超声波浸胶槽、大丝束碳纤维制造复合芯线的设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波浸胶槽、大丝束碳纤维制造复合芯线的设备及方法，包括浸胶区，在所述浸胶区底部设有一液体介质层，在所述液体介质层底部设有超声波发生器，所述超声波发生器发出的超声波通过所述液体介质层均匀的作用在所述浸胶区内装填的大丝束碳纤维和树脂混合物上。本发明专利技术中超声波浸胶槽了改变传统的接触式浸胶，在浸胶槽外部引入超声波发生器，超声波同时作用在大丝束碳纤维和树脂上，通过调整超声波的强度和作用时间，使大丝束碳纤维物理开纤，同时树脂体系维持在适宜的温度和粘度范围内，达到理想的浸润效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声波浸胶槽、架空输电导线用复合材料芯线的制备方法及设 备，尤其是使用大丝束碳纤维制造复合材料芯线的方法及设备。
技术介绍
随着我国经济的飞速发展，对电力的需求日益增大，电力负荷不断增大，对输电线 路的要求越来越高，原来的输电线路已经不能满足传输容量快速扩容的要求，如何提高电 网的输电能力成为一个迫切的问题。架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。传统的 架空输电导线为钢芯铝绞线类型，外围的铝绞线为输电导体，内部钢绞线作为承重芯材，不 仅自重大，抗张强度不高，磁损大，而且在受热情况下会产生松弛现象，严重威胁了输电线 路安全。为了安全可靠地多送电力，各国有关科技工作者一直不断地努力寻求理想的架空 输电线路用导线，以取代传统的各种导线。碳纤维复合材料合成导线是一种全新概念的架 空输电线路用导线，采用耐热铝合金软绞线作为输电导体，内部由碳纤维复合材料芯线替 代传统的钢绞线，密度仅为钢绞线的1/4，抗张强度大，无磁损，线膨胀系数小，而且使用温 度高，导线面积大，由此大大提高了导线的载流量，理论载流量为传统钢芯的2倍，达到增 容的效果。请参见杨宁，国家电网北京经济技术研究院，《ACCC碳纤维复合芯导线技术在 我国的应用前景分析》。但是，现阶段碳纤维复合材料合成导线的价格为一般钢芯导线的3倍，而碳纤维 复合材料芯线成本又占了总成本的绝大部分，高昂的价格限制了其的应用，要在输电线路 上推广普及，必须降低成本。请参见朱爱均，尤志巍，张锦秀，上海电力设计院有限公司， 《碳纤维复合导线在上海电网应用前景初探》。现阶段市场上的碳纤维复合材料芯线使用的原料为小丝束碳纤维，如果替换为价 格低很多而力学性能相当的大丝束碳纤维，就能够明显的降低成本。但是大丝束碳纤维和 树脂的浸润性与小丝束碳纤维相差很多，由此造成了碳纤维与树脂的界面结合性与力学性 能明显下降。
技术实现思路
本专利技术设计了一种超声波浸胶槽、大丝束碳纤维制造复合材料芯线的设备及方 法，其解决了以下技术问题(1)现阶段市场上的碳纤维复合材料芯线使用的原料为小丝束碳纤维，因而造成 碳纤维复合材料芯线成本高和价格昂贵。(2)由于大丝束碳纤维和树脂的浸润性与小丝束碳纤维相差很多，由此造成了碳 纤维与树脂的界面结合性与力学性能明显下降，导致现阶段市场上的碳纤维复合材料芯线 不能使用的原料为大丝束碳纤维。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案一种超声波浸胶槽，包括浸胶区，在所述浸胶区底部设有一液体介质层，在所述液 体介质层底部设有超声波发生器，所述超声波发生器发出的超声波通过所述液体介质层均 勻的作用在所述浸胶区内装填的大丝束碳纤维和树脂混合物上。进一步，所述液体介质层内还设置温度控制装置。进一步，所述温度控制装置包括加热器和热电偶。进一步，所述液体介质层中的液体介质为水。一种大丝束碳纤维制造复合材料芯线的设备，包括纱架、加热除湿装置、所述超声 波浸胶槽、挤胶辊、预成型模具、成型模具、多台后固化炉、牵引机以及收卷机。一种大丝束碳纤维制造复合材料芯线的方法，包括以下步骤第一步，将大丝束碳纤维和玻璃纤维从所述纱架上牵引出，同时施加张力，束丝后 进入加热除湿器中干燥；第二步，经过干燥后的大丝束纤维和玻璃纤维进入所述超声波浸胶槽，超声波发 生器发出的超声波通过水层作用在树脂上，通过温度控制装置的调节温度，超声波强度和 作用时间使大丝束碳纤维开纤；第三步，浸胶后的纤维通过所述挤胶辊控制树脂含量，通过所述预成型模导丝，依 次进入所述成型模具三段分区加热固化；第四步，复合材料芯线产品从成型模具出来后，进入所述后固化炉，提高固化度的 同时消除由于温度梯度反应不均勻而造成的内应力； 第五步，复合材料芯线经过冷却，通过所述牵弓I机牵引，用所述收卷机进行收卷。