一種內加筋複合材料杆塔的製作方法

2023-09-11 08:47:45

一種內加筋複合材料杆塔的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種內加筋複合材料杆塔，由內加筋結構單元1和增強層2組成，內加筋結構單元1和增強層2由增強纖維和基體樹脂複合製成，所述的多個內加筋結構單元1組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構，所述的增強層2包裹在多個內加筋結構單元1組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構外部。本實用新型較空心纏繞成型複合材料杆塔相比，具有複合材料杆塔強度、剛度更高，大大提高了抗剪能力；製備過程中不容易產生氣泡，杆塔內孔隙少，提高了杆塔的強度和抗失穩能力，此外大大減少了揮發性物質汙染環境；設備投資少在當前小規模應用條件下，較纏繞成型方法得到的產品成本更低。
【專利說明】一種內加筋複合材料杆塔
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種複合材料杆塔，尤其涉及一種絕緣內加筋複合材料杆塔，可以作為電力線路、通訊設施，鐵路電氣化，軌道交通及公共事業及相關領域的絕緣支撐構件。
【背景技術】
[0002]傳統的杆塔普遍存在笨重、易腐爛、鏽蝕或開裂、壽命短的缺點，且施工和運輸困難，容易出現各種安全隱患，隨著新材料技術及其製備工藝的發展，複合材料得到了快速發展，複合材料杆塔具有質量輕、耐腐蝕、強度高、壽命更長等優點，維護成本低且能承受極端的氣候條件，在電力線路、通訊設施，鐵路電氣化，軌道交通及公共設施等工程中可以很好的取代傳統的木桿、鋼筋混凝土杆和鐵桿。
[0003]目前複合材料杆塔截面形狀主要為空心結構，其成型工藝主要為纏繞成型製備工藝，如專利 CN102127986A、CN2898202Y、CN101718151A、CN102618017A 等。纏繞成型製備工藝是在控制纖維張力和預定線型的條件下，將連續的纖維粗紗或布帶浸潰樹脂膠液、連續地纏繞在相應於製品內腔尺寸的芯模或內襯上，然後在室溫或加熱條件下使之固化製成一定形狀製品的方法。這種杆塔的主要缺點在於:1)在纏繞過程中，容易產生氣泡，造成杆塔內孔隙過多，從而降低層間剪切強度並降低壓縮強度和抗失穩能力；2)在纏繞過程中，纖維張力很能控制，紗帶及搭接尺寸要嚴格控制，並且必須排布均勻，否則會造成杆塔中纖維的初始應力不均，內外鬆緊不等，杆塔強度受到影響，而部分紗帶搭接有縫隙或某部位滑紗，使杆塔纖維含量不足或造成局部薄弱區域；3)採用纏繞成型製備工藝，設備投資較大，設備佔地面積大，技術要求高，只有大批量生產時才能降低成本；4)浸膠、凝膠和固化過程中會排出揮發性物質汙染環境；5)無法製備空腔內加筋結構。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種內加筋複合材料杆塔，以解決空心結構複合材料杆塔強度低的問題。
[0005]為解決存在的技術問題，本發明採用的技術方案為:一種內加筋複合材料杆塔，由內加筋結構單元I和增強層2組成，內加筋結構單元I和增強層2由增強纖維和基體樹脂複合製成，所述的多個內加筋結構單元I組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構，所述的增強層2包裹在多個內加筋結構單元I組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構外部。
[0006]所述的內加筋複合材料杆塔的截面形狀可以為六邊形、圓形、三角形、橢圓形、方形或其它形狀等，本發明優選六邊形、圓形、三角形。
[0007]所述的內加筋複合材料杆塔的內加筋結構單元I的截面形狀可根據使用要求採用梯形、扇形、圓形、三角形、方形或其它形狀等，本發明優選梯形或扇形。
[0008]所述的內加筋結構單元I和增強層2的增強纖維為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、石墨纖維、超高分子量聚乙烯纖維或玄武巖纖維紗線等的一種或由兩種或兩種以上混雜而成。
[0009]本發明杆塔用作電纜等輸電線路支撐時，為了安全，所述的增強纖維最好為玻璃纖維或其他不導電纖維。
[0010]所述的增強纖維的增強形式是平紋布、斜紋布、緞紋布、單向布、多軸向經編布的一種或多種。
[0011]所述的內加筋結構單元I和增強層2的基體樹脂為環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂等熱固性樹脂或熱塑性樹脂的一種。
