專利名稱：拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造方法及生產(chǎn)機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造碳纖維復(fù)合材料電纜芯(以下簡稱 "復(fù)合芯")的生產(chǎn)方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，我國電力輸配電專用電纜線還是常規(guī)鋼芯鋁絞線，其缺 點是重量比較大、使用溫度比較低、易銹蝕及易與鋁導(dǎo)線或其他部 件產(chǎn)生電解反應(yīng)、也容易形成弧垂。由于復(fù)合芯的強度足夠高，不 再需要鋁承擔(dān)受力作用，導(dǎo)電的鋁就可以采用退火狀態(tài)的軟鋁，其
導(dǎo)電率可超過63%IACS。采用復(fù)合芯制造的電力輸配電纜，其鋁導(dǎo) 線截面積比鋼芯鋁絞線多29%，載流量是常規(guī)鋼芯鋁絞線兩倍，較 高的運行效率有助于降低運行成本；復(fù)合芯制造的電力輸配電纜， 可在18(TC高溫下有效運行，而常規(guī)鋼芯鋁絞線的使用溫度為 IO(TC;復(fù)合芯制造的電力輸配電纜，耐環(huán)境惡化性能好，不生銹， 不腐蝕，不與鋁導(dǎo)線或其它部件產(chǎn)生電解反應(yīng)，可以循環(huán)利用；在
自然溫度條件下，復(fù)合芯不發(fā)生形變，實際上消除了弧垂。用復(fù)合 芯代替鋼芯制造電力輸配電專用電纜線，具有眾多的優(yōu)點，是今后 高壓電力輸配電纜制造發(fā)展的趨勢，受到國家電網(wǎng)的高度重視。預(yù)
期每年將有10萬噸復(fù)合芯的需求，可以推測將有幾千套碳纖維復(fù) 合芯生產(chǎn)機組的市場需求，具有明顯的市場前景。
碳纖維復(fù)合芯是由碳纖維和玻璃纖維共同作為增強材料，以熱 固性合成樹脂作為基體，通過樹脂浸漬、模具加熱、機械牽引等過 程制造而成。在復(fù)合芯內(nèi)部，碳纖維單獨形成復(fù)合芯內(nèi)芯，玻璃纖 維單獨形成復(fù)合芯的外層，并均勻包覆著碳纖維內(nèi)芯，在制造上要 求內(nèi)芯和外層保持同心；另外，復(fù)合芯的產(chǎn)品連續(xù)長度最高要求達
4到7500米，在制造上要求裝置長時期保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。
目前制造碳纖維復(fù)合芯的一般方式是，采用傳統(tǒng)的樹脂浸漬方 式，以及傳統(tǒng)的液壓或履帶拉擠設(shè)備；浸漬樹脂的碳纖維首先進入 第一個模具成型，然后在浸漬樹脂的玻璃纖維裹覆下進入第二個模 具，二次成型。用這種裝置生產(chǎn)碳纖維復(fù)合芯，具有諸多弊端如
1、 碳纖維內(nèi)芯經(jīng)過第一個模具固化成型后，其表面已經(jīng)不具 有強烈的化學(xué)活性，在第二道模具內(nèi)，主要是玻璃纖維包覆層固化。 玻璃纖維包覆層和碳纖維內(nèi)芯之間不再是化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)，而只能是緊 密的物理吸附。由此，在玻璃纖維包覆層和碳纖維內(nèi)芯之間產(chǎn)生了 界面。在彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮等應(yīng)力作用下，特別是在自然條件下常 年經(jīng)受低溫 高溫的輪回，會造成界面的老化和破壞，阻斷應(yīng)力傳 遞，承載能力下降。 一旦界面發(fā)生老化和破壞，將會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)， 這種連鎖反應(yīng)有可能在極短時間內(nèi)完成。
