一种改性碳纤维复合芯导线芯棒及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，该芯棒包括混合有显影剂的热固性树脂基体，在所述热固性树脂基体内分布有增强碳纤维束；其中，所述显影剂为纳米级重金属或重金属化合物粉末；显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的3-20％。本发明还公开了该改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法，具体为：向热固性树脂中加入显影剂，混合均匀；将碳纤维束送入混合有显影剂的热固性树脂中实现浸渍，再经过预成型模、成型模，升温定型，温度范围为140-180℃，冷却后制得成品。本发明通过对碳纤维复合芯导线芯棒进行显影改性，使其在X射线无损检测过程中取得了较好的显影效果，便于在施工过程中监控导线芯棒有无受损。
【专利说明】一种改性碳纤维复合芯导线芯棒及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改性碳纤维复合芯导线芯棒及其制备方法，属于输电导线的生产和应用领域。
【背景技术】
[0002]中国土地资源有限，输电走廊的选择受到制约，因此提高单位输电走廊的传输功率的需求日益迫切，对于输电能力取决于导线热稳定性的架空输电线路而言，更换高性能导线能够显著提高线路输送能力。随着碳纤维芯棒国家标准的出台，高性能的碳纤维导线的生产以及应用也逐步形成体系、规范化，并逐步得到国家电网以及用户的广泛认可。自2013年底至今国家已发布3批碳纤维导线采购，总长度6000公里，预计年底前还会有近万公里的采购计划。碳纤维导线已经进入大面积普及推广阶段。
[0003]由于碳纤维的优异物理和机械性能主要体现在纤维方向上，而在径向上略显薄弱，因此由其制成的导线在抗剪切，抗压及抗扭转方面较之金属有一定差异。如果生产和施工人员未经过专业培训或没有严格按照操作规范进行，而仍然按传统钢芯铝绞线的生产和挂线模式进行操作时，就容易在芯棒生产加工和绞线、金具压接以及挂线施工过程中对芯棒产生伤损，由于外层铝绞线的存在，使得操作人员很难通过肉眼直接发现，如果受损的导线直接挂网，将会存在很大的安全隐患，从而产生巨大的经济损失。
[0004]为减少芯棒受损，并对架线导线进行实时、有效的性能评估已经成为研究重点。无损检测技术的应用也就倍受广大科研人员的关注，其中X射线无损检测是应用最广泛的一种非破坏性检验方法。但由于碳纤维导线芯棒密度仅为1.6g/cm3,碳纤维复合材料本身对X射线又具有很好的穿透效果，与铝丝的对比度不高，X射线无损检测的显影效果不显著，因此目前还无法将X射线无损检测的方法广泛应用于碳纤维复合芯导线芯棒。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种改性碳纤维复合芯导线芯棒及其制备方法。对碳纤维复合芯导线芯棒进行显影改性，使其在无损检测过程中取得较好的显影效果，可用于X射线无损检测。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种改性碳纤维复合芯导线芯棒，该芯棒包括混合有显影剂的热固性树脂基体，在所述热固性树脂基体内分布有增强碳纤维束；
[0008]所述显影剂为纳米级重金属或重金属化合物粉末；
[0009]所述显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的3-20% ；
[0010]所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂或有机硅树脂中的一种或任意两种或两种以上的混合体。
[0011]优选的，所述显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的5-15%。
[0012]优选的，所述纳米级重金属为铜、钡或铅；所述重金属化合物为氧化铜、氧化钡或氧化铅；其粉末粒径为10-200nm。
[0013]该改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法，包括以下步骤:
[0014](I)向热固性树脂中加入显影剂，显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的3-20%，混合均匀；
[0015](2)将碳纤维束送入混合有显影剂的热固性树脂中实现浸溃，充分浸溃混合后，再经过预成型模、成型模，升温定型，温度范围为140-180°C，随后在模具出口冷却后制得成品O
[0016]所述步骤(I)中，热固性树脂和显影剂的混合是在常温下进行。
[0017]所述步骤(I)中，将热固性树脂和显影剂混合后，采用抽真空法排除气泡。
[0018]所述步骤(2)中，碳纤维束经过成型模的速度为0.7-1.0m/min。
[0019]本发明的有益效果:
[0020](I)本发明通过对碳纤维复合芯导线芯棒进行显影改性，使其在X射线无损检测过程中取得了较好的显影效果，便于在施工过程中监控导线芯棒有无受损。
[0021](2)本发明采用热固性树脂作为基体，而热固性树脂在常温下为液态，易于与显影剂混合均匀，无需额外加热；采用的显影剂为纳米级的重金属或重金属化合物粉末，也易于充分混合在热固性树脂中；而且重金属或重金属化合物粉末的密度在4.0g/cm3以上，与碳纤维导线芯棒的密度差异显著，因此X射线无损检测显影效果较好。
[0022](3)本发明制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒仍保持了碳纤维复合芯导线所具有的重量轻、强度大、低线损、耐高温等优点，还可用于X射线无损检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实施例1制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果图；
[0024]图2为本实施例2制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果图；
[0025]图3为本实施例3制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果图；
[0026]图4为比较例制备的碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果图。
【具体实施方式】
[0027]结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
[0028]实施例1:
[0029]以碳纤维为增强材料，环氧树脂为基体，粒径为10nm的铜粉末为显影剂，生产改性碳纤维复合芯导线芯棒，具体步骤如下:
[0030]将60束12K碳纤维丝送入混合有显影剂的环氧树脂的胶槽内，其中显影剂的加入量为环氧树脂质量的7%，充分浸溃混合后，在牵引机的牵引下依次进入预成型模、成型模，牵引速度为1.0m/mim;升温固化，成型模内设有三个温度区，依次为140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷却后成型，随后将产品进行绞线得出成品。
[0031]本实施例所用的环氧树脂的型号为E44型。
[0032]对本实施例制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果，结果见图1。
[0033]由图1可见，经改性后的碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果十分明显。
[0034]实施例2:
[0035]以碳纤维为增强材料，酚醛树脂为基体，粒径为1nm的氧化钡粉末为显影剂，生产改性碳纤维复合芯导线芯棒，具体步骤如下:
[0036]将60束12K碳纤维丝送入混合有显影剂的酚醛树脂的胶槽内，其中显影剂的加入量为酚醛树脂质量的10%，充分浸溃混合后，在牵引机的牵引下依次进入预成型模、成型模，牵引速度为0.8m/mim ;升温固化，成型模内设有三个温度区，依次为140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷却后成型，随后将产品进行绞线得出成品。
[0037]本实施例所用的酚醛树脂的型号为2130型。
[0038]对本实施例制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果，结果见图2。
[0039]实施例3:
[0040]以碳纤维为增强材料，呋喃树脂为基体，粒径为200nm的铅粉末为显影剂，生产改性碳纤维复合芯导线芯棒，具体步骤如下:
[0041]将97束12K碳纤维丝送入混合有显影剂的呋喃树脂的胶槽内，其中显影剂的加入量为呋喃树脂质量的15%，充分浸溃混合后，在牵引机的牵引下依次进入预成型模、成型模，牵引速度为0.8m/mim ;升温固化，成型模内设有三个温度区，依次为140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷却后成型，随后将产品进行绞线得出成品。
[0042]本实施例所用的呋喃树脂的型号为GSOl。
[0043]对本实施例制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果，结果见图3。
[0044]实施例4:
[0045]以碳纤维为增强材料，有机硅树脂为基体，粒径为50nm的氧化铜粉末为显影剂，生产改性碳纤维复合芯导线芯棒，具体步骤如下:
[0046]将97束12K碳纤维丝送入混合有显影剂的有机硅树脂的胶槽内，其中显影剂的加入量为有机硅树脂质量的20%，充分浸溃混合后，在牵引机的牵引下依次进入预成型模、成型模，牵引速度为0.8m/mim ；升温固化，成型模内设有三个温度区，依次为140°C、160°C、180°C，然后在模具出口冷却后成型，随后将产品进行绞线得出成品。
[0047]本实施例所用的有机硅树脂的型号为6103。
[0048]对本实施例制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果。
[0049]比较例:
[0050]以碳纤维为增强材料，环氧树脂为基体，生产碳纤维复合芯导线芯棒，具体步骤如下:
[0051]将97束12K碳纤维丝送入环氧树脂的胶槽内，充分浸溃混合后，在牵引机的牵引下依次进入预成型模、成型模，牵引速度为0.升温固化，成型模内设有三个温度区，依次为140°C、160°C、18(rC，然后在模具出口冷却后成型，随后将产品进行绞线得出成品O
[0052]本比较例所用的环氧树脂的型号为E44型。
[0053]对本比较例制备的改性碳纤维复合芯导线芯棒通过X射线无损检测装置观测内部芯棒成像效果，结果见图4。
[0054]由图1至图4可以看出:加入显影剂改性后制备的碳纤维复合芯导线芯棒(图1至图3)与普通的碳纤维复合芯导线芯棒(图4)相比，X射线无损检测显影效果明显改善。
【权利要求】
1.一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，其特征在于，该芯棒包括混合有显影剂的热固性树脂基体，在所述热固性树脂基体内分布有增强碳纤维束； 其中，所述显影剂为纳米级重金属或重金属化合物粉末；显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的3-20%。
2.如权利要求1所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂或有机硅树脂中的一种或任意两种或两种以上的混合体。
3.如权利要求1所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，其特征在于，所述纳米级重金属为铜、钡或铅；所述重金属化合物为氧化铜、氧化钡或氧化铅。
4.如权利要求1所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，其特征在于，所述纳米级重金属或重金属化合物的粒径为10-200nm。
5.如权利要求1所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒，其特征在于，所述显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的5_15%。
6.权利要求1所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)向热固性树脂中加入显影剂，显影剂的加入量为热固性树脂质量百分含量的3-20%，混合均匀； (2)将碳纤维束送入混合有显影剂的热固性树脂中实现浸溃，充分浸溃混合后，再经过预成型模、成型模，升温定型，温度范围为140-180°C，随后在模具出口冷却后制得成品。
7.如权利要求6所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法,其特征在于,所述步骤(I)中，热固性树脂和显影剂的混合是在常温下进行。
8.如权利要求6所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)中，将热固性树脂和显影剂混合后，采用抽真空法排除气泡。
9.如权利要求6所述的一种改性碳纤维复合芯导线芯棒的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中,碳纤维束经过成型模的速度为0.7-1.0m/min。
10.权利要求1至5任一项所述的改性碳纤维复合芯导线芯棒在导线X射线无损检测中的应用。
【文档编号】H01B13/00GK104200911SQ201410356294
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】朱波, 梁轩伟, 关勇 申请人:山东大学, 北京华电云通电力技术有限公司, 山东工大新材料研究院有限公司