一種輸電線路用纖維復合芯導線的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種輸電線路用纖維復合芯導線，該導線由依次設置的纖維復合芯、涂層和外層絞線組成，涂層為選自氟碳樹脂涂料、聚脲彈性體涂料、聚氨酯涂料中的一種或多種涂料的涂覆層。該輸電線路用纖維復合芯導線耐磨、耐腐蝕、耐濕熱、耐水汽、抗紫外，涂層保護纖維復合芯免受環境腐蝕和鋁線磨損，提高了纖維復合芯抗老化性能，有效延長了纖維復合芯的使用壽命，提高了纖維復合芯導線的安全可靠性。
【專利說明】一種輸電線路用纖維復合芯導線
【技術領域】
[0001]本發明涉及輸電電纜領域，具體涉及一種輸電線路用纖維復合芯導線。
【背景技術】
[0002]我國不僅發電業的發展滯后，輸電業的弊端也凸現出來，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴容的需求，由于過負荷造成的停電、斷電故障頻頻發生，電力傳輸成為電力工業發展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電線路用導線，以取代傳統的鋼芯鋁絞線，纖維復合芯導線由此應運而生。
[0003]纖維復合導線是目前全世界電力輸變電系統理想的取代傳統的鋼芯鋁鉸導線、鋁包鋼導線、鋁合金導線及進口殷鋼導線的新產品，通常的鋼芯鋁絞線的鋼芯被用纖維制成的復合材料芯線所代替，纖維復合導線與傳統導線相比具有重量輕、線膨脹系數小、強度大、低線損、弛度小、低弧垂、耐高溫、耐腐蝕、與環境親和等優點，實現了電力傳輸的節能、環保與安全，公認為一種新型節能型輸電導線，廣泛應用于線路增容改造和新建線路中。
[0004]碳纖維是一種石墨的六方晶格層狀結構，是一種全黑體材料，因此在電熱應用中，表現出來的電熱轉換效率高。在特定的條件下，高溫不氧化，單位面積的電流的負荷強度和機械強度不發生改變。目前世界上只有美國和日本開發出碳纖維導線，日本一家碳纖維導線企業的產量就占到世界40%左右。
[0005]但是，一方面纖維復合芯在服役環境下會受到紫外光、水汽、高溫的長期作用，樹脂材料會發生降解，導致復合芯性能劣化；另一方面，輸電線路長期處于風振工況下，有時甚至會發生舞動等特殊工況，振動或舞動過程中，復合芯表面和鋁絞線會發生摩擦，摩擦的結果使得復合芯表面發生磨損甚至破壞，導致復合芯安全性下降。因此，有必要對復合芯導線進行耐磨和耐環境腐蝕保護。
[0006]例如申請號為CN201220142300.X，實用新型名稱為“一種熱塑性樹脂碳纖維電纜”的實用新型專利申請，涉及一種熱塑性樹脂碳纖維電纜，由碳纖維增強環氧樹脂復合材料內芯外覆蓋的玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯，在玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯和第一層梯形鋁導線之間設置聚四氟乙烯層或絕緣物質層構成的保護性涂層，在玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料外芯外覆蓋第一層梯形鋁導線，在第一層梯形鋁導線外覆蓋第二層梯形鋁導線。聚四氟乙烯層或絕緣物質層主要使芯棒和鋁線間完全絕緣，使二者之間不存在接觸電位差，使鋁導線免受電腐蝕。不能很好的起到耐磨和耐環境腐蝕的作用。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術的上述缺陷，本發明針對輸電線路用纖維復合芯導線纖維復合芯易磨損和受到環境腐蝕的問題，提供了一種輸電線路用纖維復合芯導線，該輸電線路用纖維復合芯導線制造過程中采用快速涂層涂覆技術，在纖維復合芯表面形成耐磨、耐環境腐蝕涂層。