2、 采用傳統(tǒng)二次成型方法制造的復(fù)合芯，其纖維的方向都是0 度，在徑向上沒有任何約束條件。因此，在復(fù)合芯受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、 壓縮等應(yīng)力作用下，極易爆裂。
3、 傳統(tǒng)的生產(chǎn)機組，其樹脂槽的容積是固定的，既大又深， 而且樹脂槽部分和整個裝置焊死。其缺陷是樹脂槽容積過大，加入 的樹脂量超過單位時間消耗量的幾十倍，產(chǎn)生大量的陳舊性膠液， 會影響體系運行的穩(wěn)定性'。其次，在纖維浸漬運行中，無法將陳舊 性膠液移出樹脂槽，只能在運行終止后，拆卸樹脂槽進行清洗。
4、 采用2個獨立的模具，進行二次成型，在運行前安置模具 時要確保兩個不同直徑的模具孔保持同心，需要加工專門的工裝， 也增加了不確定因素。
5、 傳統(tǒng)復(fù)合芯生產(chǎn)機組，沒有措施確保纖維自模具進口經(jīng)模 具出口到夾持處，是處在水平線和中心線上，進而在復(fù)合芯內(nèi)芯和 包覆層的同心度上有不確定因素。
6、 傳統(tǒng)復(fù)合芯生產(chǎn)機組，適合于低速運行的樹脂品種，每分 鐘不大于400毫米，而高速運行的樹脂品種，運行速度可以達到1000毫米，甚至更快。
7、復(fù)合材料拉擠成型的本質(zhì)，是有效地控制樹脂化學(xué)反應(yīng)的 行為。由于大部分從業(yè)人員的專業(yè)局限性，在傳統(tǒng)生產(chǎn)機組上，根 本不予考慮，完全是憑經(jīng)驗、憑感覺，給機組長期穩(wěn)定運行造成不 確定的因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的則是針對上述傳統(tǒng)生產(chǎn)機組的不足，提供一種拉 擠纏繞同步進行且一次固化成型的復(fù)合芯制造方法及生產(chǎn)機組，該 生產(chǎn)機組的運行始終在可控的條件進行，且生產(chǎn)效率更高，使用該 機組制造的復(fù)合芯，性能可靠，運行成本更合理。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造方法，其特征是 將浸漬樹脂后的碳纖維束用紗線沿碳纖維束的徑向纏繞，再將浸漬 樹脂后的玻璃纖維包覆在碳纖維束的外圍，然后將它們一同進入成 型模具一次固化成型。
所述固化成型后的復(fù)合芯再經(jīng)過后加熱處理。
本發(fā)明設(shè)備采用的術(shù)方案如下
一種拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn)機組，包括有紗 架、集紗板、樹脂槽和成型模具，它們順序排列組成生產(chǎn)線，碳纖 維和玻璃纖維經(jīng)過集紗板后進入樹脂槽，再從成型模具中穿過后連 到牽引設(shè)備中被牽引巻繞，其特征是生產(chǎn)線中的樹脂槽與成型模具 之間設(shè)有纏繞機和預(yù)成型器，碳纖維在入進成預(yù)成型器之前先用纏 繞機在其外圍纏上紗線。
所述的纏繞機包括有安裝在支架上的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤由電機帶動， 轉(zhuǎn)盤中心設(shè)有通孔，碳纖維從該通孔中穿過，在轉(zhuǎn)盤上還安裝有兩 個紗錠，紗錠上的紗線纏繞在碳纖維的外側(cè)壁上。
所述的恒溫水浴樹脂槽為可上下升降式的，其特點是能夠在線 運行中更換容有新鮮膠液的樹脂槽，以徹底清除陳舊性膠液。
所述預(yù)成型器為圓片狀，其圓心處為孔徑大于碳纖維束直徑的通過孔，其圓周方向上均勻分布有用于玻璃纖維定位的半圓形凹 槽。
所述成型模具與后部的牽引設(shè)備之間設(shè)有定位架，定位架由上 下調(diào)節(jié)橫桿和其兩端的支撐架組成，上下調(diào)節(jié)橫桿上設(shè)有橫向卡 槽，橫向卡槽內(nèi)裝有兩個卡塊，兩個卡塊上均設(shè)有安裝滾輪的豎向 定位柱和將卡塊固定在橫向卡槽內(nèi)的固定旋鈕。
