一种电网输电导线的复合芯及其制备方法

1.一种电网输电导线的复合芯，所述复合芯由中心碳纤维芯、中间缓冲层和外层树脂层组成；所述中间缓冲层是由树脂材料、纤维增强材料和抗磨剂组成，所述树脂材料是脲醛树脂、聚氨酯中的一种，所述纤维增强材料是碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维中的一种或几种，所述抗磨剂是纳米硫化钼、碳纳米管中的一种；所述外层树脂层是环氧树脂，所述外层树脂层上还涂敷有一层涂料，所述涂料是聚α烯烃；所述中心碳纤维芯的直径为3-
7mm，中间缓冲层的厚度为1-2mm，外层树脂层的厚度为1-3mm；所述复合芯为圆柱形；所述中间缓冲层由80-85wt％的树脂材料，12-15wt％的纤维增强材料和3-8wt％的抗磨剂组成。
2.根据权利要求1所述的电网输电导线的复合芯，其特征在于所述涂料的厚度为150-
300微米。
3.根据权利要求1所述的电网输电导线的复合芯，其特征在于所述涂料的厚度为200-
220微米。
4.根据权利要求1所述的电网输电导线的复合芯，其特征在于所述抗磨剂的粒径是50-
200纳米。
5.权利要求1所述电网输电导线复合芯的制备方法，包括以下步骤：
(1)将树脂胶液在前段固化磨具内逐渐升温，在内脱模剂的作用下，由牵引装置拉出成型温度为140-200℃，固化时间为30-90秒；
(2)经过前段固化处理的中心碳纤维芯经过快速冷却，涂敷经过充分混合的中间缓冲层材料，中间缓冲层厚度为1-10mm；
(3)将涂敷了中间缓冲层的芯材料经过120-150℃的处理固化；
(4)对涂敷了中间缓冲层的芯材料快速冷却后涂敷环氧树脂后再次在190-210℃下进行固化处理；
(5)最后涂敷一层聚α烯烃，得到所述电网输电导线复合芯。

一种电网输电导线的复合芯及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电网中输电电缆的线芯的制备方法，尤其是一种输电电缆碳纤维复合芯及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 随着我国经济的快速发展，部分地区用电负荷快速增长，输电线路不堪承受传输容量快速扩容的需求，过负荷造成的停电、断电故障频频发生，电力传输已成为电力工业发展的“瓶颈”，低损耗、大容量的节约型新型复合材料输电导线引起了各方关注。用碳纤维等复合材料代替传统绞线中的钢芯制成的新型复合材料芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线。碳纤维复合芯导线采用新的复合材料技术，可消除钢芯铝导线存在的磁阻现象和热效应，在相同传输容量下，综合线损可减少6％～8％。按2010年全国年发电量41413亿kWh，线损率615％计算，可减少线损约160～215亿kWh，按发电煤耗335g/kWh计算，相当于每年节约电煤约540～720万t，减少相应的CO2排放量，节能减排效果显著。在已取得一定成果的新型复合材料合成芯导线中，以美国复合技术公司(CTC)生产的碳纤维复合芯铝绞线(ACCC)最为典型。\n[0003] ACCC碳纤维复合芯导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、耐高温、耐腐蚀、抗蠕变、线损小、弛度低、热膨胀系数小、与环境亲和等一系列优异性能，实现了电力传输的节能、环保与安全，从而引起各国的极大关注。其芯线是由碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，碳纤维采用聚酰胺耐火处理、碳化而成；高强度、高韧性配方的环氧树脂具有很强的耐冲击性、耐抗拉应力和弯曲应力。ACCC绞线的制造技术日臻成熟，主要采用连续挤压法，核心技术是芯棒的制造，关键材料是高温韧性环氧树脂。在碳纤维复合芯棒中，碳纤维约占35％，玻璃纤维占35％，环氧树脂占30％。所用碳纤维为拉伸强度高，断裂伸长大T700S级，玻璃纤维为耐碱的E型，环氧树脂为高温型的韧性树脂。\n[0004] 单纯以碳纤维复合芯作为电缆承重芯的电缆，在常年的使用中由于受到水汽、高温等条件的长期作用，树脂材料会发生降解，导致复合芯性能尤其是复合芯表面的性能变差，在悬空输电线路长期处于风振工况下，复合芯表面和金属导线之间会发生摩擦，使得复合芯表面进一步发生磨损甚至机械性破坏，导致复合芯承重及绝缘性性能下降，最终导致电缆发生损坏。\n[0005] CN103578665A公开了架空输电线路用绞合型纤维增强树脂基复合芯的制备方法，包括以下步骤：①将纤维从纱架匀速牵引出，然后经去湿器去湿；②将不同组分的改性树脂打入到恒温浸胶槽中；③将已去湿的多股纤维分别经过集纱器聚集，然后送入恒温浸胶槽中浸胶；④预固化；⑤通过牵引牵出半固化的复合芯股线，利用绕包机在各股线外绕包带材；⑥二次预固化；⑦经二次预固化的复合芯各股线分别穿过分线模，然后进入并线模进行绞合；⑧固化成型；⑨收线。