[0008]為實現上述發明目的，本發明采取的技術方案為:[0009]一種輸電線路用纖維復合芯導線，導線由依次設置的纖維復合芯、涂層和外層絞線組成，涂層為選自氟碳樹脂涂料、聚脲彈性體涂料、聚氨酯涂料中的一種或多種涂料的涂覆層。
[0010]進一步的，纖維復合芯為碳纖維復合芯或高強玻纖復合芯。
[0011]進一步的，高強玻纖復合芯為玻纖增強環氧樹脂制芯。
[0012]進一步的，涂層為單層，厚度為50?100 μ m。
[0013]進一步的，涂層為多層，厚度為50?100 μ m。
[0014]進一步的，多層由內至外為耐腐蝕涂料層和耐磨涂料層，耐腐蝕涂料層為氟碳樹脂涂料涂覆層，耐磨涂料層為聚脲彈性體涂料涂覆層或聚氨酯涂料涂覆層。
[0015]進一步的，氟碳樹脂涂料包括熱固性氟碳樹脂和交聯劑，熱固性氟碳樹脂的共聚鏈段包括三氟氯乙烯、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、羥烷基烯醚，交聯劑為封閉異氰酸酯。
[0016]進一步的，聚脲彈性體涂料包括端胺基聚醚樹脂、胺擴鏈劑和MDI預聚物。聚脲彈性體涂料選用噴涂型體系。
[0017]進一步的，聚氨酯涂料為外交聯水性聚氨酯涂料，包括聚氨酯和交聯劑，所述交聯劑為氮丙啶。氮丙啶為多官能團氮丙啶。
[0018]進一步的,纖維復合芯為圓柱形,直徑為5?10mm。
[0019]進一步的，涂料為快速固化涂料，固化溫度為170?190°C，固化時間為I?4min。
[0020]本發明的另一目的為提供了一種制備輸電線路用纖維復合芯導線的方法，包括如下步驟:
[0021]I)浸膠:經預處理的纖維束在牽引機牽引下，于浸潰膠槽充分浸潰樹脂:
[0022]過程中排除多余的樹脂和氣泡；
[0023]2)熱固化成型:將步驟I所得纖維束拉擠出高溫固化模具脫模成型，溫度為180?210°C，固化時間為30?90s ；
[0024]3)涂覆涂層:將熱固化成型的纖維復合芯快速冷卻后經涂覆裝置涂覆涂料；
[0025]涂料粘度為300?600cps，涂層厚度為50?100 μ m ;涂層太薄易被磨損，太厚在快速固化過程中易龜裂；
[0026]4)后固化成型:將涂覆有涂料的纖維復合芯經高溫固化箱后固化，溫度為160?200 0C,固化時間為3?5min ;與復合芯生產線相匹配，選用快速固化涂料，固化溫度170-190°C，固化時間為 l-4min ；
[0027]5)于后固化成型的纖維復合芯外包覆外層絞線。
[0028]進一步的，步驟3所述涂覆涂層為選用高壓噴涂、料槽浸涂或排筆刷涂方法涂覆。
[0029]料槽浸涂和排筆刷涂兩種方法工藝簡單、成本較低，涂層厚度均勻性稍差；
[0030]高壓噴涂通過控制流量20-50ml/min，調節噴槍壓力0.15-0.2MPa控制涂層的厚度和致密性；
[0031]涂覆裝置為近密封結構，入線口和出線口大小控制為容納纖維復合芯通過，近密封結構有利于防止噴涂過程中涂料的飛揚，可減少涂料浪費。
[0032]纖維復合芯直徑為5-10mm圓柱形結構，涂覆裝置具備圍繞纖維復合芯旋轉功能，保證了表面涂層厚度均勻。
[0033]由于纖維復合芯采用拉擠工藝，涂覆過程速度是與線芯拉擠速度相同。[0034]快速固化涂料具備耐磨與耐腐蝕，還與纖維復合芯表面具有較好的物理化學相容性，保證了涂料與纖維復合芯的結合強度。
[0035]氟碳樹脂、聚氨酯涂料由于其憎水性強，抗濕熱能力優異，可以用于酸雨或沿海常年濕度、腐蝕性較大的地域輸電線路。
[0036]聚脲彈性體涂料由于耐磨性較強，可以作為耐磨涂層用在常年風力較大，易于發生振動和舞動地區輸電線路。
[0037]為了保證涂層的防護效果，涂層的耐磨性(1000g/1000r)小于90mg(GB/T1768-79(89))，結合力大于3ΜΡ (GB/T5210-2006)，長期耐熱溫度為160 °C，耐濕熱良好(QJ990.10-86)。
[0038]由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明的有益效果包括:
[0039]1.本發明中的纖維復合芯導線的涂層固化速度快，涂覆成本低。
[0040]2.本發明中的纖維復合芯導線的涂層耐磨、耐腐蝕、耐濕熱、耐水汽、抗紫外，保護纖維復合芯免受環境腐蝕和鋁線磨損，提高了纖維復合芯抗老化性能，有效延長了纖維復合芯的使用壽命，提高了纖維復合芯導線的安全可靠性。
[0041]3.本發明中的纖維復合芯導線避免了雙金屬間腐蝕。
[0042]4.本發明中的纖維復合芯導線提供了更高的載流容量，同時也有效的降低了工程成本。
[0043]5.本發明中的纖維復合芯導線具有高強度線芯，減少電纜架的數量，降低了電纜架的高度，節省用地，減少有色金屬資源消耗，有助于構造安全、環保、高效節約型輸電網絡。
[0044]6.本發明中的纖維復合芯導線易于快速成型，成本較低、防護性能好。
[0045]7.本發明中的纖維復合芯導線的涂層與纖維復合芯表面結合強度高。
[0046]8.本發明中的纖維復合芯導線的涂層不易剝落與開裂。
[0047]9.本發明中的纖維復合芯導線制備方法中涂層涂覆裝置為近密封結構，入線口和出線口大小控制為容納纖維復合芯通過，近密封結構有利于防止噴涂過程中涂料的飛揚，可減少涂料浪費。
[0048]10.本發明中的纖維復合芯導線制備方法中涂覆裝置具備圍繞復合芯旋轉功能，以保證涂層厚度的均勻性。
【具體實施方式】
[0049]下面結合實例對本發明進行詳細的說明。
[0050]實施例1:
[0051]經浸膠處理得到纖維束經190°C成型模具以0.7m/min的速度拉出直徑為5mm碳纖維復合芯，經過I分鐘風冷冷卻后表面溫度降至40°C，穿過0.5m密封結構的高壓噴涂室，多噴頭旋轉結構持續動作，圍繞復合芯以10轉/秒的速度旋轉，將料槽中的氟碳樹脂涂料，高壓噴涂通過控制流量30ml/min，調節噴槍壓力0.15MPa均勻噴涂到碳纖維復合芯表面，涂料粘度為300cps,碳纖維復合芯在190°C下后固化不低于4min,測試涂層厚度為70um,漆膜耐磨性(1000g/1000r)為45mg(GB/T1768-79(89))，長期耐熱溫度為160°C，結合力為6MP(GB/T5210-2006)，耐濕熱良好(QJ990.10-86)。[0052]實施例2
[0053]經浸膠處理得到纖維束經180°C成型模具以0.4m/min的速度拉出直徑為8mm碳纖維復合芯，經過I分鐘冷卻后表面溫度降至35°C，穿過0.5m密封結構的排比刷涂裝置的涂覆腔，自動排膠排筆圍繞復合芯0.5轉/秒旋轉，將料槽中的聚脲彈性體涂料，均勻刷涂到碳纖維復合芯表面，涂料粘度為400cps，碳纖維復合芯在160°C下后固化不低于3min，測試涂層厚度為 96um(GB/T13452.2-92)，漆膜耐磨性(1000g/1000r)為 43mg(GB/T1768-79 (89))，長期耐熱溫度為165 °C，結合力為6MP (GB/T5210-2006)，耐濕熱良好(QJ990.10-86)。
[0054]實施例3
[0055]經浸膠處理得到纖維束經200°C成型模具以0.5m/min的速度拉出直徑為IOmm高強玻纖復合芯，經過I分鐘冷卻后表面溫度降至30°C，穿過Im密封結構的料槽浸涂裝置的涂覆腔，涂覆腔內有一對上下可調節滑輪裝置，滑輪卡住高強玻纖復合芯施加向下壓力，使高強玻纖復合芯浸入料槽中的高耐磨聚氨酯涂料，涂料粘度為600cps，高強玻纖復合芯在200°C下后固化5min，測試涂層厚度為90um(GB/T13452.2-92)，漆膜耐磨性(1000g/1000r)為 42mg(GB/T1768-79(89))，長期耐熱溫度為 165°C，結合力為 5MP(GB/T5210-2006)，耐濕熱良好(QJ990.10-86)。
