高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法技术

高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法涉及的是一种复合材料导线芯材及其制作方法，主要用于制作高压输变电线路用导线加强芯。由浸胶碳纤维中心层和浸胶玻璃纤维包覆层构成；浸胶碳纤维中心层由碳纤维、石墨烯、纳米铜粉、环氧树脂及其固化剂复合而成，浸胶玻璃纤维包覆层由玻璃纤维、环氧树脂及其固化剂复合而成。本发明专利技术重量轻，强度高，初始弧垂和弧垂变化小，拉重比大，线膨胀系数小，制作的导线在架设过程中可降低杆塔高度，节约杆塔数量，减少塔基占地面积，节约土地资源；输电过程中，线损小，可以节约能源，降低线路成本；可以输送更大的负荷，运行线温可更高，耐寒防冰，耐腐蚀；具有优异的介电性能，使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法
本专利技术高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法涉及的是一种复合材料导线芯材，主要用于制作高压输变电线路用导线加强芯。
技术介绍
电力输送过程中常采用架空导线输送电能。但一方面随着社会经济的高速发展，土地资源日趋紧张，架空输电线路新通道的审批和新建成为电网建设的突出难题。而另一方面，由于经济高速发展，部分地区用电负荷呈几何级数增长，导致原有输电线路输送能力已不能满足负荷的快速增长，更换导线、加粗导线、新出专线势在必行。拆除旧有线路、改造杆塔再架设新导线的传统方法成本高，工期长，一旦线路架设不及时，原有线路通道将被政府规划部门收回，新架线路将无法使用原有线路通道，给电网规划和建设带来极大困难，一定程度地提高了工程造价并延长了建设周期；线路架设过程中的长时间停电，也极大影响了电网的供电可靠性和设备可用系数。为解决上述矛盾，寻找一种既能利用原有线路通道又能最大程度减少杆塔改造，同时还能大幅提高线路输送能力的工程施工方法成为唯一出路。目前高压输变电线路较常用的是钢芯铝绞线，但钢质芯材自身较重，往往会导致输电线路导线弧垂过大、对地净距离不足等缺陷。碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，密度低，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量、无蠕变、导电导热、电磁屏蔽性好等特性，既具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代高性能纤维，在国防、军工和民用方面都是重要材料。为了克服现有高压输变电线路用导线中钢芯的上述缺陷，充分发挥碳纤维的优点，专利技术一种新型高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法，十分必要。
技术实现思路
本专利技术是针对上述目的提供一种新型高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法，旨在解决传统钢芯密度大、较重、弧垂大、线胀系数大、生产成本高、耐腐蚀性能差等问题。高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯及其制作方法是采取以下方案实现的：一种新型高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯由浸胶碳纤维中心层和浸胶玻璃纤维包覆层构成；浸胶碳纤维中心层由碳纤维、石墨烯、纳米铜粉、环氧树脂及其固化剂复合而成，浸胶玻璃纤维包覆层由玻璃纤维、环氧树脂及其固化剂复合而成。所述的碳纤维为大丝束碳纤维，一束纱的单丝数为360K、480K或540K中的一种。所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其单重为2400、4800、9600tex中的一种。所述的石墨烯为层数为3-7层的氧化石墨烯。所述的纳米铜粉，其粒径为10-50nm。所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，每100g环氧值当量为0.41-0.55。所述的环氧树脂固化剂为顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐中的一种。高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯的制作方法，其制作过程为：(1)按质量比100∶12-28∶0.1-0.5∶0.3-1.1分别称取环氧树脂、固化剂、石墨烯和纳米铜粉，混合均匀后，在20-40℃下边搅拌边反应10-20min，得到胶液；(2)将胶液倒入胶槽一中；(3)将碳纤维拉伸后经过胶槽一，在胶槽一中浸上胶液后，再经过横截面为圆形的张力控制器进行拉伸，调节张力控制器的张力，使得碳纤维浸胶后胶含量为碳纤维质量的25-35％，得到横截面为圆形的浸胶碳纤维中心层；(4)按质量比100∶12-24分别称取环氧树脂和固化剂，混合均匀，倒入胶槽二中；(5)将玻璃纤维拉伸后经过胶槽二，在胶槽二中浸上胶液后，再经过张力控制器进行拉伸，调节张力控制器张力，使得玻璃纤维浸胶后胶含量为玻璃纤维质量的30-40％，得到玻璃纤维包覆层；(6)以浸胶碳纤维中心层为轴，在其表面缠绕浸胶玻璃纤维包覆层，直至浸胶碳纤维中心层被浸胶玻璃纤维包覆层完全覆盖；(7)将步骤(6)得到的半成品在60-80℃固化30-60min，然后在120-150℃固化2-3h后，冷却，得到高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯。