一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其為管狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為剛性層、耐沖擊層和耐老化層；三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱嵌在所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中；所述剛性層是由主體纖維或由主體纖維和混雜纖維組成的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維、熱塑性纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐老化層是由超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱是由增強(qiáng)纖維與樹脂基體復(fù)合成型。本發(fā)明專利技術(shù)的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)提高了復(fù)合材料桿塔關(guān)鍵部件的力學(xué)性能及電學(xué)特性，抗紫外老化及耐氣候性能也得到了提高。

Three dimensional braided transmission composite material transverse load and preparation method thereof

The invention discloses a three-dimensional braided composite crossarm transmission, which is a tubular structure, from inside to outside the rigid layer, impact resistant layer and aging resistant layer; three-dimensional braided composite insulation terminal column embedded in the rigid layer, impact resistant layer and aging resistant layer; the rigid layer is composed of the main body is composed of fiber or fiber and hybrid fiber mixed fiber and resin matrix composite molding; the impact resistant layer is composed of a mixture of fiber and resin matrix composite forming high strength fiber and thermoplastic fiber in one or two persons; the aging layer is a mixture of fiber and resin matrix composite forming super high molecular weight polyethylene fiber, aramid fiber in one or two; the 3D braided composite insulation terminal post is made of reinforced fiber and resin matrix composite molding. The three-dimensional braided transmission composite material of the invention has the advantages of improving the mechanical property and the electrical property of the key components of the composite material tower, and the anti ultraviolet aging and the weather resistance performance.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)及其制備方法，屬于輸電桿配套結(jié)構(gòu)件

技術(shù)介紹
在電力設(shè)施領(lǐng)域，輸電線路用橫擔(dān)是輸電桿重要的配套結(jié)構(gòu)件，橫擔(dān)的一端與輸電桿主體相連接，另一端掛輸電導(dǎo)線。傳統(tǒng)的橫擔(dān)通常采用鐵橫擔(dān)和木橫擔(dān)，在長(zhǎng)期運(yùn)行中普遍存在質(zhì)量重、易腐爛、銹蝕或開裂，耐久性、阻燃性及絕緣性能差，強(qiáng)度底、使用壽命較短，施工運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)困難等問題。新型復(fù)合材料材質(zhì)的桿塔在輸電領(lǐng)域具有優(yōu)異的綜合性能，例如，強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量輕、電絕緣性好等特點(diǎn)，因此，利用復(fù)合材料制備的輸電桿塔在歐美國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。在對(duì)強(qiáng)度和電絕緣性要求較高的情況下，復(fù)合材料中力學(xué)性能和材質(zhì)均一性特點(diǎn)突出的三維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)得到嘗試性應(yīng)用，利用三維編織纖維織物結(jié)構(gòu)制備樹脂基復(fù)合材料對(duì)于此類高性能桿塔的應(yīng)用尤為重要，可有效節(jié)約電力，提高土地利用率，具有廣泛的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在工程設(shè)計(jì)上要求復(fù)合材料橫擔(dān)滿足較高的電絕緣、耐電痕、耐電弧、耐氣候、阻燃等一系列綜合物理機(jī)械性能要求。其中電痕破壞是限制現(xiàn)代電力系統(tǒng)絕緣工作場(chǎng)強(qiáng)的基本因素，由于表面放電將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)絕緣材料表面破壞，因此耐電痕化是高電壓等級(jí)線路中考察絕緣材料是否適用的重要指標(biāo)。除此之外，面對(duì)一系列惡劣自然環(huán)境，如沿海地區(qū)的潮濕、多鹽，沙漠環(huán)境的高溫、沙塵暴、強(qiáng)紫外輻射等。因此，在復(fù)合材料桿塔的實(shí)際使用過程中，尤其對(duì)于110KV電壓以上的情況下，復(fù)合材料橫擔(dān)部件比桿塔其它部位面臨著更大的破壞考驗(yàn)，因此，如何提高復(fù)合材料桿塔關(guān)鍵部件的力學(xué)性能高、抗紫外老化以及耐氣候性能是目前亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)的目的是提供一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)及其制備方法。