碳纖維多用途複合絞線製造方法及設備的製作方法

2023-09-12 10:50:50 1

專利名稱：：碳纖維多用途複合絞線製造方法及設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種輸電線路導線芯線，尤其是一種用於替代鋼芯鋁鉸線中的鋼芯的複合材料芯線的製造方法及設備，具體地說是一種碳纖維多用途複合絞線製造方法及設備。
背景技術：
：隨著我國經濟建設的高速發展，電力需求的不斷增長，電力負荷不斷增加，電源容量和用電需求的增長以及資源能源的日益緊張，環境保護的要求不斷提高，我國現有的輸電線路己不適應傳輸容量快速擴容的需求，電力傳輸已成為電力工業發展的瓶頸。進一步提高電網的輸電能力，成為日益重要的世界性問題。自從1800年開始，架空輸電用導線很少有大的革新，其中以鋼芯鋁導線使用量最大，作為承擔架空輸電電纜重量的鋼絞線，這種鋼絞線不僅本身重量大，而且易因磁損和熱效應造成輸出線路的線損，此外鋼絞線的抗拉強度不高，今年我國南方出現的大面積輸出鐵塔倒塌導致供電線路癱瘓就是因為鋼絞線不能承重冰雪的重量拉斷後造成鐵塔倒塌。而碳纖維複合絞線，具有重量輕、熱膨脹係數小、強度高、容量大、耐高溫、低馳度、耐腐蝕、低線損等特點，是一種可替代傳統的鋼芯鋁絞線、鋁合金絞線、鋁包鋼絞線和殷鋼導線的全新產品。碳纖維複合導線技術的推廣，在提高輸電線路的輸送容量、提高輸電網的安全可靠性，降低架空輸配電工程總成本等方面具有十分重要的意義，將有效促進電力領域向高科技方向的發展，滿足輸變電領域節能、安全、環保和經濟性的更高要求。尤其在特高壓和大跨越輸電線路的建設中，具有無可比擬的優越性，必將給輸電導線技術帶來前所未有的深刻變化。目前，這一新產品由於缺乏相應的製造方法及其設備而難以實現。
發明內容本發明的目的是針對目前電力輸送線路採用鋼鉸線作為承重芯線存在的強度低、自重大、線損高的問題，發明一種與現有的鋼絞線外形相同的碳纖維多用途複合絞線製造方法及設備。本發明的技術方案是一種碳纖維多用途複合絞線製造方法，其特徵是它包括以下步驟首先，設置與複合絞線股數相等的張力紗架，將碳纖維從每個有張力顯示並可集中控制張力的張力紗架上勻速牽出，並控制張力在l5kN;其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經過集紗器集紗形成纖維束，引入周波烘箱，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續碳纖維在制品中的體積比並除去纖維中的水份，控制纖維含水率小於3%，周波烘箱的溫度控制在400。C500。C;第三步，將去過溼的碳纖維送入相應的恆溫無損直線料槽中浸潤塗膠，控制浸潤塗膠的纖維線速度在5001000mm/min之間第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模予成型器中，控制出口的含膠量在10%15%，然後送入拉擠模腔內加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的加熱溫度為5(TC6(TC，另一段的加熱溫度為80°C100°C，同時使兩個加熱段之間保持2040cm的間隔，得到預固化的碳纖維線材；第五步，使經過預固化的碳纖維線材經過旋轉纏繞機，在預固化的碳纖維線材表面用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材製品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器中再次浸潤塗膠，控制浸漬容器的溫度在40°C±1，使之以500mm/min—1000mm/min的速度再次通過烘箱加熱器加熱，加熱溫度為16CTC180;第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構中進行浸漬定型；第八步，將上述從浸漬定型機構中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉機構旋轉成帶有角度的、繩索狀複合絞線，然後再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱中進行加熱定型，兩段加熱定型溫度分別為160'C18(TC和200'C22(TC，並去除多餘膠，得到複合絞線。所述的複合絞線束旋轉後各股與軸線的夾角為8-15度。所述的複合絞線的股數為7股、19股或37股。