所述經(jīng)定位架與生產(chǎn)線后部的牽引設(shè)備之間還設(shè)有后處理烘箱。
本發(fā)明的有益效果有:—
1、 與二次成型不同，本發(fā)明既能夠運行反應(yīng)速度比較慢的環(huán) 氧樹脂體系，還可以運行反應(yīng)速度更快的乙烯基酯樹脂體系，使得 復(fù)合芯的生產(chǎn)效率成數(shù)倍的提高；
2、 與二次成型不同，本發(fā)明只使用一臺成型模具進行生產(chǎn)， 省去了工裝和運行前的兩臺成型模具之間的精確定位，減少了運行 的不確定因素；
3、 采用反應(yīng)速度更快的乙烯基酯樹脂體系制造復(fù)合芯，極大 地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)運行成本，也降低了該行業(yè)復(fù)合芯 生產(chǎn)機組的總投入量，對從業(yè)個體和整個行業(yè)都產(chǎn)生積極的影響。
4、 復(fù)合芯產(chǎn)品有嚴格的長度要求，對于長度規(guī)格達幾千米的 復(fù)合芯，如果生產(chǎn)運行中斷，將產(chǎn)生很大的損失。本發(fā)明一種拉纏 同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造機組，生產(chǎn)運行是可控的，由此 可以避免非正常的運行中斷。
5、 使用本發(fā)明提供的方法和設(shè)備生產(chǎn)出的復(fù)合芯，成型后的 復(fù)合芯無論有多長，其內(nèi)部固化的樹脂基體，就是一個超級大分子， 與碳纖維復(fù)合成為完整結(jié)構(gòu)而不存在任何界面；其次在復(fù)合芯截面 上可以看到玻璃纖維包覆層與碳纖維內(nèi)芯之間分界清，兩圓同心度 好，抗拉性能好；再則，徑向纏繞的紗線或纖維，對碳纖維內(nèi)芯起 到很好的保護，使之在應(yīng)力下難于爆裂。


圖1為本發(fā)明生產(chǎn)機組的結(jié)構(gòu)示意圖之一。 圖2為本發(fā)明生產(chǎn)機組的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
圖3為本發(fā)明生產(chǎn)機組樹脂槽的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明生產(chǎn)機組纏繞機的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明生產(chǎn)機組定位架的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本發(fā)明生產(chǎn)機組預(yù)成型器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地說明
如圖1、 2所示。本發(fā)明的生產(chǎn)機組它包括有紗架1、分紗板2、 樹脂槽3、纏繞機4、預(yù)成型器5、成型模具6、定位架7、后處理 烘箱8以及后部的牽引設(shè)備11，并在后處理烘箱8與牽引設(shè)備之間 設(shè)置了樹脂反應(yīng)行為檢測儀9和長度測量儀10，以便了即時了解整 個機組的工作狀況，牽引設(shè)備11為履帶牽引機。本發(fā)明中的紗架1、 集紗板2、后處理烘箱8及其控制部分、牽引部分均為現(xiàn)有產(chǎn)品， 其制造單位為南京諾爾泰復(fù)合材料設(shè)備制造有限公司。樹脂反應(yīng)行 為檢測儀9型號為Gelprof518，生產(chǎn)單位武漢九維復(fù)合材料有 限公司。配備了樹脂反應(yīng)行為檢測儀，能使生產(chǎn)長期穩(wěn)定的運行， 用樹脂反應(yīng)行為檢測儀實時對運行中的樹脂體系進行分析，可以在 幾分鐘內(nèi)形成圖譜和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對照標準數(shù)據(jù)，可以迅速判斷此 時樹脂的行為狀態(tài)是否正常，便于及時采取相應(yīng).的措施，使樹脂體 系在可控的狀態(tài)下運行。
