CN102039681A - 制作输电线路碳纤维复合芯的系统及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作输电线路碳纤维复合芯的系统及其制作工艺，其特征在于：系统连接顺序为纱架、集纱板、预热器、双辊恒温可替换胶槽、挤胶装置、一次预成型装置、碳纤维预热模、二次预成型包覆装置、固化模、后加热烘箱、风冷冷却装置、牵引机，最后是收卷机；在二次预成型包覆装置的上方安装导布架，在碳纤维预热模和固化模上分别套装加热器，在碳纤维预热模两侧安装玻璃纤维导纱板。本发明的制备方法经过对高性能树脂体系进行反复实验，在充分考虑碳纤维及高强玻璃纤维的特性基础上，采最外层包覆玻璃纤维布，加强产品的横向强度，提高了产品抗开裂性及实现了工艺的可行性，解决了高性能树脂拉挤困难的难题。

Description

制作输电线路碳纤维复合芯的系统及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种制作输电线路碳纤维复合芯的系统及其制作工艺，尤其是一种商性能复合材料芯线的制造方法，和专用于该制作方法的设备。

背景技术

传统电力工业是以钢芯铝铰线ACSR作为输电线路输送电能的主要载体，但钢芯反自重大且允许工作温度低，线损大等缺点，尤其是抗拉强度低，膨胀系数高，对气候的适应性差，因此用碳纤维复合芯取代钢芯是一种趋势，目前国内市场存在的碳纤维复合芯有两大类，一类为进口芯，质量好，但价格高，另一类为国产芯，质量水平低，因此，提高产品性能，达到国际水平，是势在必行的，同时，目前产品大多采用玻璃纤维包覆碳纤维而制成，存在抗扭转性能差易开裂缺陷，因此，本发明根据高性能树脂体系的特性研制出了一种玻璃纤维包覆碳纤维，同时外层包覆玻璃纤维布的输电线路碳纤维复合芯的制造新工艺与之配套的设备。目前，国内生产的碳纤维复合材料芯的生产设备主要由纱架、浸渍器、导纱器模具、加热器、牵引机，收卷机等几个部分组成，所生产的产品质量水平低，且速度低，周期长，综合效益差。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种制作输电线路碳纤维复合芯的系统及其制作工艺，采用高性能树脂体系，对设备(如浸渍器、预成型装置、模具等)进行了设计与制造，使以往高性能树脂体系产品难以拉拔变成可能，同时提高了生产速度。

技术方案

一种制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于包括纱架1、集纱板2、预热器3、双辊恒温可替换胶槽4、挤胶装置5、一次预成型装置6、碳纤维预热膜7、玻璃纤维导纱板8、二次预成型包覆装置9、导布架10、固化模11、加热器12、后固化加热烘箱13、风冷冷却装置14、牵引机15和收卷机16；系统连接顺序为纱架1、集纱板2、预热器3、双辊恒温可替换胶槽4、挤胶装置5、一次预成型装置6、碳纤维预热模7、二次预成型包覆装置9、固化模11、后加热烘箱13、风冷冷却装置14、牵引机15，最后是收卷机16；在二次预成型包覆装置9的上方安装导布架10，在碳纤维预热模7和固化模11上分别套装加热器，在碳纤维预热模7两侧安装玻璃纤维导纱板8。所述的在固化模11上套装的加热器长为130cm～180cm，分为五段：前三段的间隔为30cm～50cm，后两段的间隔为20cm～35cm。

在牵引机15和收卷机16之间设有计米器。

所述的沙架1为自带张力可调控纱架。

所述的预热器为可温控预热器。

所述的胶槽自带温控装置。

一种采用上述设备制作输电线路碳纤维复合芯的工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳纤维和高强玻璃纤维从纱架上匀速拉出，速度控制在700～1000mm/min，经过纱架上的导纱孔，经集纱板上聚集后，进入预热器中烘干预热；

步骤2：将预热后的碳纤维和高强度玻璃纤维置入双导辊可替换恒温胶槽内浸润胶液，再经过挤胶装置排除空气；

步骤3：将经过挤胶装置的碳纤维经一次预成型装置排列整齐后置入碳纤维预热模具中，按照模具长度进行分段预加热，温度为80℃-140℃，得到碳纤维芯；

步骤4：步骤2中经胶液完全浸润的高强度玻璃纤维经导纱板后与步骤3得到的碳纤维芯进入的二次预成型包覆装置，将高强度玻璃纱与玻璃纤维布逐层包覆在碳纤维芯上，然后进入成型模具中按照五个分段的加热器区进行加热固化得到固化的复合芯；所述五个加热区的划分为：从前之后依次为150℃～180℃，185℃～205℃、210℃～225℃、225℃～235℃、225℃～235℃；