一種碳纖維多用途複合絞線製造設備，其特徵是它主要包括股線纏繞機構1、合股絞線旋轉機構2、牽引旋轉收巻機構3，線材纏繞機構1的數量與最終成品碳纖維複合絞線的股數相等，各線材纏繞機構1最終輸出的線材均同步送入同一合股絞線旋轉機構2的輸入端，合股絞線旋轉機構2的輸出的成品複合絞線送入牽引旋轉收巻機構3中收巻；所述的股線纏繞機構1主要依次由張力顯示控制紗架101、集紗器102、去溼器103、浸漬器104、予成型模105、拉擠模109、碳纖維纏繞機106、二次浸漬器107和固化烘箱108組成，固化烘箱108作為絞線旋轉機構1的輸出接合股絞線旋轉機構2的輸入；所述的合股絞線旋轉機構2主要依次由多股浸漬定型裝置201、多股絞線旋轉裝置202、定型烘箱203組成，其中的浸漬定型裝置201包括定型模具204，定型模具204的中心位置處設有與最終成型複合絞線股數相配的模腔205，在定型模具204上設有與模腔205相通的浸漬液注入口206和浸漬液出口207，浸漬液出口207正對浸漬槽208，浸漬槽208設有與浸漬液注入口206相通的循環口209，各股線纏繞機構1中的固化烘箱108送來的線材浸漬固化後送入定型模具204中浸漬並由進口端大、出口端小的模腔205擠壓進行合股後送入多股絞線旋轉裝置202旋轉成帶有角度的、繩索狀複合絞線4，該複合絞線4然後進入緊鄰的定型烘箱203中，定型烘箱203中設有兩段加熱定型溫度段，其中第一段的加熱溫度為16(TC18(TC，第二段的加熱溫度為200'C22(TC，定型烘箱203作為合股絞線旋轉機構2的成品複合絞線4的輸出端與牽引旋轉收巻機構3相鄰，牽引收巻機構3由與多股絞線旋轉裝置202，同步牽引旋轉機301和收巻機302組成。本發明的有益效果本發明經過反覆實驗，在傳統複合材料製造方法的基礎上結合碳纖維和最終成形產品的繩狀特點通過合理設計工藝路線，所生產的繩狀複合絞線具有(1)比重小，重量不到傳統鋼芯的1/4，導線整體重量大大減輕；抗拉強度大，可滿足遠距離架設的強度要求，如許多跨越江河和山(2)熱膨脹係數小，碳纖維具有接近為零的熱膨脹係數，基本上消除了導線的弧垂問題，不受鋁的長期蠕變影響；(3)導電率高，載流量大。由於複合材料不存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應，在輸送相同電力的條件下，具有更低的運行溫度，可以減少電力損耗，節約能源成本。另外，相同直徑時碳纖維複合導線的鋁材截面積為常規鋼芯鋁絞線的1.2倍以上，因此可以提高載流量20%，大幅度提高導線傳輸容量；(4)耐候性好，耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕。本發明的還具有以下意義(1)對解決我國電網建設與改造所面臨的諸多技術問題具有重大意義；(2)可以為我國輸電網改造和維護節省巨額投資；(3)可以提高我國輸電網的安全可靠性；(4)可以推進我國輸電網的技術進步，從而使我國輸電導線研製水平達到國際先進水平；(5)可以推進我國複合材料高新技術的技術進步和產業化；(6)有利於提高我國複合材料產業和輸電導線產業的總體技術水平；(7)對我國電力事業的環境保護和可持續發展具有深遠的意義。本發明的設備配置合理，結構簡單，製造安裝、調試、維護方便。圖1是本發明的複合絞線產品結構示意圖。圖2是本發明的設備及工藝流程示意圖。圖3是本發明的浸漬定型裝置的結構示意圖。圖4是圖3的左視結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例一。如圖l所示。一種碳纖維多用途複合絞線製造方法，它包括以下步驟首先，設置與複合絞線股數(一般為7股、19股或37股，如表l所示)相等的張力紗架101，將碳纖維從每個有張力顯示並可集中控制張力的張力紗架上勻速牽出，並控制張力在l5kN;其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經過集紗器102集紗形成纖維束，引入周波烘箱103，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續碳纖維在制品中的體積比並除去纖維中的水份，控制纖維含水率小於3%，周波烘箱103的溫度控制在400°C500°C;第三步，將去過溼的碳纖維送入相應的恆溫無損直線料槽104中浸潤塗膠，控制浸潤塗膠的纖維線速度在5001000ram/min之間；第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