一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，复合材料由树脂材料和纤维增强材料制成，按体积分数计：树脂材料为20-50％，纤维增强材料为50-80％；树脂材料包括：热固性树脂100份、固化剂50-200份、促进剂1-20份、脱模剂1-20份、填料1-10份；纤维增强材料为拉伸强度≥3500MPa的玻璃纤维。本发明专利技术复合材料具有结构均一、绝缘性好、韧性优异、强度较高、玻璃化转变温度高、成本低及表面光洁等特征。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于含有增强材料、填料或预成型件的塑性材料领域，具体涉及一种用于电网输电线路导线的纤维增强树脂基复合材料及其制备方法。
技术介绍
钢芯铝绞线为单层或多层铝股线绞合在镀锌钢芯线外的加强型导线，广泛应用于各种电压等级的架空输配电线路中。然而，随着电网技术的不断革新，一种新型碳纤维复合材芯导线研制成功，碳纤维复合芯代替原有电缆的钢芯制作导线的芯材，具有重量轻、强度高、热稳定性好、弛度低、载流量大及耐腐蚀等优点。解决电力线路输送容量提高的同时又能充分利用已有铁塔，尽量避免了线路走廊用地增加这一技术难题，对老旧线路的增容改造和土地资源紧张地区的线路重建具有重要意义。国外关于复合材料的研制包括，日本于20世纪90年代开发了复合材料合成芯导线，产品分为碳纤维芯铝绞线和耐热碳纤维芯耐热铝合金绞线两种。复合材料的质量是常规钢芯的1/5，线膨胀系数约为钢芯的1/12。试验证明，新型复合材料芯导线的抗拉强度大幅提高，常温下的拉伸曲线特性呈现弹性体特性，即材料断裂时没有塑性变形，断后延伸率约为1.6%，塑性不如钢芯导线。美国的CTC公司于2003年推出碳纤维复合材料铝绞线，其复合芯是以碳纤维为中心层和玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，在环氧树脂中浸溃，然后在高温模具中固化成型为复合芯。复合芯外层与邻外层为梯形截面铝线股。此复合芯与传统导线相比具有重量轻、强度大、低线损、弛度小等优点，但其成本较高、韧性较差，成型工艺较难控制，制品质量容易存在内部缺陷等不足，存在断线隐患。本专利技术人于2009年提出的申请号为CN200910237469. 6，专利技术名称为“一种适用于输电线路扩容导线的树脂基复合材料及其制备工艺”的专利技术专利申请；2011年提出申请号为201110380721. 6，专利技术名称为“一种用于电网输电线路的复合芯及其制备方法”的专利技术专利申请。专利技术提供了一种用于电网输电线路导线的复合芯及其制备方法，所述复合芯具有高强度、高韧性、高玻璃化转变温度及表面光洁。复合芯玻璃化转变温度不低于190°C。复合芯韧性显著提高，降低了复合芯在生产、运输及挂线施工过程中因脆性因素造成的断裂及开裂几率。纤维增强树脂基复合材料的抗拉强度可以很好的得到保证，但由于复合芯的成本较高、两层结构(碳纤维和玻璃纤维)容易存在内部缺陷。因此，如何在保证复合材料综合力学性能的同时，有效降低复合芯的成本、改善内部结构的均一性，降低安全隐患是急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种用于电网输电线路导线的纤维增强树脂基复合材料及其制备方法，复合材料在保证力学性能的前提下，解决了普通复合芯制备成本过高的问题，且能有效缓解复合材料在生产、运输及挂线施工过程中因脆性因素造成的断裂及开裂几率，复合材料结构均一，解决了分层的内部缺陷。为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为一种纤维增强树脂基复合材料，所述复合材料由树脂材料和纤维增强材料制成， 按体积分数计所述树脂材料为20-50%，纤维增强材料为50-80% ;其改进之处在于按体积分数计所述树脂材料包括热固性树脂100份、固化剂50-200份、促进剂1_20份、脱模剂 1-20份、填料1-10份；所述纤维增强材料为拉伸强度> 3500MPa的玻璃纤维。本专利技术的第一优选技术方案为所述热固性树脂为任意选自双酚A型环氧树脂、 双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、聚乙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、聚丙二醇二缩水甘油醚环氧树脂、1，4_ 丁二醇二缩水甘油醚环氧树脂、邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂、间苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂、四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂、六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂、4，4'- 二氨基二苯甲烷环氧树脂、对氨基苯酚环氧树脂、三聚氰胺环氧树脂、芳香族聚醚缩水甘油醚环氧树脂、芳香族超支化聚酯型环氧树脂、 聚酰亚胺、丁二烯树脂或聚氨酯中的一种或几种。本专利技术的第二优选技术方案为所述固化剂任意选自邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐、苯酮四酸二酐、甲基环己烯四酸二酐、二苯醚四酸二酐、乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、己二胺或间苯二甲胺中的一种或几种。本专利技术的第三优选技术方案为所述促进剂是选自2-乙基-4-甲基咪唑、N，N_ 二甲基苄胺，CT-152x, DBU或三乙醇胺中的一种或几种。