CN203325558U - 一种混杂纤维复合绳芯增强导线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于电缆制造领域，提供了一种混杂纤维复合绳芯增强导线，所述导线由至少一层截面为梯形或圆形的金属构成导体部分，承重的增强芯是由7根连续纤维浸渍树脂并预固化而得到的单向加捻绳股经合股并捻和固化形成的1×7结构的绳索。本实用新型通过控制绳芯、绳股和合股并捻的捻向、捻距，获得形状稳定、柔韧性好，且纤维受力均匀的混杂纤维复合绳索；由该绳索增强的导线除具有重量轻、强度大、耐腐蚀、低弧垂等特点以外，还特别具有柔韧性好、纤维受力均匀和绝缘性好的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于电缆制造领域，尤其涉及一种混杂纤维复合绳芯增强导线。
背景技术
随着国民经济的高速发展，电力需求不断增长，现有的输电线路已不堪承受传输容量快速扩充的需求。由于过量负荷造成的停电、断电事故时有发生，电力传输已成为我国乃至全世界电力工业发展的瓶颈。目前，高压架空输电线路普遍使用钢芯铝绞线（ACSR，Aluminum Conductor Steel Reinforced），ACSR存在钢丝材料引起的磁损和热效应，加之自身重量较大、热膨胀系数较高和金属材料具有的蠕变现象，在温度升高时，导致弦垂迅速增大，大大降低导线运行的安全性和可靠性，严重时会造成短路和人身伤亡，这是导致停电、断电事故频繁发生的主要原因。因此，各国的相关科技人员一直在努力探索新型输电导线，包括耐热铝合金导线、殷钢芯或铝包殷钢芯导线以及碳纤维复合芯导线等。
自上个世纪90年代开始，美国的科技人员即开始研究用复合材料代替传统导线的钢芯，以降低导线弧垂和提高运行温度，实现迅速扩容和提高管网安全性的目的。到目前为止，具有代表性的是美国CTC公司开发的碳纤维复合芯导线（ACCC）。与传统钢芯铝绞线（ACSR）相比，碳纤维复合芯导线具有重量轻、强度大、高载流、低线损、耐腐蚀、低弧垂等优点。碳纤维复合芯导线使用的增强芯是用连续碳纤维和玻璃纤维增强耐高温热固性树脂而得到的复合材料刚性棒状整体结构，其承重主要依靠碳纤维，而韧性和绝缘性能则主要取决于树脂基体和玻璃纤维层，因此，存在纤维受力不均匀、复合芯表层和内部热膨胀不匹配、韧性较差等问题，此外，若玻璃纤维表层包覆不均匀或有缺陷还存在碳纤维芯绝缘不良的隐患，这些问题的存在限制了该导线的进一步推广和应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种混杂纤维复合绳芯增强导线，旨在解决现有钢芯铝绞线存在钢丝材料引起的磁损和热效应，自身重量较大、热膨胀系数较高导致弧垂较大、韧性较差等问题。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种混杂纤维复合绳芯增强导线，所述导线由至少一层截面为梯形或圆形的金属构成导体部分，承重的增强芯是由7根连续纤维浸渍树脂并预固化而得到的单向加捻绳股经合股并捻和固化形成的1+6结构的绳索。
构成增强芯的每根绳股的表面都制备有保护层。
构成增强芯的芯部的绳股表面制备一层具有6个弧状螺旋槽的保护层，螺旋槽的形状和方向与合股并捻时表层绳股的截面和捻距一致，表层绳股镶嵌在绳芯表面的螺旋槽内，整个绳索表面制备有保护层。
构成增强芯的表层绳股和芯部绳股由不同的纤维增强树脂而得到。
构成增强芯的绳股的捻度控制在5～30n/m，绳股上树脂的体积含量控制在25%～45%。
构成增强芯的绳股的捻度控制在10～20n/m，绳股上树脂的体积含量控制在30%～40%。
所述绳索的捻距控制在20D～300D，且绳索的捻向与其表层绳股的捻向相反。
所述绳索的捻距控制在30D～200D。
所述导体部分由两层截面为梯形或圆形的金属构成，其中内层和外层的绕制方向相反。
本实用新型的突出优点是：本实用新型通过控制绳芯、绳股和合股并捻的捻向、捻距，获得形状稳定、柔韧性好，且纤维受力均匀的混杂纤维复合绳索；由该绳索增强的导线除具有重量轻、强度大、耐腐蚀、低弧垂等特点以外，还特别具有柔韧性好、纤维受力均匀和绝缘性好的优点。
附图说明
