材纏繞機構(gòu) 501的數(shù)量與最終成品碳纖維復合絞線的股數(shù)相等(它可為圖2 (a)所示的7股、19股、37 股，相應地所述的線材纏繞機構(gòu)1的數(shù)量也應為7個，19個和37個，圖中所示的為7股結(jié)構(gòu) 得合絞線的成型裝置示意圖，其中的線材纏繞機構(gòu)1的數(shù)量為7個)，各線材纏繞機構(gòu)501最 終輸出的線材均同步送入同一合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)502的輸入端，合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2的輸 出的成品復合絞線送入牽引收卷機構(gòu)503中收卷；所述的股線纏繞機構(gòu)1主要依次由張力顯示控制紗架101、集紗器102、去濕器103 (可采用周濾烘箱)、浸漬器104、予成型模105、 拉擠模109、碳纖維纏繞機106、二次浸漬器107和固化烘箱108組成，它們通過制造過程中 的復合絞線504相互串接成一個整體，固化烘箱108作為絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)501的輸出接合股 絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)502的輸入；所述的合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2主要依次由多股浸漬定型裝置201、 多股絞線旋轉(zhuǎn)裝置202、定型烘箱203組成，其中的浸漬定型裝置201包括定型模具，定型模 具的中心位置處設有與最終成型復合絞線股數(shù)相配的模腔，在定型模具上設有與模腔相通 的浸漬液注入口，各股線纏繞機構(gòu)1中的固化烘箱108送來的線材浸漬后送入定型模具204 中浸漬并由進口端大、出口端小的模腔205擠壓進行合股后送入多股絞線旋轉(zhuǎn)裝置202旋 轉(zhuǎn)成帶有角度的、繩索狀復合絞線504，該復合絞線4然后進入緊鄰的定型烘箱203中，定型 烘箱203中設有兩段加熱定型溫度段，其中第一段的加熱溫度為160°C 180°C，第二段的 加熱溫度為200°C 220°C，定型烘箱203作為合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)502的成品復合絞線504 的輸出端與牽引收卷機構(gòu)503相鄰，牽引收卷機構(gòu)503由與多股絞線旋轉(zhuǎn)裝置202同步旋 轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)牽引機301和旋轉(zhuǎn)收卷機302組成。具體實施時，上述設備中所涉及的張力顯示控制紗架101、集紗器102、去濕器 103、浸漬器104、予成型模105、纖維纏繞機106、二次浸漬器107和固化定型模108、旋轉(zhuǎn)合 股絞線裝置202、定型烘箱203均可采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品或申請人在先申請的有關碳纖復合 材料成型設備中相同的裝置或機構(gòu)、模具加以實現(xiàn)。牽引收卷機構(gòu)3中旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)牽引機 301和旋轉(zhuǎn)收卷機302可采用常規(guī)的牽引機和收卷機進行簡單的改造而成，即將牽引機和 收卷機安裝在一個轉(zhuǎn)動裝置上即上。圖2 (b)所示的電纜生產(chǎn)線的入口與圖2 (a)所示的生產(chǎn)線的尾端的收卷盤8相 連，收卷盤8上的芯線穿過放線器4和絞頭5和固定盤6后與電纜收線盤7相連，放線器4 中放出的鋁導線通過絞頭纏繞在芯線上形成圖1所示的電纜，最后收在收線盤7上。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，它由起承載作用的芯線(1)和至少一層 起導電作用的金屬導線(2)組成，所述的芯線(1)包裹在金屬導線(2)中，其特征是所述的 芯線(1)由多股碳纖維復合芯(3)和至少一層玻纖帶防護層(4)組成，各股碳纖維復合芯 (3)和玻纖帶防護層(4)呈斜向擰合粘結(jié)成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，其特征是所述的芯線 (1)至少由7股直徑不小于1毫米碳纖維復合芯(3)組成；每股碳纖維復合芯(3)與軸心線 的夾角不大于10度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜，其特征是所述的金屬 導線(2)為鋁導線，它由多根鋁線斜向擠壓包覆纏繞在芯線(1)，當所述的金屬導線層的數(shù) 量為兩層以上時，相鄰層的金屬導線(2)的纏繞方向相反。
4.一種權(quán)利要求1所述的輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜制備方法，其特征是它 包括以下步驟首先，設置與復合絞線股數(shù)相等的張力紗架，將碳纖維從每個有張力顯示并可集中 控制張力的張力紗架上勻速牽出，并控制張力在廣5kN;其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經(jīng)過集紗器集紗形成纖維束，引入周波烘 箱，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續(xù)碳纖維在制品中的體積比并除去纖維中的 水分，控制纖維含水率小于3%，周波烘箱的溫度控制在400°C ^500oC ；第三步，將去過濕的碳纖維送入相應的恒溫無損直線料槽中浸潤涂膠，控制浸潤涂 膠的纖維線速度在50(Tl000mm/min之間；第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模預成型器中，控制出口的含膠量在109Γ15%， 然后送入拉擠模腔內(nèi)加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的 加熱溫度為50°C 60°C，另一段的加熱溫度為80°C ^lOO0C,同時使兩個加熱段之間保持 2(T40cm的間隙，得到預固化的碳纖維線材；第五步，使經(jīng)過預固化的碳纖維線材經(jīng)過旋轉(zhuǎn)纏繞機，在預固化的碳纖維線材表面 用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材制品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器中再次浸潤涂膠，控制浸漬 容器的溫度在40士 1°C，使之以500mm/min-1000 mm/min的速度再次通過烘箱加熱器加熱， 加熱溫度為1600C ^lSO0C ；第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構(gòu)中進行浸漬定型； 第八步，將上述從浸漬定型機構(gòu)中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 成帶有角度的、繩索狀復合絞線，然后再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱中進行加熱定 型，兩段加熱定型溫度分別為160°C 180°C和200°C 220°C，并去除多余膠，得到復合絞線 芯并收卷在收卷盤上；第九步，將纏繞有復合絞線芯的收卷盤安裝在電纜絞線機架尾部支架上；第十步，將復合絞線芯末端引入電纜絞線機中心軸后再用牽引帶引入電纜絞線機頭孔 中，然后引入電纜收卷盤上固定；第十一步，按照通用電纜絞線機通常加工方法，進行絞線加工，控制進線速度在 l(Tl5m/min，以防碳纖維復合絞線芯表面被擠壓受損。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜制備方法，其特征是在碳纖維復合絞線芯表面與鋁導線之間纏繞有一層起絕緣作用的玻纖帶保護層。
全文摘要
一種輸電線路碳纖維復合絞線增強芯電纜及制備方法，它由起承載作用的芯線(1)和至少一層起導電作用的金屬導線(2)組成，所述的芯線(1)包裹在金屬導線(2)中，其特征是所述的芯線(1)由多股碳纖維復合芯(3)組成，各股碳纖維復合芯(3)呈斜向擰合粘結(jié)成一體。本發(fā)明的電纜具有比重輕、強度大、耐高溫、耐腐蝕、線損低、馳度低、熱膨脹系數(shù)小。
文檔編號H01B13/00GK102103902SQ20111002972
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者程正琿, 程逸建 申請人:南京諾爾泰復合材料設備制造有限公司