如圖3所示，本發(fā)明生產(chǎn)機組的樹脂槽3采用恒溫水浴樹脂槽， 其槽體為空心夾層式，在槽體一端設(shè)置連通槽體內(nèi)夾層空間的進水 口，另一端設(shè)置出水口，里面通入恒溫的熱水，可保證樹脂槽3樹 脂溫度穩(wěn)定。樹脂槽3可以設(shè)置成可升降式，且四角有輪，可以移 動。當需要清除陳舊性膠液時，轉(zhuǎn)動手柄使樹脂槽3向下運動至脫 離纖維壓桿，離開槽架，迅速更換一新的樹脂槽，動作簡單、快捷。 樹脂槽3的容積，按照特定的產(chǎn)品，單獨設(shè)計， 一種產(chǎn)品對應(yīng)一種 容積的樹脂槽，使陳舊性膠液大為減少，有利于整個運行狀態(tài)的長如圖4所示，本發(fā)明生產(chǎn)機組的纏繞機4包括有安裝在支架上
的轉(zhuǎn)盤12，轉(zhuǎn)盤12由電機13帶動，轉(zhuǎn)盤12中心設(shè)有通孔14，碳 纖維從該通孔14中穿過，在轉(zhuǎn)盤12上還安裝有兩個紗錠15，轉(zhuǎn)盤 12在轉(zhuǎn)動的過程中，將紗錠15上的紗線纏繞在穿出通孔14的碳纖 維外側(cè)壁上。
如圖5所示，定位架7由上下調(diào)節(jié)橫桿16和其兩端的支撐架 17組成，上下調(diào)節(jié)橫桿16上設(shè)有橫向卡槽，橫向卡槽內(nèi)裝有兩個 卡塊18，兩個卡塊18上均設(shè)有安裝滾輪的豎向定位柱19和將卡塊 18固定在橫向卡槽內(nèi)的固定旋鈕20。通過定位架7的作有，對出 模后的制品做左右、上下的定位，確保其在中心線和水平線上運行， 保證生產(chǎn)出的產(chǎn)品碳纖維與玻璃纖維的同心度較好。
紗架l是本生產(chǎn)機組的起點，碳纖維和玻璃纖維紗錠插入紗架， 該紗架的張力是可控的；分紗板2是將紗架出來的、額定股數(shù)的纖 維絲束，按陣列關(guān)系分布在分紗板的孔眼中，纖維的前進方向，在 此確定；恒溫水浴樹脂槽3是供纖維浸漬樹脂之用；纏繞機4對通 過此處的碳纖維進行徑向纏繞集束，玻璃纖維從纏繞機4兩側(cè)繞行； 碳纖維束在被纏繞之后和玻璃纖維同時進入預(yù)成型器5。如圖6所 示，預(yù)成型器5為圓片狀，其圓心處為孔徑大于碳纖維束直徑的通 過孔，其圓周方向上均勻分布有用于玻璃纖維定位的半圓形凹槽。 復(fù)合芯在進入模具時呈傘狀，即碳纖維束是傘把，玻璃纖維是傘骨， 玻璃纖維裹覆著碳纖維束再進入成型模具6，受熱固化形成復(fù)合芯。 定位架7控制復(fù)合芯在中心線和水平線上運行；后處理烘箱8可以 延長對復(fù)合芯的固化時間，提高復(fù)合芯的固化程度；樹脂反應(yīng)行為 檢測儀9用來監(jiān)控樹脂的反應(yīng)行為；長度計量儀10對復(fù)合芯的長 度進行計量；牽引設(shè)備11是本生產(chǎn)機組的動力部分，使復(fù)合芯連 續(xù)、勻速地運行，并用巻線盤將復(fù)合芯收巻。
本發(fā)明一次性固化成型后的復(fù)合芯無論有多長，其內(nèi)部固化的 樹脂基體，就是一個超級大分子，與碳纖維復(fù)合成為完整結(jié)構(gòu)而不
9存在任何界面；其次在復(fù)合芯截面上可以看到玻璃纖維包覆層與碳 纖維內(nèi)芯之間分界清，兩圓同心；徑向纏繞的纖維，對碳纖維內(nèi)芯 起到很好的保護，使之在應(yīng)力下難于爆裂。
本發(fā)明涉及的其它未說明部份與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求