[0012]所述的內加筋複合材料杆的內加筋結構由3個或3個上內加筋結構單元I組合構成。
[0013]內加筋複合材料杆塔的製備方法，其製備過程包括以下幾個步驟:
[0014]I)內加筋結構單元模具3預處理，清理內加筋結構單元模具3，並修補平整，然後在內加筋結構單元模具3表面噴塗封孔劑和脫模劑；
[0015]2)製備內加筋結構單元I的預製體，在預處理後的內加筋結構單元模具3上纏繞增強纖維，形成內加筋結構單元I的預製體；
[0016]3)形成內加筋結構單元I的組合預製體，將步驟2)製備的內加筋結構單元I的預製體組合起來，形成內加筋結構單元I的組合預製體；
[0017]4)製備外表面增強層2，在步驟3)形成的內加筋結構單元I的組合預製體外表面纏繞玻璃纖維布製備增強層2，得到杆塔的預成型體；
[0018]5)裁剪和鋪覆脫模布，將裁剪好的脫模布鋪放在步驟4)中得到的杆塔的預成型體表面，並使之完全覆蓋該杆塔的預成型體；
[0019]6)鋪設輔助材料體系，在步驟5)所述的脫模布表面鋪設導流氈、導流管和導氣管等真空導入模塑工藝輔助材料，並設置好模腔中的注膠口和真空抽氣口:
[0020]7)真空袋膜密封，採用雙層真空袋膜將步驟5)和6)中的杆塔的預成型體及輔助材料體系密封，首先用第一層真空袋在模具上密封整個杆塔的預成型體和輔助材料體系，密閉注膠口並將抽氣口與真空泵連接，然後抽真空並檢查密封模腔的氣密性，第一層真空袋膜封裝氣密性達到要求後，用第二層的真空袋膜密封整個第一層袋膜系統，並抽真空繼續檢查氣密性，直到氣密性達到要求；
[0021]8)基體樹脂體系充模浸潰預成型體:開啟注膠口將攪拌均勻並且經過脫泡處理的基體樹脂體系利用真空負壓注入成型模腔中浸潰上述杆塔的預成型體，待基體樹脂體系完全浸潰杆塔的預成型體後關閉注膠口，並持續抽真空保持成型模腔內的真空度；
[0022]9)固化成型及後處理，固化過程中必須保持成型模腔內的真空度直到固化完全，固化完成後進行脫模、修整和清理等後處理。
[0023]內加筋複合材料杆塔的內加筋結構單元模具，所述的模具截面特徵和杆塔的內加筋結構單元I的截面特徵相同，可以採用木質模具、金屬模具、玻璃鋼模或彈性密封袋裡面充滿液體或氣體柔性芯模。
[0024]本發明的有益效果在於:
[0025]本發明較空心纏繞成型複合材料杆塔相比，具有以下優點:1)內加筋結構使得複合材料杆塔強度、剛度更高，大大提高了抗剪能力；2)本發明為閉模成型方法，製備過程中不容易產生氣泡，杆塔內孔隙少，提高了杆塔的強度和抗失穩能力，此外大大減少了揮發性物質汙染環境；3)本發明模具易於製造，設備投資少在當前小規模應用條件下，較纏繞成型方法得到的產品成本更低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發明製備方法流程圖；
[0027]圖2為複合材料六邊形杆塔示意圖；
[0028]圖3為複合材料六邊形杆塔內加筋結構單元模具示意圖；
[0029]圖4為複合材料六邊形杆塔內加筋結構單元示意圖；
[0030]圖5為複合材料六邊形杆塔內加筋結構單元組合示意圖；
[0031]圖6為複合材料圓形杆塔結構示意圖；
[0032]圖7為複合材料圓形杆塔內加筋結構單元示意圖；
[0033]圖8為複合材料圓形杆塔內加筋結構單元組合示意圖；
[0034]圖9為複合材料三角形杆塔結構示意圖；
[0035]圖10為複合材料三角形杆塔內加筋結構單元示意圖；
[0036]圖11為複合材料三角形杆塔內加筋結構單元組合示意圖；
[0037]圖中，I為內加筋結構單元，2為增強層，3為內加筋結構單元模具。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖具體說明該發明的【具體實施方式】。
[0039]實施例1:
[0040]製備如圖2所示的六邊形複合材料杆塔。材質:1)增強纖維，雙軸向經編玻璃纖維布；2)基體樹脂，環氧樹脂。內加筋結構單元模具3如圖3所示，內加筋結構單元模具3的材質為鋁合金。其製備方法流程如圖1所示，包括以下幾個步驟:
[0041]I)內加筋結構單元模具3預處理:用酒精將內加筋結構單元模具3表面擦拭乾淨，然後在內加筋結構單元模具3表面噴塗AXEL S-19C封孔劑和AXELX-807脫模劑；
[0042]2)製備內加筋結構單元I的預製體:在預處理後的內加筋結構單元模具3上纏繞雙軸向經編玻璃纖維布，形成內加筋結構單元I的預製體，如圖4所示；
[0043]3)形成內加筋結構單元I的組合預製體:將步驟2)製備的如圖4的內加筋結構單元I的預製體組合起來，形成內加筋結構單元I的組合預製體，如圖5所示；
[0044]4)製備外表面增強層2:在步驟3)形成的如圖5的內加筋結構單元I的組合預製體外表面纏繞雙軸向經編玻璃纖維布製備增強層2，得到杆塔的預成型體；
