[发明专利]一种架空导线用碳纤维复合材料芯棒及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于芯棒及其加工方法，特别涉及一种架空导线用碳纤维复合材料芯棒及其加工方法。

背景技术

随着世界经济的发展，人口规模的扩大，对能源的需求日益增多。作为清洁能源的电能更是被各国大力发展。但电力负荷的大幅度增加与输电走廊选择日益困难的矛盾越来越突出。提高单位走廊传输功率的需求日益迫切。已有百年应用历史的传统的钢芯铝绞线(ACSR)已难以满足输电需求。在此背景下，国内外发展了一系列可用于输电线路增容的新型导线。

碳纤维复合芯导线是一种性价比优秀的新型增容导线，具有强度高，耐高热，耐老化，耐腐蚀，重量轻，低弧垂等一系列优异特性。与传统钢芯铝绞线相比，结构相似，区别主要在于材质和铝线形状不同，单根高强度耐热的碳纤维复合材料芯替代了芯层的钢绞线。

导线作为交、直流高压架空输电线路的关键材料，其性能的优劣，直接关系到电网的安全、关系到国家战略安全。导线全寿命周期内，要耐受各种复杂工况的考验，包括：大风、高低温、覆冰、疲劳振动3×10⁷、舞动10×10⁴、电磁环境下的盐雾、紫外、臭氧、湿热的腐蚀，各种工况下电气间隙(变化)的安全性，以及加工、运输、施工过程中的冲击，弯折、施工安装后的完好等。这就要求碳纤维复合芯导线尤其是芯棒的性能具有：强度高，耐高热，耐老化，耐腐蚀，重量轻，适用范围内温变时尺寸稳定等性能。为便捷新型导线的架线施工，芯棒还要具有非常高的韧性和断切安装的防劈裂性能。

国内外近几年出现的复合材料芯导线，其特征是以碳纤维和玻璃纤维单一方向排列增强环氧树脂基复合的两层结构，这种结构的芯棒表面光滑，摩擦力小；径向剪切力弱，压缩强度低，易纵向劈裂。该申请为独特的三层功能结构。解决了目前碳纤维复合材料芯导线在架线施工中易造成纵向劈裂的技术难题，提高了各种施工环境下碳纤维复合芯导线安装的效率和质量；该结构在芯棒表面形成密布的隐形凸起的被固化的纤维束交织点，提高了芯棒表面摩擦力，增加了绞线后芯棒与外层铝股间的机械把持力，解决了在导线卡握受力时芯棒与铝股间的相对滑移，避免了碳纤维复合芯导线架线施工中的“缩芯”和“起灯笼”缺陷，成倍提高了架线施工速度。消除了碳纤维复合芯导线应用上的制约，非常有利于碳纤维复合芯导线规模化推广应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种架空导线用碳纤维复合材料芯棒及其加工方法。它结构简单，加工工艺易实现，卷绕性能好，施工特性好，使用难度大幅度降低，便于规模化应用。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：芯棒由内到外为三层功能结构，三层功能结构由树脂基体固化，所述的树脂基体为热固性或热塑性的弹性体；三层功能结构分别是温度变化时保持尺寸稳定的承力层、抗老化的增韧层和增摩防劈裂的缠绕层。

所述承力层的材料为增强纤维，为中强或高强度碳纤维、石墨纤维或陶瓷纤维，沿芯棒轴向恒张力平行排列。

所述增韧层的材料为无碱、无硼和耐酸的高强玻璃纤维、非配方组分玄武岩纤维或混杂纤维，沿芯棒轴向恒张力平行排列。

所述缠绕层的材料为无碱、无硼、耐酸的高强玻璃纤维、非配方组分玄武岩纤维、陶瓷纤维、混杂纤维或纤维束预编制成织物或带状织物。

所述承力层、增韧层和缠绕层的横截面占比：承力层为45-70％，增韧层为25-55％，缠绕层为0.02-8％；承力层、增韧层和缠绕层的结构间无可分圆界面；芯棒直径在一连续长度内保持不变。

本发明具有下列优点：1)、结构简单，加工工艺易实现，卷绕性能好，施工特性好，使用难度大幅度降低，便于规模化应用；2)、解决碳纤维复合材料芯导线在架线施工中易造成纵向劈裂的技术难题；缠绕层的外表面有密布的隐形凸起的被固化的纤维束交织点，提高芯棒外表面摩擦力，增加绞线后芯棒与外层铝股间的机械把持力，解决在导线卡握受力时芯棒与铝股间的相对滑移，避免碳纤维复合芯导线架线施工中的“缩芯”和“起灯笼”等重大质量缺陷；3)、在-45～200℃内，基于时间-温度-应力等效原理，芯棒可安全使用寿命50年，超过了输变电系统对导线使用近期及远期的年限要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明剖视图。

图2为本发明加工示意图。

具体实施方式

如图1所示，芯棒由内到外为三层功能结构，三层功能结构由树脂基体固化，所述的树脂基体为热固性或热塑性的弹性体；三层功能结构分别是温度变化时保持尺寸稳定的承力层1、抗老化的增韧层2和增摩防劈裂的缠绕层3。