模予成型器105中，控制出口的含膠量在10%15%，然後送入拉擠模腔109內加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的加熱溫度為5(TC6(TC，另一段的加熱溫度為80°C100'C，同時使兩個加熱段之間保持2040cm的間隔，得到預固化的碳纖維線材；第五步，使經過預固化的碳纖維線材經過旋轉纏繞機106，在預固化的碳纖維線材表面用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材製品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器107中再次浸潤塗膠，控制浸漬容器107的溫度在40。C土1，使之以500mm/min—1000mm/min的速度再次通過烘箱加熱器108加熱，加熱溫度為160°C180°C;第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構201中進行浸漬定型；第八步，將上述從浸漬定型機構201中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉機構202旋轉成帶有角度(與軸線的夾角為815度，軸向夾角確定)的、繩索狀複合絞線，然後再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱203中進行加熱定型，兩段加熱定型溫度分別為160'C18(TC和20(rC22(rC，加溫時間由牽引速度控制，牽引速度由工藝要求確定，並去除多餘膠，得到複合絞線。工藝流程和設備組成圖如圖2所示。實施例二。如圖2、3、4所示。一種碳纖維多用途複合絞線製造設備，它主要包括股線纏繞機構l、合股絞線旋轉機構2、牽引旋轉收巻機構3，如圖2所示。線材纏繞機構1的數量與最終成品碳纖維複合絞線的股數相等(如表1所示，它可為圖1所示的7股、19股、37股，相應地所述的線材纏繞機構1的數量也應為7個，19個和37個，圖2所示的為7股結構得合絞線的成型裝置示意圖，其中的線材纏繞機構1的數量為7個)，各線材纏繞機構1最終輸出的線材均同步送入同一合股絞線旋轉機構2的輸入端，合股絞線旋轉機構2的輸出的成品複合絞線送入牽引旋轉收巻機構3中收巻；所述的股線纏繞機構1主要依次由張力顯示控制紗架101、集紗器102、去溼器103(可採用周濾烘箱)、浸漬器104、予成型模105、拉擠模109、碳纖維纏繞機106、二次浸漬器107和固化烘箱108組成，它們通過製造過程中的複合絞線4相互串接成一個整體，固化烘箱108作為絞線旋轉機構1的輸出接合股絞線旋轉機構2的輸入；所述的合股絞線旋轉機構2主要依次由多股浸漬定型裝置201、多股絞線旋轉裝置202、定型烘箱203組成，其中的浸漬定型裝置201包括定型模具204，定型模具204的中心位置處設有與最終成型複合絞線股數相配的模腔205，在定型模具204上設有與模腔205相通的浸漬液注入口206和浸漬液出口207,浸漬液出口207正對浸漬槽208，浸漬槽208設有與浸漬液注入口206相通的循環口209(如圖3、4)，各股線纏繞機構1中的固化烘箱108送來的線材浸漬固化後送入定型模具204中浸漬並由進口端大、出口端小的模腔205擠壓進行合股後送入多股絞線旋轉裝置202旋轉成帶有角度的、繩索狀複合絞線4，該複合絞線4然後進入緊鄰的定型烘箱203中，定型烘箱203中設有兩段加熱定型溫度段，其中第一段的加熱溫度為16(TC180'C，第二段的加熱溫度為20(TC22(rC，定型烘箱203作為合股絞線旋轉機構2的成品複合絞線4的輸出端與牽引收巻機構3相鄰，牽引收巻機構3由與多股絞線旋轉裝置202同步旋轉的牽引旋轉機301和收巻機302組成。具體實施時，上述設備中所涉及的張力顯示控制紗架IOI、集紗器102、去溼器103、浸漬器104、予成型模105、纖維纏繞機106、二次浸漬器107和固化定型模108、旋轉合股絞線裝置202、定型烘箱203均可採用現有成熟產品或申請人在先申請的有關碳纖複合材料成型設備中相同的裝置或機構、模具加以實現。牽引收巻機構3中旋轉的牽引旋轉機301和收巻機302可採用常規的牽引旋轉機和收巻機進行簡單的改造而成，即將牽引旋轉機和收巻機安裝在一個轉動裝置上即可。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。