其中，第一步中大丝束碳纤维和玻璃纤维从所述纱架上牵引出的速度为0. I-Im/ min0其中，第二步中树脂的温度控制在40-80°C ；所述超声波发生器的超声波功率为 100-500W，每作用 3-5min 间歇 3_5min。其中，第三步中浸胶后的纤维进入所述成型模具三段分区的温度区间依次为 150-180°C，200-2400C，190-230°C。其中，第四步中所述后固化炉温度为100-180°C。该超声波浸胶槽、大丝束碳纤维制造复合材料芯线的设备及其方法具有以下有益 效果(1)本专利技术超声波浸胶槽了改变传统的接触式浸胶，在浸胶槽外部引入超声波发 生器，超声波同时作用在大丝束碳纤维和树脂上，通过调整超声波的强度和作用时间，使大 丝束碳纤维物理开纤，同时树脂体系维持在适宜的温度和粘度范围内，达到理想的浸润效 果；(2)本专利技术超声波浸胶槽带有温度控制装置和超声波发生器，并不是直接作用 在树脂体系上，而是通过中间的水层将温度和超声能量传递给树脂体系，使其受力受热均 勻；(3)本专利技术大丝束碳纤维制造复合材料芯线的设备与传统拉挤设备相比较，提高 了纤维与树脂之间的浸润性，树脂体系内各组分分布稳定，制得的大丝束碳纤维复合材料 芯材内部无气泡，结构均勻，拉伸强度以及层间剪切强度均有明显的提高，达到小丝束碳纤维复合材料芯材水平，降低了碳纤维复合材料芯材的成本，有利于其在架空导线中的推广 和应用。附图说明图1是本专利技术超声波浸胶槽的截面示意图；图2是本专利技术大丝束碳纤维制造复合材料芯线的设备部件连接示意图。附图标记说明1-纱架；2-加热除湿装置；3-超声波浸胶槽；31-浸胶区；32-液体介质层；33-超 声波发生器；34-温度控制装置；341-加热器；342-热电偶；4-挤胶辊；5-预成型模具； 6-成型模具；7-后固化炉；8-后固化炉；9-牵引机；10-收卷机。具体实施例方式下面结合图1和图2，对本专利技术做进一步说明如图1所示，一种超声波浸胶槽3，包括浸胶区31，在所述浸胶区31底部设有一液 体介质层32，在所述液体介质层32底部设有超声波发生器33，所述超声波发生器33发出 的超声波通过所述液体介质层32均勻的作用在所述浸胶区31内装填的大丝束碳纤维和树 脂混合物上。所述液体介质层32内还设置温度控制装置34。所述温度控制装置34包括加 热器341和热电偶342。超声波浸胶槽3带有温度控制装置34和超声波发生器33，并不是 直接作用在树脂体系上，而是通过中间的液体介质层32将温度和超声能量传递给树脂体 系，使其受力受热均勻。超声波对大丝束碳纤维和树脂主要有三种作用第一、超声波震荡作用在大丝束碳纤维上，使其物理开纤，与树脂有更多的接触面 积，改善浸润效果。第二、超声波作用在树脂上，诱发空化效应，释放出巨大的空化能，一方面排除气 泡，另一方面克服树脂体系分子运动的摩擦阻力，降低树脂体系的粘度和表面张力，提高浸 润性。第三、基于超声波的分散作用，使树脂体系中的树脂，固化剂，促进剂，填料等各组 分保持均勻的分布，稳定产品质量。所述液体介质层32中的液体介质为水。水具有良好的导热性以及成本低廉性，可 以大规模使用。因此，在超声波浸胶槽3外部引入超声波发生器33，超声波同时作用在大丝束碳 纤维和树脂上，通过调整超声波的强度和作用时间，使大丝束碳纤维物理开纤，同时树脂体 系维持在适宜的温度和粘度范围内，达到理想的浸润本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波浸胶槽（３），包括浸胶区（３１），其特征在于：在所述浸胶区（３１）底部设有一液体介质层（３２），在所述液体介质层（３２）底部设有超声波发生器（３３），所述超声波发生器（３３）发出的超声波通过所述液体介质层（３２）均匀的作用在所述浸胶区（３１）内装填的大丝束碳纤维和树脂混合物上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孟秀青，孙晓光，张静，杨刚，高磊，
申请(专利权)人：蓝星北京化工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]