图1是本实用新型提供的混杂纤维复合绳芯增强导线的结构示意图；
图2是本实用新型的一个实施例提供的混杂纤维复合绳芯增强导线的截面示意图；
图3是本实用新型另一个实施例提供的混杂纤维复合绳芯增强导线的截面示意图；
1、混杂纤维复合绳索表层绳股；2、混杂纤维复合绳索中心绳股；5、6绳股的表面保护层；3、4绳索表面的导体。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
图1示出了本实用新型提供的混杂纤维复合绳芯增强导线的结构。
如图所示，本实用新型提供的混杂纤维复合绳芯增强导线由至少一层截面为梯形或圆形的金属构成导体部分，承重的增强芯是由7根连续纤维浸渍树脂并预固化而得到的单向加捻绳股经合股并捻和固化形成的1+6结构的绳索。
在本实用新型的一个实施例中，所述的混杂纤维复合绳芯增强导线的截面如图2所示，导线的增强芯使用的绳股是由高强度纤维经与热固性树脂浸渍、集束、加捻、预固化、表面应用挤塑机或布带缠绕的方式同步制备保护层而形成。其中，表层绳股和芯部绳股是由不同的纤维增强树脂而得到。
所述高强度纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或高分子量聚乙烯纤维中的两种纤维，其中优选碳纤维和玻璃纤维或碳纤维和玄武岩纤维，碳纤维可用于芯部绳股，玻璃纤维和玄武岩纤维可用于表层绳股。
所述热固性树脂可以是乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂，优选环氧树脂和双马来酰亚胺树脂，特别是多官能团耐热环氧树脂。
绳股表面施加保护层的目的是减少绳股表层纤维之间的磨损并实现与导体绝缘。为了充分利用纤维的力学性能，单捻绳股的捻度控制在5～30n/m，优选捻度范围为10～20 n/m（捻度是指单捻绳股中单位长度的捻回数，其中纤维绕其轴心旋转360˚即为一个捻回），树脂的体积含量控制在25%～45%范围，优选范围为30%～40%。
所述的绳股表面保护层，其材质可以是聚乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺和聚砜酰胺等，其中，优选聚四氟乙烯和聚酰亚胺树脂。
作为本实用新型的一个实施例，所述导线的制备方法如下：首先，分别取1组12束碳纤维和6组玻璃纤维（每组12束），每组纤维经浸渍树脂、集束、加捻、预固化，并应用挤塑机同步在其表面注塑聚四氟乙烯层，涂层厚度为1mm～2mm，得到1根单捻碳纤维复合绳股和6根单捻玻璃纤维绳股。单捻绳股在制备过程中，可用加捻机实施加捻，加捻方向为顺时针方向，捻度控制在15n/m，树脂体积含量控制在35%，预固化温度为150℃～180℃。
然后，将7根单向加捻的绳股（1根绳芯和6根表层绳股）经合股并捻、固化，形成纤维复合绳索，其中碳纤维单捻绳作为绳芯，其余6股玻璃纤维单捻绳股作为表层绳股，经固化得到混杂纤维复合绳索。绳索的捻向为Z向，捻距控制在100D（D为表层单捻绳股直径），固化温度为180℃～220℃。合股并捻时，为获得良好抱和性且可以充分发挥单捻绳股的力学性能，采用交互捻sZ或zS的方式（即绳索的捻向与绳股的捻向相反），捻距控制在20D～300D，优选30D～200D（D为绳索表层单捻绳股的直径）。绳索的捻距是指表层绳股围绕绳芯旋转一周（360˚）相应两点之间的直线距离，通常用绳股直径的倍数来表示。
最后，应用绞线设备，在上述混杂纤维复合绳索表面绞绕梯形截面软铝导体，其中第一层导体的绕制方向为S向，第二层为Z向，得到混杂纤维复合绳索增强的铝导线。
所述金属导体可以是铜、铜合金、铝和铝合金，优选软铝、硬铝和耐热铝合金。
图3示出了本实用新型另一个实施例提供的混杂纤维复合绳芯增强导线的截面构造。
在本实用新型实施例中，所述的混杂纤维复合绳索使用的绳股是由高强度纤维经与热固性树脂浸渍、集束、加捻、预固化形成绳股，其中表层绳股和芯部绳股分别是由不同纤维增强树脂而得到的绳股。用于绳芯的绳股在预固化时同步在其表面制备一层与所制绳索的捻向和捻角一致的螺旋槽状保护层，每个表层绳股不单设保护层，单捻绳股的捻度为5～30n/m，优选捻度为10～20 n/m，树脂的体积含量控制在25%～45%范围，优选范围为30%～40%。