[0056]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種輸電線路用纖維復合芯導線，所述導線由依次設置的纖維復合芯、涂層和外層絞線組成，其特征在于:所述涂層為選自氟碳樹脂涂料、聚脲彈性體涂料、聚氨酯涂料中的一種或多種涂料的涂覆層。
2.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述纖維復合芯為碳纖維復合芯或高強玻纖復合芯。
3.如權利要求2所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述高強玻纖復合芯為玻纖增強環氧樹脂制芯。
4.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述涂層為單層，厚度為50?100 μ m。
5.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述涂層為多層，厚度為50?100 μ m。
6.如權利要求5所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述多層由內至外為耐腐蝕涂料層和耐磨涂料層，所述耐腐蝕涂料層為氟碳樹脂涂料涂覆層，所述耐磨涂料層為聚脲彈性體涂料涂覆層或聚氨酯涂料涂覆層。
7.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述氟碳樹脂涂料包括熱固性氟碳樹脂和交聯劑，所述熱固性氟碳樹脂的共聚鏈段包括三氟氯乙烯、醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯、羥烷基烯醚，所述交聯劑為封閉異氰酸酯。
8.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述聚脲彈性體涂料包括端胺基聚醚樹脂、胺擴鏈劑和MDI預聚物。
9.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述聚氨酯涂料為外交聯水性聚氨酯涂料，包括聚氨酯和交聯劑，所述交聯劑為氮丙啶。
10.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述纖維復合芯為圓柱形，直徑為5?10mm。
11.如權利要求1所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線，其特征在于:所述涂料為快速固化涂料，固化溫度為170?190°C，固化時間為I?4min。
12.—種制備如權利要求1所述導線的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)浸膠:經預處理的纖維束在牽引機牽引下，于浸潰膠槽充分浸潰樹脂； 2)熱固化成型:將步驟I所得纖維束拉擠出高溫固化模具脫模成型，溫度為180?210°C，固化時間為30?90s ； 3)涂覆涂層:將熱固化成型的纖維復合芯快速冷卻后經涂覆裝置涂覆涂料； 涂料粘度為300?600cps，涂層厚度為50?100 μ m ; 4)后固化成型:將涂覆有涂料的纖維復合芯經高溫固化箱后固化，溫度為160?200 °C，固化時間為3?5min ； 5)于后固化成型的纖維復合芯外包覆外層絞線。
13.如權利要求12所述的一種輸電線路用纖維復合芯導線的制備方法，其特征在于:步驟3所述涂覆涂層為選用高壓噴涂、料槽浸涂或排筆刷涂方法涂覆。
【文檔編號】H01B7/17GK103646718SQ201310672144
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】蘭逢濤, 陳新, 牟景旭, 王芝茗, 何州文, 楊長龍 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院, 國網遼寧省電力有限公司沈陽供電公司