該三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)提高了復(fù)合材料桿塔關(guān)鍵部件的力學(xué)性能及電學(xué)特性，抗紫外老化及耐氣候性能也得到了提高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案：一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其為管狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為剛性層、耐沖擊層和耐老化層；三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱嵌在所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中。所述剛性層是由主體纖維或由主體纖維和混雜纖維組成的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維、熱塑性纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐老化層是由超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型。所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱是由增強(qiáng)纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述主體纖維為高強(qiáng)高模量碳纖維(優(yōu)選為T300、T700、T800或MJ40)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種，所述混雜纖維選自陶瓷纖維(優(yōu)選為碳化硅纖維、氧化鋁纖維或碳化硼纖維)或玄武巖纖維中的任意一種；所述高強(qiáng)度纖維為高強(qiáng)碳纖維(優(yōu)選為T300、T700或T800)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種；熱塑性纖維為超高分子量聚乙烯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯纖維或芳綸纖維中的任意一種；所述增強(qiáng)纖維為高強(qiáng)度碳纖維(優(yōu)選為T300、T700或T800)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種。優(yōu)選的，所述剛性層是由主體纖維與混雜纖維按重量比(1-10)：1混合后的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述樹脂基體為高剛性熱固性樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯中的任意一種。所述剛性層中樹脂的含量小于或等于50％，優(yōu)選為40-50％。優(yōu)選的，所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維與熱塑性纖維按重量比(1-10)：1混合后的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述樹脂基體為高韌改性的熱固性樹脂，優(yōu)選為聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯中的任意一種。所述耐沖擊層中樹脂的含量小于或等于50％，優(yōu)選為35-50％。優(yōu)選的，所述耐老化層是由超高分子量聚乙烯纖維與芳綸纖維按重量比(2-4)：1混合后的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所用的樹脂基體為熱塑性聚氨酯樹脂。所述耐老化層中樹脂的含量小于或等于50％，優(yōu)選為30-50％。優(yōu)選的，所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱中，所述樹脂基體為高剛性熱固性樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯中的任意一種。所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱中樹脂的含量小于或等于50％，優(yōu)選為40-50％。所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱的數(shù)量至少為1對(duì)。所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱相接觸的部位，均采用比所在的主體層結(jié)構(gòu)維度方向更多的三維編織結(jié)構(gòu)；所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱相接觸的部位均占所在主體層結(jié)構(gòu)重量比為40-60％。本專利技術(shù)還提供上述三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)的制備方法，步驟如下：(1)以增強(qiáng)纖維為原料，采用三維編織制備絕緣端子柱預(yù)制體織物，將絕緣端子柱預(yù)制體織物與樹脂基體浸漬復(fù)合，采用真空導(dǎo)入成型，制備得到三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱；(2)以主體纖維或由主體纖維和混雜纖維組成的混合纖維為原料經(jīng)三維編織，得到剛性層預(yù)制體織物，將步驟(1)制備的三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱內(nèi)嵌入剛性層預(yù)制體織物中，采用樹脂真空導(dǎo)入，使剛性層與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱形成整體；(3)在剛性層外表面利用高強(qiáng)度纖維、熱塑性纖維中一種或二者的混合纖維為原料經(jīng)三維編織，制備耐沖擊層預(yù)制體織物，利用高韌改性的熱固性樹脂為基體采用真空導(dǎo)入工藝制備耐沖擊層；(4)在耐沖擊層的外表面利用超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中一種或二者的混合纖維為原料經(jīng)三維編織，制備耐老化層預(yù)制體織物，利用熱塑性樹脂為基體采用真空導(dǎo)入工藝制備耐老化層。步驟(1)中，所用的編織結(jié)構(gòu)為三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種組合。步驟(1)中，真空導(dǎo)入成型的過程中，真空度控制為0.06-0.1MPa，固化溫度為80-120℃，固化時(shí)間為1-3h。步驟(2)中，所用的編織結(jié)構(gòu)為三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種組合。步驟(2)中，剛性層與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱相接觸部位的編織結(jié)構(gòu)采用的空間維度高于剛性層主體的織物編織結(jié)構(gòu)。