步骤5：将固化的复合芯置入固化加热器中进行后固化处理，控制后固化温度为230～240℃，后固化时间约为3～7分钟；

步骤6：将从固化加热器中牵引出的复合芯冷却后收绕在收卷机上。

有益效果

本发明的制备方法经过对高性能树脂体系进行反复实验，在充分考虑碳纤维及高强玻璃纤维的特性基础上，采最外层包覆玻璃纤维布，加强产品的横向强度，提高了产品抗开裂性及实现了工艺的可行性，解决了高性能树脂拉挤困难的难题。经过反复实验，合理设计工艺路线，最终确定了本工艺路线：首先对碳纤维进行预成型及预热，再用高强度玻璃纱均匀包覆，最后再用玻璃纤维布包覆。这样，即大幅度提高了产品质量，同时又满足了高性能树脂复合材料生产的可连续性。该方法具有独创性，为输电线路提供了性能更高，质量更好的芯材，本发明根据碳纤维复合材料芯的特点，对现有复合材料生产中的常用设备进行了合理配置及创新，组合生产出的碳纤维复合芯完全能满足现代电力工业的需求，利用本发明的方法和设备生产碳纤维复合芯比现在同类产品在耐热性，抗扭转，抗挤压等方面均有大幅度提高，提升了电力输送线路的安全性。

本发明的系统配置合理，控制系统先进，结构简单，制造安装调试及维护方便，其中在双辊恒温可替换胶槽，一次预成型装置，碳纤维预热模，二次预成型包覆装置及固化模等方面经过反复摸索试验，最终采用一段加热和五段加热的加热方式，同时外层包玻璃纤维布，确保了生产的连续性及产品的质量问题。

附图说明

图1：为本发明的制备方法流程图

图2：为本发明的制作输电线路碳纤维复合芯的系统配置图

1-沙架、2-集纱板、3-预热器、4-双棍恒温可替换胶槽、5-挤胶装置、6-一次预成型装置、7-碳纤维预热模、8-玻璃纤维导纱板、9-二次预成型包覆装置、10-导布架、11-固化模、12-加热器、13-后固化加热烘箱、14-风冷冷却装置、15-牵引机、16-收卷机、17-仪表控制箱、18-计米器、19-碳纤维、20-玻璃纤维、21-玻璃纤维布

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的输电线路复合芯制造系统主要由纱架1、集纱板2、预热器3、双棍恒温可替换胶槽4、挤胶装置5、一次预成型装置6、碳纤维预热模7、玻璃纤维导纱板8、二次预成型包覆装置9、导布架10、固化模11、加热器12、后固化加热烘箱13、风冷冷却装置14、牵引机15、收卷机16组成，纱架1后为集纱板2，预热器3安装在集纱板2与双棍恒温可替换胶槽4之间，挤胶装置5连接在胶槽4上，一次预成型装置6安装在胶槽4与碳纤维预热模7之间，玻璃纤维导纱板8安装在碳纤维预热模7两侧，二次预成型包覆装置9安装在碳纤维预热模7与固化模11之间，导布架10安装在二次预成型包覆装置9上方，加热器12分别套装在碳纤维预热模7和固化模11上，其中一次预成型装置6与碳纤维预热模7相联，二次预成型装置9与固化模11相联，固化模11的出口处安装后固化加热烘箱13，风冷冷却装置14安装在后固化加热烘箱13出口端，牵引机安装在风冷冷却装置14与收卷机16之间。

具体实施时，纱架1上的张力可以根据生产需要自行调节。

为了确保产品质量及生产的连续性，具体实施时，碳纤维预成型模7为一段加热，长为30-50cm，温度为80℃-140℃.固化模为五段加热，模长为130cm-180cm，其中靠近二次预成型包覆装置的前三段的间隔为30-50cm，后两段的间隔为20-35cm，温度依次为150℃-185℃，185℃-205℃，210-℃225℃，225℃-235℃，225-℃235℃。

开机前，应先通过人工将碳纤维和高强玻璃纤维从纱架上拉出穿过各个相应的装置后，拽至牵引机上固定后方可开机。以下的工作过程是假定整个生产线已进入运行状态后的过程。

安装在纱架上的碳纤维19和高强玻璃纤维20的引出端首先经过纱架1上的导纱孔依次排列，再在集纱板2上聚集，然后进入预热器3中预热烘干，再进入双棍恒温可替换胶槽4内浸胶，浸胶后的碳纤维与高强玻璃纤维经过挤胶装置5去除多余的胶液，碳纤维进入一次预成型装置6，排列整齐并去除多余胶后进入碳纤维预热模中预热成型7，经过挤胶装置后的玻璃纱经导纱板8导纱与预热后的碳纤维芯一起进入二次预成型包覆装置9中，玻璃纤维均匀地包覆在碳纤维芯周围，从导布架10上引出的玻璃纤维布21再进入二次预成型包覆装置中，并包覆在最外层后进入固化模11内加热固化成型，即可得至内芯为碳纤维中间层为玻璃纤维，最外层为玻璃纤维布的碳纤维复合芯半成品，复合芯再进入后固化加热烘箱13中，经过230℃-240℃加热，进一步固化定型，然后进入风冷冷却装置14冷却，冷却后的碳纤维复合芯经牵引机15牵出，在计米器测量长度后，进入收卷装置16中收卷。

