專利名稱：熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高壓輸電導線的生產(chǎn)和應用領域，特別涉及熱塑性樹脂基體復合 材料導線芯棒。
背景技術：
國內外高壓輸電中的關鍵技術之一是導線，導線性能的好壞直接影響輸電特性。 導線在使用過程中，要承受復雜工況的影響風力疲勞載荷、電場感應、磁場渦流、高溫、高 寒、雨雪冰雹等，而且受到大氣中各種介質的腐蝕，因而要求導線要具有高的導電特性、高 的拉伸強度、高的抗疲勞性能、高的耐復雜環(huán)境影響和耐腐蝕性能。目前國內外用的導線幾 乎全部為鋼芯鋁絞線或鋼芯銅絞線，該類導線雖然能夠滿足導電要求，但線損高，弧垂大， 電磁噪音大，不利于加大塔距和高溫輸電。國外近幾年出現(xiàn)了以復合材料為芯的輸電導線，其特征是以碳纖維增強熱固性環(huán) 氧樹脂基復合材料芯棒代替鋼芯，該新型導線具有受熱不膨脹，重量輕等優(yōu)點，獲得了國際 輸變電系統(tǒng)的青睞和認可。但環(huán)氧樹脂長期戶外使用，抗老化性能下降較大，輸電耐溫不能 超過120°C，特別是在碳纖維復合芯導線收到損傷后，由于樹脂基體是熱固性體系，回收再 利用難度很大，對環(huán)境造成污染，同時增加了資源消耗，因而一定上限制了在高壓線路上的 應用。
實用新型內容本實用新型的目的在于解決上述問題，提供研制一種熱塑性樹脂基體復合材料導 線芯棒，為目前碳纖維復合材料導線的生產(chǎn)應用開拓新的領域。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒，它包括熱塑性樹脂基體，在熱塑性樹脂 基體內均勻分布增強纖維束。所述熱塑性樹脂基體為圓形。所述熱塑性樹脂基體為熱塑性樹脂，為聚苯硫醚、聚醚醚酮、雙馬樹脂、尼龍、超高 分子量聚乙烯、聚丙烯中的一種或任意兩種或兩種以上具有熱塑特性高分子處理的混合 體。所述增強纖維束為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維中的一種或幾種的 混合體。一種熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒用制備模具，它為一種密閉組合結構，主 要由預成型模、熔融樹脂模、結構定型模和冷卻水套組成，預成型模與熔融樹脂模密閉連 接，在熔融樹脂模上配備樹脂進料口，熔融樹脂與增強纖維束在熔融樹脂模的熔融樹脂腔 內實現(xiàn)浸漬；熔融樹脂模與結構定型模密閉連接，結構定型模與冷卻水套連接。一種采用熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒用制備模具的導線芯棒制備方法， 它采用模具內熔融拉擠成型工藝生產(chǎn)，拉擠工藝和熱塑性樹脂熔融工藝一次完成，其步驟為1)將增強纖維束送入預成型模，溫度在20-10(TC，獲得復合材料芯棒基本形狀；2)將增強纖維束送入熔融樹脂模內，并加壓0. 5-5MPa注入熔融樹脂實現(xiàn)浸漬，溫 度在 100-500 0C ；3)充分浸漬混合后，再經(jīng)過結構定型模獲得最終結構尺寸，并進行降溫，溫度范圍 40-100°C，隨后在模具出口冷卻后制得成品。本實用新型熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒的截面為圓形，長度連續(xù)，芯棒基 體為熱塑性樹脂，增強材料為碳纖維為主的耐高溫高強度纖維，采用模內熔融拉擠成型工 藝生產(chǎn)。本實用新型熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒的基體材料可以是粒狀，也可 以是纖維狀。熱塑性樹脂可以是聚苯硫醚(PPS)，聚醚醚酮(PEEK)，雙馬樹脂，尼龍，超高分 子量聚乙烯、聚丙烯等單一材料，或者是兩種或兩種以上熱塑性樹脂體系的混合；復合材料 芯棒的增強材料為連續(xù)長纖維，可以是碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維或以上幾 種纖維的混合體。本實用新型熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒的成型特征為模內熔融成型，當熱 塑性樹脂原料是固體顆粒狀時，則將顆粒料熔化后利用加壓裝置注入模腔內，保持模腔內 高壓，高壓樹脂在膜腔內與增強纖維充分浸漬后，連同纖維一起通過定型模后冷卻，獲得所 需結構；如果原料是纖維狀，則將熱塑性樹脂纖維與增強纖維同時進入熱模腔，在模腔內熔 融后浸漬增強纖維，然后再經(jīng)過定型模具冷卻后獲得所需結構。本實用新型熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒制備時所用模具結構特征為密閉 組合式。整套模具由三部分組成，第一部分為預成型腔，第二部分為熔融加壓腔，第三部分 為帶有冷卻水套的結構成型腔。在預成型腔獲得復合材料芯棒基本形狀，在熔融加壓腔實 現(xiàn)樹脂對纖維的浸膠，在結構成型腔冷卻后獲得復合材料芯棒結構尺寸。第二部分為熔融 加壓腔中間具有加料口，可封閉也可由外部加壓注入熔融樹脂。