所述方法有效提高了产品的弯曲强度，保证产品曲面作业率。\n[0006] CN103646718A公开了一种输电线路用纤维复合芯导线，该导线由依次设置的纤维复合芯、涂层和外层绞线组成，涂层为选自氟碳树脂涂料、聚脲弹性体涂料、聚氨酯涂料中的一种或多种涂料的涂覆层。该输电线路用纤维复合芯导线耐磨、耐腐蚀、耐湿热、耐水汽、抗紫外，涂层保护纤维复合芯免受环境腐蚀和铝线磨损，提高了纤维复合芯抗老化性能。\n发明内容\n[0007] 本发明针对碳纤维复合芯电缆中的复合芯容易磨损的问题，提供一种改进的碳纤维复合芯，采用该复合芯制备的电缆具有良好的机械抗拉伸性能和抗风振性能，尤其适用于沿海和西部多风地区的使用，由于使用了多层复合结构和独特的缓冲材料，使得本发明制备的复合芯具有良好的弯曲性能，弯曲半径小于复合芯直径的30倍，大大优于同类产品，取得了意料不到的技术效果。\n[0008] 一种电网输电导线的复合芯，所述复合芯由中心碳纤维芯、中间缓冲层和外层树脂层组成；所述中间缓冲层是由树脂材料、纤维增强材料和抗磨剂组成，所述树脂材料是脲醛树脂、聚氨酯中的一种，所述纤维增强材料是碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维中的一种或几种，所述抗磨剂是纳米硫化钼、碳纳米管中的一种；所述外层树脂层是环氧树脂，所述外层树脂层上还涂敷有一层涂料，所述涂料是聚α烯烃。\n[0009] 所述中心碳纤维芯的直径为3-7mm，中间缓冲层的厚度为1-2mm，外层树脂层的厚度为1-3mm。\n[0010] 所述涂层的厚度为150-300微米，优选是200-220微米。\n[0011] 所述复合芯为圆柱形，直径为10-30mm，优选是15-20mm。\n[0012] 所述抗磨剂的粒径是50-200纳米。\n[0013] 所述中间缓冲层由70-90wt％的树脂材料，10-20wt％的纤维增强材料和5-10wt％的抗磨剂组成，优选是80-85wt％的树脂材料，12-15wt％的纤维增强材料和3-8wt％的抗磨剂组成。\n[0014] 一种电网输电导线复合芯的制备方法，包括以下步骤：\n[0015] 将树脂胶液在前段固化磨具内逐渐升温，在内脱模剂的作用下，由牵引装置拉出成型温度为140-200℃，固化时间为30-90秒；\n[0016] 经过前段固化处理的中心碳纤维芯经过快速冷却，涂敷经过充分混合的中间缓冲层材料，中间缓冲层厚度为1-10mm；\n[0017] 将涂敷了中间层的芯材料经过120-150℃的处理固化；\n[0018] 对涂敷了中间层的芯材料快速冷却后涂敷环氧树脂后再次在190-210℃下进行固化处理；\n[0019] 最后涂敷一层聚α烯烃，得到所述电网输电导线复合芯。\n[0020] 本发明所述复合芯具有良好的抗拉伸性能，和具有良好的耐磨、耐水汽性能，可以避免复合芯受铝线磨损，有效延长了复合芯的使用寿命。\n具体实施方式\n[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0022] 实施例1：\n[0023] 电网输电导线的复合芯，所述复合芯由直径为5mm的中心碳纤维芯、厚度为2mm的中间缓冲层和厚度为1mm的外层树脂层组成；所述中间缓冲层是由70wt％脲醛树脂、20wt％芳纶纤维、10wt％纳米硫化钼组成；所述外层树脂层是环氧树脂，所述外层树脂层上还涂敷有一层厚度为200微米的聚α烯烃。\n[0024] 实施例2：\n[0025] 电网输电导线的复合芯，所述复合芯由直径为5mm的中心碳纤维芯、厚度为1mm的中间缓冲层和厚度为2mm的外层树脂层组成；所述中间缓冲层是由85wt％聚氨酯、10wt％芳纶纤维、5wt％碳纳米管组成；所述外层树脂层是环氧树脂，所述外层树脂层上还涂敷有一层厚度为150微米的聚α烯烃。\n[0026] 对比例1：\n[0027] 电网输电导线的复合芯，所述复合芯由直径为5mm的中心碳纤维芯、厚度为1mm的外层树脂层组成；所述外层树脂层上还涂敷有一层厚度为200微米的聚α烯烃。。\n[0028] 针对实施例和对比例制得的复合芯进行检测，具体数据如下：\n[0029]\n  抗拉强度(MPa) 剪切强度(MPa) 弯曲直径(mm) 断裂伸长率(％)\n实施例1 3050 86 262 1.5\n实施例2 3240 89 235 1.6\n对比例1 2165 70 571 1.2\n[0030] 以上仅是本发明的实施范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡是采用本领域公知的等同替换或等同交换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。