1、一種拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造方法，其特征是將浸漬樹脂后的碳纖維束用紗線沿碳纖維束的徑向纏繞，再將浸漬樹脂后的玻璃纖維包覆在碳纖維束的外圍，然后將它們一同進入成型模具一次固化成型。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造 方法，其特征是所述固化成型后的復(fù)合芯再經(jīng)過后加熱處理。
3、 一種拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn)機組，包括有紗架(1)、集紗板(2)、樹脂槽(3)和成型模具(6)，它們順序排列 組成生產(chǎn)線，碳纖維和玻璃纖維經(jīng)過集紗板(2)后進入樹脂槽(3)， 再從成型模具(6)中穿過后連到牽引設(shè)備中被牽引巻繞，其特征 是生產(chǎn)線中的樹脂槽(3)與成型模具(6)之間設(shè)有纏繞機(4) 和預(yù)成型器(5)，碳纖維在入進成預(yù)成型器(5)之前先用纏繞機(4)在其外圍纏上紗線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn) 機組，其特征是所述的纏繞機(4)包括有安裝在支架上的轉(zhuǎn)盤， 轉(zhuǎn)盤由電機帶動，轉(zhuǎn)盤中心設(shè)有通孔，碳纖維從該通孔中穿過，在 轉(zhuǎn)盤上還安裝有兩個紗錠，紗錠上的紗線纏繞在碳纖維的外側(cè)壁 上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn) 機組，其特征是所述樹脂槽(3)為可上下升降式恒溫水浴樹脂槽。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn) 機組，其特征是所述預(yù)成型器(5)為圓片狀，其圓心處為孔徑大 于碳纖維束直徑的通過孔，其圓周方向上均勻分布有用于玻璃纖維 定位的半圓形凹槽。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn) 機組，其特征是所述成型模具(6)與后部的牽引設(shè)備之間設(shè)有定 位架(7)，定位架(7)由上下調(diào)節(jié)橫桿和其兩端的支撐架組成，上下調(diào)節(jié)橫桿上設(shè)有橫向卡槽，橫向卡槽內(nèi)裝有兩個卡塊，兩個卡 塊上均設(shè)有安裝滾輪的豎向定位柱和將卡塊固定在橫向卡槽內(nèi)的 固定旋鈕。
8、根據(jù)權(quán)利要求3所述的拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯生產(chǎn) 機組，其特征是所述經(jīng)定位架(7)與生產(chǎn)線后部的牽引設(shè)備之間 還設(shè)有后處理烘箱(8)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉纏同步且一次固化成型的復(fù)合芯制造方法及生產(chǎn)機組，其中生產(chǎn)機組由紗架(1)、分紗板(2)、可升降樹脂槽(3)、纏繞機(4)、預(yù)成型器(5)、模具(6)、定位架(7)、后處理烘箱(8)、樹脂反應(yīng)行為檢測儀(9)、長度計量儀(10)組成。本發(fā)明和傳統(tǒng)制造裝置及二次成型方法比較，更先進、更科學(xué)、更經(jīng)濟，用本發(fā)明生產(chǎn)的復(fù)合芯安全性更高，運行成本更低。
文檔編號B29C70/04GK101607444SQ20091003185
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者張世平 申請人:張世平