複合絞線產品規格表表ltableseeoriginaldocumentpage11權利要求1、一種碳纖維多用途複合絞線製造方法，其特徵是它包括以下步驟首先，設置與複合絞線股數相等的張力紗架，將碳纖維從每個有張力顯示並可集中控制張力的張力紗架上勻速牽出，並控制張力在1～5kN；其次，將每個張力紗架上的碳纖維引出，經過集紗器集紗形成纖維束，引入周波烘箱，以去掉浮在纖維束表面的斷纖維以增加連續碳纖維在制品中的體積比並除去纖維中的水份，控制纖維含水率小於3％，周波烘箱的溫度控制在400℃～500℃；第三步，將去過溼的碳纖維送入相應的恆溫無損直線料槽中浸潤塗膠，控制浸潤塗膠的纖維線速度在500～1000mm/min之間；第四步，將浸漬過的碳纖維引入拉擠模予成型器中，控制出口的含膠量在10％～15％，然後送入拉擠模腔內加熱，所述的拉擠模腔中設有兩段加熱，其中靠近導紗器的一段的加熱溫度為50℃～60℃，另一段的加熱溫度為80℃～100℃，同時使兩個加熱段之間保持20～40cm的間隔，得到預固化的碳纖維線材；第五步，使經過預固化的碳纖維線材經過旋轉纏繞機，在預固化的碳纖維線材表面用耐高溫多股纖維纏繞包覆一層以增加碳纖線材製品界面強度，得到碳纖維預絞線線材；第六步，將上步所得的碳纖維預絞線線材引入浸漬容器中再次浸潤塗膠，控制浸漬容器的溫度在40℃±1，使之以500mm/min-1000mm/min的速度再次通過烘箱加熱器加熱，加熱溫度為160℃～180；第七步，將上步所得的纖維預絞線線材引入浸漬定型機構中進行浸漬定型；第八步，將上述從浸漬定型機構中送出的碳纖維預絞線送入合股絞線旋轉機構旋轉成帶有角度的、繩索狀複合絞線，然後再送入帶有兩段溫度控制的固化烘箱中進行加熱定型，兩段加熱定型溫度分別為160℃～180℃和200℃～220℃，並去除多餘膠，得到複合絞線。2、根據權利要求1所述的碳纖維多用途複合絞線製造方法，其特徵是複合絞線束旋轉後各股與軸線的夾角為8-15度。3、根據權利要求1所述的碳纖維多用途複合絞線製造方法，其特徵是所述的複合絞線的股數為7股、19股或37股。4、一種碳纖維多用途複合絞線製造設備，其特徵是它主要包括股線纏繞機構(1)、合股絞線旋轉機構(2)、牽引旋轉收巻機構(3)，線材纏繞機構(1)的數量與最終成品碳纖維複合絞線的股數相等，各線材纏繞機構(1)最終輸出的線材均同步送入同一合股絞線旋轉機構(2)的輸入端，合股絞線旋轉機構(2)的輸出的成品複合絞線送入牽引旋轉收巻機構(3)中收巻；所述的股線纏繞機構(1)主要依次由張力顯示控制紗架(101)、集紗器(102)、去溼器(103)、浸漬器(104)、予成型模(105)、拉擠模(109)、碳纖維纏繞機(106)、二次浸漬器(107)和固化烘箱(108)組成，固化烘箱(108)作為絞線旋轉機構(1)的輸出接合股絞線旋轉機構(2)的輸入；所述的合股絞線旋轉機構(2)主要依次由多股浸漬定型裝置(201)、多股絞線旋轉裝置(202)、定型烘箱(203)組成，其中的浸漬定型裝置(201)包括定型模具(204)，定型模具(204)的中心位置處設有與最終成型複合絞線股數相配的模腔(205)，在定型模具(204)上設有與模腔(205)相通的浸漬液注入口(206)，各股線纏繞機構(1)中的固化烘箱(108)送來的線材浸漬固化後送入定型模具(204)中浸漬並由進口端大、出口端小的模腔(205)擠壓進行合股後送入多股絞線旋轉裝置(202)旋轉成帶有角度的、繩索狀複合絞線(4)，該複合絞線(4)然後進入緊鄰的定型烘箱(203)中，定型烘箱(203)中設有兩段加熱定型溫度段，其中第一段的加熱溫度為160'C18(TC，第二段的加熱溫度為20(rC22(TC，定型烘箱(203)作為合股絞線旋轉機構(2)的成品複合絞線(4)的輸出端與牽引旋轉收巻機構(3)相鄰，牽引旋轉收巻機構(3)由與多股絞線旋轉裝置(202)，同步旋轉的牽引旋轉機(301)和收巻機(302)組成。全文摘要本發明公開了一種碳纖維多用途複合絞線製造方法及其設備，它屬於一種電纜製造方法及設備，其特徵是所述的方法主要包括各股纏繞成形和合股旋轉擰合二大步，所述的製造設備主要由股線纏繞機構(1)和合股旋轉絞線機構(2)、牽引旋轉收卷機構(3)組成。本發明具有方法簡單，配置合理，結構簡單，製造安裝、調試、維護方便的優點。文檔編號H01B13/06GK101295564SQ20081012248公開日2008年10月29日申請日期2008年6月19日優先權日2008年6月19日發明者程正琿,程逸建申請人:南京諾爾泰複合材料設備製造有限公司