采用上述系统制备高性能输电线路碳纤维复合芯的实施例，包括以下步骤：

1.将碳纤维和高强玻璃纤维从纱架上匀速拉出，速度控制在700-1000mm/min经过纱架上的导纱孔，再在集纱板上聚集后，进入预热器中烘干预热。

2.将预热后的碳纤维和高强玻璃纤维在双导辊可替换恒温胶槽内浸润胶液，再经过挤胶装置，控制胶量，同时排除纱内的空气。

3.将被胶完全浸润的碳纤维经一次预成型装置排列整齐及去除多余胶液后进入碳纤维预热模中进行预热，控制该模具的加热温度，该模长约30-50cm，为一段加热，温度为80℃-140℃

4.被胶液完全浸润的高强玻璃纤维经导纱板与经过碳纤维预热模后碳纤维芯进入二次预成型包覆装置，同时进入该装置的还有玻璃纤维布，该布安置在导布架上，在上次预成型包覆装置内，将高强玻璃纤维与玻璃纤维布逐层包覆在碳纤维芯上，同时去除多余的胶液，进入固化模中进行加热固化，控制加热温度，使该模具形成五个加热区，温度依次为150℃-185℃、185℃-205℃、210℃-225℃、225℃-235℃、225℃-235℃，五个加热区之间的间隔为30-50cm，后两个间隔为20-35cm，得到固化的复合芯。

5.固化后的复合芯再进入后固化加热烘箱中进行固化处理，控制后固化温度为230℃-240℃，后固化时间为3-7分钟，可通过调节牵引速度和后固化加热烘箱的长度来控制。

6.将以后固化加热器中牵引出的复合芯冷却，风冷冷却装置为工业用风扇。

7.冷却后的复合芯经过计数器累计测量长度，并检验后，即可收绕在收卷机上。

Claims (7)

1.一种制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于包括纱架(1)、集纱板(2)、预热器(3)、双辊恒温可替换胶槽(4)、挤胶装置(5)、一次预成型装置(6)、碳纤维预热膜(7)、玻璃纤维导纱板(8)、二次预成型包覆装置(9)、导布架(10)、固化模(11)、加热器(12)、后固化加热烘箱(13)、风冷冷却装置(14)、牵引机(15)和收卷机(16)；系统连接顺序为纱架(1、集纱极(2、预热器(3、双辊恒温可替换胶槽(4)、挤胶装置(5)、一次预成型装置(6)、碳纤维预热模(7)、二次预成型包覆装置(9)、固化模(11)、后加热烘箱(13)、风冷冷却装置(14)、牵引机(15)，最后是收卷机(16)；在二次预成型包覆装置(9)的上方安装导布架(10)，在碳纤维预热模(7)和固化模(11)上分别套装加热器，在碳纤维预热模(7)两侧安装玻璃纤维导纱板(8)；所述的在固化模(11)上套装的加热器长为130cm～180cm，分为五段：前三段的间隔为30cm～50cm，后两段的间隔为20cm～35cm。

2.根据权利要求1所述的制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于：在牵引机(15)和收卷机(16)之间设有计米器。

3.根据权利要求1所述的制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于：所述的沙架(1)为自带张力可调控纱架。

4.根据权利要求1所述的制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于：所述的预热器为可温控预热器。

5.根据权利要求1所述的制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于：所述的胶槽自带温控装置。

6.根据权利要求1所述的制作输电线路碳纤维复合芯的系统，其特征在于：所述模具的的长度为30-50cm.。

7.一种采用权利要求1～6所述任一种设备制作输电线路碳纤维复合芯的工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1：将碳纤维和高强玻璃纤维从纱架上匀速拉出，速度控制在700～1000mm/min，经过纱架上的导纱孔，经集纱板上聚集后，进入预热器中烘干预热；

步骤2：将预热后的碳纤维和高强度玻璃纤维置入双导辊可替换恒温胶槽内浸润胶液，再经过挤胶装置排除空气；

步骤3：将经过挤胶装置的碳纤维经一次预成型装置排列整齐后置入碳纤维预热模具中，按照模具长度进行分段预加热，温度为80℃-140℃，得到碳纤维芯；

步骤4：步骤2中经胶液完全浸润的高强度玻璃纤维经导纱板后与步骤3得到的碳纤维芯进入的二次预成型包覆装置，将高强度玻璃纱与玻璃纤维布逐层包覆在碳纤维芯上，然后进入成型模具中按照五个分段的加热器区进行加热固化得到固化的复合芯；所述五个加热区的划分为：从前之后依次为150℃～180℃，185℃～205℃、210℃～225℃、225℃～235℃、225℃～235℃；

步骤5：将固化的复合芯置入固化加热器中进行后固化处理，控制后固化温度为230～240℃，后固化时间约为3～7分钟；

步骤6：将从固化加热器中牵引出的复合芯冷却后收绕在收卷机上。

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