步驟(3)中，所用的編織結(jié)構(gòu)為三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種組合。步驟(3)中，樹脂基體真空導(dǎo)入的過程中，真空度控制為0.06-0.1MPa，固化溫度為90-115℃，固化時(shí)間為1.5-3h。步驟(3)中，耐沖擊層與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱相接觸部位的編織結(jié)構(gòu)采用的空間維度高于耐沖擊層主體的織物編織結(jié)構(gòu)。步驟(4)中，所用的編織結(jié)構(gòu)為三維四向、三維五向、三維六向、三維七向中的一種或多種組合。步驟(4)中，耐老化層與三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱相接觸部位的編織結(jié)構(gòu)采用的空間維度高于耐老化層主體的織物編織結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)的有益效果：(1)本專利技術(shù)的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)技術(shù)方案的提出是基于輸電桿塔在實(shí)際使用過程中，橫擔(dān)部件比桿塔其它部件面臨著更大的破壞考驗(yàn)。因此，所設(shè)計(jì)的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)在整體的力學(xué)性能、耐紫外和耐氣候侵蝕性能等方面較現(xiàn)有的木橫擔(dān)或鐵橫擔(dān)應(yīng)有所提高；這就要求輸電復(fù)合材料橫擔(dān)在層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要進(jìn)行綜合考慮，具體選擇何種層結(jié)構(gòu)，每一層結(jié)構(gòu)的功能側(cè)重點(diǎn)應(yīng)如何設(shè)計(jì)，這是本專利技術(shù)三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)所在。本專利技術(shù)的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)采用由表至里的“表面耐老化層，中間耐沖擊層本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，其為管狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為剛性層、耐沖擊層和耐老化層；三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱嵌在所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中；所述剛性層是由主體纖維或由主體纖維和混雜纖維組成的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維、熱塑性纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐老化層是由超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱是由增強(qiáng)纖維與樹脂基體復(fù)合成型。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，其為管狀結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為剛性層、耐沖擊層和耐老化層；三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱嵌在所述剛性層、耐沖擊層和耐老化層中；所述剛性層是由主體纖維或由主體纖維和混雜纖維組成的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維、熱塑性纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述耐老化層是由超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維中一種或二者的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述三維編織復(fù)合材料絕緣端子柱是由增強(qiáng)纖維與樹脂基體復(fù)合成型。2.如權(quán)利要求1所述的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，所述主體纖維為高強(qiáng)高模量碳纖維(優(yōu)選為T300、T700、T800或MJ40)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種，所述混雜纖維選自陶瓷纖維(優(yōu)選為碳化硅纖維、氧化鋁纖維或碳化硼纖維)或玄武巖纖維中的任意一種。3.如權(quán)利要求1所述的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，所述高強(qiáng)度纖維為高強(qiáng)碳纖維(優(yōu)選為T300、T700或T800)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種；熱塑性纖維為超高分子量聚乙烯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯纖維或芳綸纖維中的任意一種。4.如權(quán)利要求1所述的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，所述增強(qiáng)纖維為高強(qiáng)度碳纖維(優(yōu)選為T300、T700或T800)或玻璃纖維(優(yōu)選為S玻纖或E玻纖)中的任意一種。5.如權(quán)利要求1或2所述的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，所述剛性層是由主體纖維與混雜纖維按重量比(1-10)：1混合后的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述樹脂基體為高剛性熱固性樹脂，優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯中的任意一種；所述剛性層中樹脂的含量小于或等于50％，優(yōu)選為40-50％。6.如權(quán)利要求1或3所述的三維編織輸電復(fù)合材料橫擔(dān)，其特征在于，所述耐沖擊層是由高強(qiáng)度纖維與熱塑性纖維按重量比(1-10)：1混合后的混合纖維與樹脂基體復(fù)合成型；所述樹脂基體為高韌改性的熱固性樹脂，優(yōu)選為聚氨酯改性的環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱波，曹偉偉，喬琨，王永偉，趙圣堯，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：山東中恒碳纖維科技發(fā)展有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37