本實用新型熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒制備時，其模具加熱溫度控制 特征為，第一部分為纖維準備預成型部分，溫度20-10(TC，第二部分熔融加壓倉溫度與所用 樹脂體系熔化溫度有關，溫度范圍為100-500°C，第三部分結構成型腔溫度控制范圍為降溫 區(qū)，溫度范圍40-100°C。本實用新型的制備碳纖維復合材料芯桿，其成型特征為拉擠工藝和熱塑性樹脂熔 融工藝一次完成，利用本工藝制備的芯桿具有整體結構密實，綜合性能穩(wěn)定等特點。本實用新型的有益效果是本實用新型成型后，其拉伸強度超過ISOOMpa，拉伸模 量大于120Gpa，使用溫度超過150°C，耐腐蝕性能優(yōu)良。采用本實用新型工藝生產(chǎn)碳纖維復 合材料連續(xù)芯桿，效率高，質量穩(wěn)定，特別適合大規(guī)模生產(chǎn)。
圖1為熱塑性樹脂基體碳纖維復合材料導線芯剖面圖；圖2為所用模具結構圖。其中，1預成型模，2熔融樹脂模，3樹脂進料口，4熔融樹脂腔，5結構定型模，6冷 卻水套，7熱塑性樹脂基體，8增強纖維。
具體實施方式

以下結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。本實用新型熱塑性樹脂基體碳纖維復合材料導線芯棒剖面圖如附圖1所示，它 包括熱塑性樹脂基體7，在熱塑性樹脂基體7內均勻分布增強纖維束8。所述熱塑性樹脂基體7為熱塑性樹脂，為聚苯硫醚、聚醚醚酮、雙馬樹脂、尼龍、超 高分子量聚乙烯、聚丙烯中的一種或任意兩種或兩種以上具有熱塑特性高分子材料的混合 體。所述增強纖維束8為碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維中的一種或幾種 的混合體。熱塑性樹脂基體碳纖維復合材料導線芯棒的界面特征為熱塑性基體上均勻分布 著增強纖維束。本實用新型的所用模具結構如附圖2所示，主要由預成型模1，熔融樹脂模2，結構 定型模5，冷卻水套6組成。熔融樹脂模2上配備樹脂進料口 3，熔融樹脂與增強纖維在熔 融樹脂模2的熔融樹脂腔4內實現(xiàn)浸漬。增強纖維經(jīng)過預成型模1進入熔融樹脂模腔2，在此腔體內與樹脂充分浸漬混合 后，再經(jīng)過結構定型模5獲得最終結構尺寸，在模具出口冷卻后制得成品。實施例1 以碳纖維為增強材料，聚苯硫醚(PPS)樹脂為基體，生產(chǎn)本實用新型芯棒的具體實 施例如下100束1 (碳纖維通過直徑為IOmm的預成型模進入熔融樹脂模腔，在其中與外部 通過熔融泵加壓打入的腔體的熔融聚苯硫醚樹脂充分混合后，再通過直徑為IOmm的結構 成型模具腔體，在牽引機的牽引拉動下，在出口水冷固化，獲得直徑IOmm的最終產(chǎn)品。實施例2 以碳纖維為增強材料，聚苯硫醚(PPS)纖維為基體，生產(chǎn)本實用新型芯棒的具體實 施例如下100束1 碳纖維和30束聚苯硫醚(PPS)纖維通過直徑為12mm的預成型模進入 熔融樹脂模腔，在此腔體內，使熔融聚苯硫醚纖維熔化，充分浸漬后，再通過直徑為IOmm的 結構成型模具腔體，在牽引機的牽引拉動下，在出口水冷固化，獲得直徑IOmm的最終產(chǎn)品。實施例3 以碳纖維和玻璃纖維為增強材料，聚苯硫醚(PPS)和尼龍(PA)樹脂為基體，生產(chǎn) 本實用新型芯棒的具體實施例如下40束II碳纖維和20束玻璃碳纖維通過直徑為8mm的預成型模進入熔融樹脂模 腔，在其中與通過熔融泵加壓打入的腔體的充分熔融的聚苯硫醚和尼龍樹脂充分混合后， 再通過直徑為8mm的結構成型模具腔體，在牽引機的牽引拉動下，在出口水冷固化，獲得直 徑8mm的最終產(chǎn)品。實施例4:以碳纖維和玻璃纖維為增強材料，超高分子量聚乙烯(PE)纖維為基體，生產(chǎn)本實 用新型芯棒的具體實施例如下[0043] 30束1 碳纖維和10束玻璃碳纖維和30束超高分子量聚乙烯(PE)纖維通過直 徑為6mm的預成型模進入熔融樹脂模腔，在此腔體內，使超高分子量聚乙烯(PE)纖維熔化， 充分浸漬后，再通過直徑為5mm的結構成型模具腔體，在牽引機的牽引拉動下，在出口水冷 固化，獲得直徑5mm的最終產(chǎn)品。
權利要求1.一種熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒，其特征是，它包括熱塑性樹脂基體，在熱塑 性樹脂基體內均勻分布增強纖維束。
2.如權利要求1所述的熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒，其特征是，所述熱塑性樹 脂基體為圓形。
專利摘要本實用新型涉及一種熱塑性樹脂基體復合材料導線芯棒。它包括熱塑性樹脂基體，在熱塑性樹脂基體內均勻分布增強纖維束。采用膜腔內熔融拉擠工藝制備復合材料芯棒。利用此工藝制備的連續(xù)芯棒結構致密，柔韌性好，生產(chǎn)效率高，質量穩(wěn)定，特別適合用作碳纖維復合芯導線的加強芯。
文檔編號H01B19/00GK201838372SQ20102058529
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者朱波, 王成國, 蔡華甦, 蔡珣 申請人:山東大學