[0045]5)裁剪和鋪覆脫模布:將裁剪好的R85PA66脫模布鋪放在步驟4)中得到的預成型體表面，並使之完全覆蓋該杆塔的預成型體；
[0046]6)鋪設輔助材料體系:在上述脫模布上表面鋪設導流氈、導流管和導氣管等真空導入模塑工藝輔助材料，並設置好模腔中的注膠口和真空抽氣口 ；
[0047]7)真空袋膜密封:採用雙層真空袋膜(法國Aerorac公司生產的Vacfilm400Y2600型真空袋)密封上述的杆塔的預成型體及輔助材料體系，首先用第一層真空袋在模具上密封整個杆塔的預成型體和輔助材料體系，密閉注膠口並將抽氣口與真空泵連接，然後抽真空並檢查密封模腔的氣密性(當真空度達到-0.090Mpa?-0.1Mpa後關閉真空泵，保壓15分鐘，期間真空度允許下降值小於50mbar)，第一層真空袋膜封裝氣密性達到要求後，用第二層的真空袋膜密封整個第一層袋膜系統，並抽真空繼續檢查氣密性，直到氣密性達到要求(要求能夠持續保持真空度)；
[0048]8)基體樹脂體系充模浸潰預成型體:開啟注膠口將攪拌均勻並且經過脫泡處理的基體樹脂體系利用真空負壓注入成型模腔中浸潰上述預成型體，待基體樹脂體系完全浸潰預成型體後關閉注膠口，並持續抽真空保持成型模腔內的真空度；
[0049]9)固化成型及後處理:固化過程中必須保持成型模腔內的真空度直到固化完全，固化完成後進行脫模、修整和清理等後處理。
[0050]實施例2:
[0051]製備如圖6所示的圓形複合材料杆塔。材質:1)增強纖維，雙軸向經編玻璃纖維布；2)基體樹脂，乙烯基樹脂。內加筋結構單元I如圖7所示，內加筋結構單元I的組合如圖8所不。其製備方法和實施例1相同。
[0052]實施例3:
[0053]製備如圖9所示的三角形截面複合材料杆塔。材質:1)增強纖維，雙軸向經編玻璃纖維布；2)基體樹脂，聚氨酯樹脂。內加筋結構單元I如圖10所示，內加筋結構單元I的組合如圖11所示。其製備方法和實施例1相同。
[0054]最後應該說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術立案的精神和範圍。
【權利要求】
1.一種內加筋複合材料杆塔，由內加筋結構單元(I)和增強層(2)組成，其特徵在於:所述的多個內加筋結構單元(I)組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構，所述的增強層(2)包裹在多個內加筋結構單元(I)組合形成內加筋複合材料杆塔的內加筋結構外部。
2.根據權利要求1所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的內加筋複合材料杆塔的截面形狀為六邊形、圓形或三角形。
3.根據權利要求2所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的內加筋複合材料杆塔的內加筋結構單元(I)的截面形狀分別為梯形或扇形。
4.根據權利要求1所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的內加筋結構單元(I)和增強層(2)的增強纖維為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、石墨纖維、超高分子量聚乙烯纖維或玄武巖纖維紗線的一種。
5.根據權利要求4所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的杆塔用作電纜等輸電線路支撐時，為了安全，所述的增強纖維最好為玻璃纖維或其他不導電纖維。
6.根據權利要求4或5所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的增強纖維的增強形式是平紋布、斜紋布、緞紋布、單向布、多軸向經編布的一種。
7.根據權利要求1所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的內加筋結構單元(I)和增強層⑵的基體樹脂為環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂等熱固性樹脂或熱塑性樹脂的一種。
8.根據權利要求1所述的內加筋複合材料杆塔，其特徵在於:所述的內加筋複合材料杆的內加筋結構由3個或3個上內加筋結構單元(I)組合構成。
【文檔編號】B29C69/00GK203547210SQ201320620178
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】嚴科飛, 任偉華 申請人:內蒙古金崗重工有限公司