本专利技术的第四优选技术方案为所述脱模剂是选自硬脂酸锌、硬脂酸或二甲基硅油中的一种或几种。本专利技术的第五优选技术方案为所述填料是选自纳米蒙脱土、硅藻土、纳米碳纤维、纳米Ti02、纳米Si02、BaTi03或纳米A1203中的一种或几种。一种制备纤维增强树脂基复合材料的方法，其改进之处在于所述方法步骤如下I)开卷纱束即纤维增强材料在牵引机的拉力下，经100 200°C干燥预处理1-2分钟，经过导向辊和集束栅板、集纱辊后，进入浸溃胶槽，浸透树脂材料胶液不少于O. 5min ；其中浸溃胶槽温度为40°C 80°C ；2)经树脂材料胶液浸润的纤维增强材料，通过具有一定界面形状的预成型模具， 排出多余的树脂和气泡，进行预成型；其中预成型模内的温度为50°C 120°C ；3)固化成型复合材料的树脂胶液在前段固化模具内逐步升温，经粘流态、凝胶态、玻璃态后成型固化，在内脱模剂的作用下，复合材料由牵引装置拉出脱模成型；其中前段固化模具第一加热区间温度为120_230°C ;第二加热区间温度为130 2300C ;第三加热区间温度为140 230°C ；树脂基复合材料后固化成型采用至少一段连续加热装置，加热区间的温度为 170 220。。；其中牵引速度不低于O. 3m/min ；4)由收线机进行制品收卷。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括I)复合材料成本显著降低按照本专利技术所述制备材料及制备工艺得到的复合材料，由玻璃纤维彻底替代价格昂贵的碳纤维，成本和普通复合芯相比，成本降低至少30%以上；2)复合材料韧性显著提高和普通复合材料相比，复合材料在保证其他性能的前提下，韧性提高20 60% ；复合材料纤维含量Vf = 50 80 %，复合材料拉伸强度高于1800MPa，复合材料玻璃化转变温度不低于160°C，按照国家电网公司企业标准Q/GDW388-2009卷绕性能进行测试，卷绕性能由55D、2圈、不开裂，提高到25 45D、2圈、不开裂，大幅降低了碳纤维复合材料在生产、运输及挂线施工过程中因脆性因素造成的断裂及开裂几率；3)复合材料内部结构更加均一，不存在分层现象由于复合材料采用玻璃纤维增强树脂基制备，内部结构更加均一，避免了因碳纤维和玻璃纤维共同存在照成的局部分层现象，降低了复合材料内部缺陷的产生，提高了输电线路安全可靠性；4)采用DMA测试方法，复合材料玻璃化转变温度高于160°C ；5)制备方法更加简单本专利技术的制备方法对具体的参数牵引速度、固化温度和加热区长度等进行合理设计，使得制备方法更加简单。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图I是复合材料制备流程图。具体实施方式下面结合实例对本专利技术进行详细的说明。本专利技术公开了电网输电线路导线用纤维增强树脂基复合材料配方及制备工艺，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强树脂基复合材料，所述复合材料由树脂材料和纤维增强材料制成，按体积分数计：所述树脂材料为20?50％，纤维增强材料为50?80％；其特征在于按体积分数计：所述树脂材料包括：热固性树脂100份、固化剂50?200份、促进剂1?20份、脱模剂1?20份、填料1?10份；所述纤维增强材料为拉伸强度≥3500MPa的玻璃纤维。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强树脂基复合材料，所述复合材料由树脂材料和纤维增强材料制成，按体积分数计所述树脂材料为20-50%，纤维增强材料为50-80% ;其特征在于按体积分数计 所述树脂材料包括热固性树脂100份、固化剂50-200份、促进剂1-20份、脱模剂1_20份、填料ι- ο份； 所述纤维增强材料为拉伸強度> 3500MPa的玻璃纤维。2.如权利要求I所述的ー种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于所述热固性树脂为任意选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、聚こニ醇ニ缩水甘油醚环氧树脂、聚丙ニ醇ニ缩水甘油醚环氧树脂、1，4_ 丁ニ醇ニ缩水甘油醚环氧树月旨、邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酯环氧树脂、间苯ニ甲酸ニ缩水甘油酯环氧树脂、四氢邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酯环氧树脂、六氢邻苯ニ甲酸ニ缩水甘油酯环氧树脂、4，4'-ニ氨基ニ苯甲烷环氧树脂、对氨基苯酚环氧树脂、三聚氰胺环氧树脂、芳香族聚醚缩水甘油醚环氧树脂、芳香族超支化聚酯型环氧树脂、聚酰亚胺、丁ニ烯树脂或聚氨酯中的ー种或几种。3.如权利要求I所述的ー种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于所述固化剂任意选自邻苯ニ甲酸酐、四氢邻苯ニ甲酸酐、六氢邻苯ニ甲酸酐、甲基四氢邻苯ニ甲酸酐、甲基六氢邻苯ニ甲酸酐、均苯四甲酸酐、苯酮四酸ニ酐、甲基环己烯四酸ニ酐、ニ苯醚四酸ニ酐、こニ胺、ニ亚こ基三胺、三亚こ基四肢、四亚こ基五胺、己ニ胺或间苯ニ甲胺中的ー种或几种。4.如权利要求I所述的ー种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于所述促进剂是选自2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辉，陈新，何州文，兰逢涛，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：