[發明專利]一種混雜纖維拉擠復合材料、其制造方法及成型裝置

有效

• 申請號: 201010600606.0
• 申請日: 2010-12-16
• 公開（公告）號: CN102176345A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 楊小平;羅昱明;劉渤濤;常德友;張杰
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;天津國恒復合材料技術有限公司;天津市百潤科技有限公司
• 主分類號: H01B7/18
• 分類號: H01B7/18;H01B13/00;C08L63/00;C08K7/14;C08K7/06
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

技術領域

本發明涉及一種支持結構的部件、其制造方法及設備，具體地說是一種混雜纖維拉擠復合材料、其制造方法及成型裝置。

背景技術

目前，在輸變電線路領域，傳統的高壓架空導線是由鋼芯鋁絞線構成，其中鋼芯起到承載負荷的作用。由于增大載流量會使線路的發熱量增加，而傳統的鋼芯鋁絞線隨著溫度升高機械性能明顯下降，會直接導致導線的弧垂增大，線體擺動半徑增加，從而影響單根導線的跨度、塔架的高度和架線規程。同時，傳統鋼芯的自重較高，強度較低，不耐腐蝕，在惡劣的氣候條件或者長時間使用下，容易出現斷線，交叉短路等安全問題。

針對這些問題，需要設計出一種具有強度高，自重低，韌性好，高溫弧垂小，耐腐蝕性能好的架空導線芯線。由于碳纖維復合材料有著輕質，高強的特點，而玻璃纖維在具備一定的強度和模量的同時，也有著良好的保護作用和絕緣性能，所以碳纖維/玻璃纖維混雜復合材料能提供良好的力學性能，可以作為承力的結構部件。拉擠成型是一種自動化連續生產纖維增強復合材料的工藝方法，它是將連續的增強纖維浸漬樹脂后，牽引經過成型模具，在模具內固化成型為規定形狀，牽引出模后成型為最終制品的加工方法。拉擠成型技術是制造高性能、高纖維體積含量復合材料的一項重要的技術，該技術操作簡單，成本較低。所以用拉擠工藝生產的實現同軸結構的混雜纖維復合材料具有很多優勢，可以廣泛的應用于各個工業領域的結構部件中。

美國專利申請US7060326B2公開了一種復合材料芯鋁絞線電纜的制造方法，其相應的中國專利申請公開號為CN1898085A。該發明將碳纖維/玻璃纖維混雜的復合材料電纜芯以一種新的絞線方式與梯形截面的鋁材結合制備成高壓架空電纜，并且已經在中國掛網運行。

中國專利公開CN101034601A及CN101533682A都公開了制備復合材料芯線的方法。

上述公開的材料或方法都沒有保持芯層和殼層同軸的裝置或者采用一次拉擠成型的方式，這就導致最終產品的同軸度和圓度不高，芯層碳纖維與殼層玻璃纖維的界面為鋸齒形，碳纖維有可能出現在外表面，造成中間碳纖維芯的導電，引起碳纖維芯的發熱，從而影響復合材料的整體力學性能；同時，復合材料芯線使用的基體樹脂體系的玻璃化溫度偏低，不能達到高壓輸電線路的耐熱要求。

發明內容

本發明是為了解決現有產品和方法中存在的產品同軸度和圓度不高、因基體樹脂體系的玻璃化溫度偏低從而使產品達不到耐熱要求的技術問題，提供一種可以實現強度高、自重低、韌性好、高溫弧垂小、耐腐蝕性好的同軸結構的混雜纖維拉擠復合材料、其制造方法及設備。

本發明提供的一種混雜纖維拉擠復合材料包括內部芯層和外部殼層，內部芯層由多束單向排列的碳纖維復合材料構成，外部殼層由多束單向排列的玻璃纖維復合材料構成，外部殼層均勻包覆在內部芯層之外，內部芯層和外部殼層截面為圓形，外部殼層沿軸向平行均勻分布在內部芯層周圍，兩層保持高度同軸，內部芯層直徑為6-8mm，外部殼層厚度為2-4mm。

本發明提供的混雜纖維拉擠復合材料的方法，包括以下步驟：將碳纖維經過分紗、浸膠、集束后，進行預固化，形成碳纖維芯層；將玻璃纖維經過分紗、浸膠；將浸膠后的玻璃纖維和經過預固化的碳纖維芯層通過集束、同軸調節后，玻璃纖維均勻包覆在經過預固化的碳纖維芯層周圍，形成預成型拉擠復合材料，然后進行固化、后固化處理，牽引拔出。

本發明優選取的技術方案包括：碳纖維和玻璃纖維在分紗前經過干燥處理；后固化處理的溫度為180-240℃；碳纖維浸膠時使用樹脂體系，該樹脂體系含有環氧樹脂、固化劑，脫模劑，促進劑；玻璃纖維浸膠時使用樹脂體系，該樹脂體系含有環氧樹脂、固化劑，脫模劑，促進劑和填充劑；碳纖維預固化時通過三個溫區進行，溫度分別為：70-120℃、90-140℃和110-160℃，碳纖維的移動速度為400-800mm/min；預成型拉擠復合材料進行固化時，通過三個溫區進行，溫度分別為：110-160℃、130-180℃和170-220℃，玻璃纖維的移動速度與碳纖維的移動速度一致。

優選的混雜纖維拉擠復合材料的制造設備的同軸調節裝置包括花鍵軸、花鍵滑套、花鍵軸座、花鍵軸升降絲杠、升降軌。

本發明由于采用了上述方案，通過同軸調節裝置置的調節使得玻璃纖維殼層均勻的分布在碳纖維芯層的外圈，提高了該拉擠復合材料的同軸度，增加了該拉擠復合材料的耐腐蝕性能。在應用的過程中，玻璃纖維殼層對碳纖維芯層起到了提高復合材料的韌性的保護作用，并且降低了成本。

同時，在殼層玻璃纖維復合材料體系中還可以加入填料，填料不僅可以增加了該拉擠復合材料的拉伸強度和彎曲強度，還進一步降低了其制造成本。