高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯密度仅为传统钢芯的四分之一左右，重量轻，强度高，初始弧垂和弧垂变化小，拉重比大，线膨胀系数小，制作的导线在架设过程中可降低杆塔高度，节约杆塔数量，减少塔基占地面积，从而节约土地资源；输电过程中，线损小，可以节约能源，降低线路成本；可以输送更大的负荷，运行线温可更高，耐寒防冰，耐腐蚀，对酸雨环境具有极强抵抗力，可避免传统钢芯易发生电化学腐蚀现象；具有优异的介电性能，使用寿命长。附图说明以下将结合附图对本专利技术作进一步说明：图1是高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯结构示意图。1-浸胶碳纤维中心层，2-浸胶玻璃纤维包覆层，3-碳纤维，4-环氧树脂，5-固化剂，6-石墨烯，7-纳米铜粉，8-玻璃纤维。具体实施方式参照附图1，一种新型高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯由浸胶碳纤维中心层1和浸胶玻璃纤维包覆层2构成；浸胶碳纤维中心层1由碳纤维3、石墨烯6、纳米铜粉7、环氧树脂4及其固化剂5复合而成，浸胶玻璃纤维包覆层2由玻璃纤维8、环氧树脂4及其固化剂5复合而成。所述的碳纤维3为大丝束碳纤维，一束纱的单丝数为360K、480K或540K中的一种。所述的玻璃纤维8为无碱玻璃纤维，其单重为2400、4800、9600tex中的一种。所述的石墨烯6为层数为3-7层的氧化石墨烯。所述的纳米铜粉7，其粒径为10-50nm。所述的环氧树脂4为双酚A型环氧树脂，每100g环氧值当量为0.41-0.55。所述的环氧树脂固化剂5为顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐中的一种。实施例1：高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯的制作方法，其制作过程为：(1)按质量比100∶20∶0.3∶0.7分别称取环氧树脂(每100g环氧值当量为0.48)、固化剂(顺丁烯二酸酐)、石墨烯(5层)和纳米铜粉(30nm)，混合均匀后，在30℃下边搅拌边反应15min，得到胶液；(2)将胶液倒入胶槽一中；(3)将碳纤维(一束纱的单丝数为480K)拉伸后经过胶槽一，在胶槽一中浸上胶液后，再经过横截面为圆形的张力控制器进行拉伸，调节张力控制器的张力，使得碳纤维浸胶后胶含量为碳纤维质量的30％，得到横截面为圆形的浸胶碳纤维中心层；(4)按质量比100∶18分别称取环氧树脂(每100g环氧值当量为0.48)和固化剂(顺丁烯二酸酐)，混合均匀，倒入胶槽二中；(5)将玻璃纤维(4800tex)拉伸后经过胶槽二，在胶槽二中浸上胶液后，再经过张力控制器进行拉伸，调节张力控制器张力，使得玻璃纤维浸胶后胶含量为玻璃纤维质量的35％，得到玻璃纤维包覆层；(6)以浸胶碳纤维中心层为轴，在其表面缠绕浸胶玻璃纤维包覆层，直至浸胶碳纤维中心层被浸胶玻璃纤维包覆层完全覆盖；(7)将步骤(6)得到的半成品在70℃固化45min，然后在135℃固化2.5h后，冷却，得到高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯。实施例2：高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯的制作方法，其制作过程为：(1)按质量比100∶12∶0.1∶0.3分别称取环氧树脂(每100g环氧值当量为0.41)、固化剂(顺丁烯二酸酐)、石墨烯(3层)和纳米铜粉(10nm)，混合均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于由浸胶碳纤维中心层和浸胶玻璃纤维包覆层构成；浸胶碳纤维中心层由碳纤维、石墨烯、纳米铜粉、环氧树脂及其固化剂复合而成，浸胶玻璃纤维包覆层由玻璃纤维、环氧树脂及其固化剂复合而成。

【技术特征摘要】
1.高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于由浸胶碳纤维中心层和浸胶玻璃纤维包覆层构成；浸胶碳纤维中心层由碳纤维、石墨烯、纳米铜粉、环氧树脂及其固化剂复合而成，浸胶玻璃纤维包覆层由玻璃纤维、环氧树脂及其固化剂复合而成。2.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的碳纤维为大丝束碳纤维，一束纱的单丝数为360K、480K或540K中的一种。3.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，其单重为2400、4800、9600tex中的一种。4.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的石墨烯为层数为3-7层的氧化石墨烯。5.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的纳米铜粉，其粒径为10-50nm。6.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂，每100g环氧值当量为0.41-0.55。7.根据权利要求1所述的高压输变电线路用碳纤维复合导线加强芯，其特征在于所述的环氧树脂固化剂为顺丁烯二酸酐或邻苯二甲酸酐中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐致伟，
申请(专利权)人：徐致伟，
类型：发明
国别省市：江苏,32