本实用新型实施例提供的所述导线的一种制备方法如下：首先，分别取1组12束碳纤维和6组玄武岩纤维（每组12束），经浸渍树脂、集束、加捻、预固化，得到1根单捻碳纤维复合绳股和6根单捻玻璃纤维绳股，其中用于绳芯的碳纤维复合绳股在预固化后同步在其表层应用挤塑机注塑一层具有6个弧状螺旋槽的表面层，螺旋槽的形状和方向与合股并捻时表层绳股的截面形状和捻距相适配（即与其自身的捻向相反），其余6根玄武岩纤维复合单捻绳股不设保护层。单股绳在制备过程中，应用加捻机实施加捻，加捻方向为S向（顺时针方向），捻度控制在15n/m，树脂体积含量控制在35%，预固化温度为155℃～185℃。
然后，应用合股机将上述7股单捻绳合股并捻，使6根表层绳股镶嵌在绳芯表面带有螺旋槽保护层的螺旋槽内，并同步在绳索表面缠绕聚四氟乙烯带，缠绕厚度为1mm～2mm，缠绕方向为S向，再经固化得到混杂纤维复合绳索。绳索的捻向为Z向，捻距控制在80D（D为表层单捻绳股直径），固化温度为185℃～230℃。
所述的纤维复合材料绳索在合股并捻时，表层绳股镶嵌在绳芯表面的螺旋槽内，并通过挤塑机或布带缠绕的方式在整体绳索表面制备保护层，经固化形成绳索。合股并捻时捻距控制在20D～300D，优选30D～200D，且绳索的捻向与其表层绳股的捻向相反。
最后，应用绞线设备，在上述混杂纤维复合绳索表面绞绕梯形截面软铝导体，其中第一层导体的绕制方向为S向，第二层为Z向，得到碳纤维复合绳芯铝导线。
本实用新型通过控制浸渍树脂、加捻和预固化过程，获得抱和性好并能充分发挥纤维力学性能的单捻绳股；通过控制绳芯、绳股和合股并捻的捻向、捻距，获得形状稳定、柔韧性好，且纤维受力均匀的混杂纤维复合绳索；由该绳索增强的导线除具有重量轻、强度大、耐腐蚀、低弧垂等特点以外，还特别具有柔韧性好、纤维受力均匀和绝缘性好的优点。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，所述导线由至少一层截面为梯形或圆形的金属构成导体部分，承重的增强芯是由7根连续纤维浸渍树脂并预固化而得到的单向加捻绳股经合股并捻和固化形成的1+6结构的绳索。
2.如权利要求1所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，构成增强芯的每根绳股的表面都制备有保护层。
3.如权利要求1所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，构成增强芯的芯部的绳股表面制备一层具有6个弧状螺旋槽的保护层，螺旋槽的形状和方向与合股并捻时表层绳股的截面和捻距一致，表层绳股镶嵌在绳芯表面的螺旋槽内，整个绳索表面制备有保护层。
4.如权利要求1-3任一所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，构成增强芯的表层绳股和芯部绳股由不同的纤维增强树脂而得到。
5.如权利要求1-3任一所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，构成增强芯的绳股的捻度控制在5～30n/m，绳股上树脂的体积含量控制在25%～45%。
6.如权利要求5所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，构成增强芯的绳股的捻度控制在10～20n/m，绳股上树脂的体积含量控制在30%～40%。
7.如权利要求1-3任一所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，所述绳索的捻距控制在20D～300D，且绳索的捻向与其表层绳股的捻向相反。
8.如权利要求7所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，所述绳索的捻距控制在30D～200D。
9.如权利要求1所述的混杂纤维复合绳芯增强导线，其特征在于，所述导体部分由两层截面为梯形或圆形的金属构成，其中内层和外层的绕制方向相反。
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