[实用新型]一种用于增强电缆的复合材料芯及增强电缆

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种复合材料芯，特别涉及一种用于增强电缆的复合材料芯。另外，本实用新型还涉及使用复合材料芯的增强电缆。 

背景技术

目前，在远距离电缆架设及传输方面，电缆的承重部件多采用钢芯。而采用钢芯作为承重部件存在诸多缺点和不足。如：易受热膨胀致使电缆下垂，钢芯自身导电会消耗大量电能，且重量较大，导致输电塔和电线杆的结构需要相应加强。 

为了解决钢芯作为承重部件存在的诸多问题，现有技术中提出了复合材料芯的方案。采用玻璃纤维、碳纤维和树脂材料进行复合而成。不仅重量相比钢芯大大减轻，且具有极低的膨胀系数，在电缆温度升高时不增加电缆的下垂。拉伸强度较钢芯有显著提高，可以增加塔距。目前已开始使用。但其仍存在问题，由于采用玻璃纤维、碳纤维、树脂材料进行复合，结构为内芯和外芯。当复合芯在生产、运输、施工时会发生弯曲，弯曲时复合芯内部产生剪切应力，并随复合芯截面增大或弯曲半径减小复合芯内部会产生更大的应力，当复合芯内部应力大于纤维之间的粘结力时，复合芯发生开裂。 

如国家知识产权局于2008年12月17日公布的、专利申请号为200710110870.4、名称为“碳纤维复合加强芯线缆”的实用新型专利申请公布文本中，其包括内芯和外芯。内芯包含碳纤维和环氧树脂，外芯包含玻璃纤维和环氧树脂。相对于传统钢芯材料，本实用新型强度高、 使用范围广、加工容易。在该专利申请的方案中，加强芯分为内芯和外芯，内芯的复合材料中采用碳纤维，外芯的复合材料中采用玻璃纤维，复合芯在生产、运输、施工时会发生弯曲，弯曲时复合芯内部产生剪切应力，并随复合芯截面增大或弯曲半径减小复合芯内部会产生更大的应力，当复合芯内部应力大于纤维之间的粘结力时，复合芯发生开裂。所以只能制做小直径的复合芯。 

又如国家知识产权局于2009年1月14日授权公告的、专利号为03809284.0、名称为“铝导体复合芯增强电缆以及制造方法”的实用新型专利中，ACCC电缆具有由至少一层铝导体围绕的复合材料芯。该复合材料芯包括内芯和外芯。在该专利申请方案中，同样存在在复合芯弯曲时复合芯内部产生应力和层间开裂的问题。所以也只能制做小直径的复合芯.对于制做直径大于10mm的复合芯只能分段制做，之后再复合，不能一体成型，由于张力不匀势必影响强度。 

同时，除了上述提到的缺点外，现有复合芯还存在耐磨性和抗老化较差的问题。由于复合芯的外芯裸露在外，日晒雨淋以及安装铺设过程中的磨损都会造成外芯的损坏，缩短了外芯的使用寿命。给使用带来影响。 

为了解决内芯、外芯的防护问题，现有复合芯在外芯外设置保护膜的方案。如国家知识产权局于2007年1月17日公布的、专利申请号为200480038529.7、名称为“铝导体复合材料芯增强电缆及其制备方法”的实用新型专利申请文件中，ACCC电缆具有由外芯部膜和至少一层铝导体围绕的复合材料芯。该复合材料芯包括一种或多种基体材料中的多根纤维，该纤维来自至少一种纤维类型。在该专利方案中，在其说明书第9页第2段提到具有保护性涂层或膜305围绕复合材料芯303。这里保护性涂层或膜305起到保护、防磨损的性能。但其仅为一层膜结构，易破损且耐 久性较差，而且是涂敷于外芯上的，实际应用中容易脱落，导致局部裸露，不能完全包裹的情况，影响复合芯的使用寿命。在其权利要求5记载的技术方案中，外部膜选自Kapton、Teflon、Tefzel、Tedlar、Mylar、Melonix、Tednex、PEN和PET等材料。由于是膜结构，导致电缆在实际铺设时，保护膜极易磨损或破损，另外，保护膜在实际应用中容易脱落，导致局部没有完全包裹的情况出现。 

现有复合材料芯，其性能都具有局限性。第一，原有复合芯不能生产大直径(直径大于9.5mm)要求；第二，原有复合芯扭转时易开裂；第三，原有复合芯弯曲时弯曲半径大；第四，抗疲劳强度和抗疲劳次数较低；第五，原有复合芯外保护层易脱层。无法将高抗拉强度、较低的弯曲半径、较高的扭转角度、较高的使用温度及较高的抗疲劳强度这些相互矛盾的性能要求有效融合为一体，形成高性能复合材料芯。在性能上都有局限性，无法适应各种不同应用环境和使用要求，适用性较差。 

以上所举例的专利及现有的技术还存在一个共同的缺点，其增强电缆用的复合芯只有纵向纤维增强，而没有横向或斜向纤维增强，复合芯的抗疲劳强度和抗疲劳次数较低，电缆的使用寿命受到影响。并且在制作电缆时由于受到铝导体的挤压，复合芯易开裂，而且还不能检验出来，势必影响到复合芯和输电线缆的强度和使用寿命。