东纶科技一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法pdf
专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):C08L 63/00变更事项:专利权人变更前:全球能源互联网研究院变更后:全球能源互联网研究院有限公司变更事项:地址变更前:9北京市昌平区未来科技城北区国网智能电网研究院院内变更后:102209 北京市昌平区未来科技城滨河大道18号变更事项:共同专利权人变更前:国家电网公司变更后:国家电网有限公司专利权的转移IPC(主分类):C08L 63/00登记生效日:20180907变更事项:专利权人变更前权利人:全球能源互联网研究院有限公司变更后权利人:全球能源互联网研究院有限公司变更事项:地址变更前权利人:102209 北京市昌平区未来科技城滨河大道18号变更后权利人:102209 北京市昌平区未来科技城滨河大道18号变更事项:共同专利权人变更前权利人:国家电网有限公司变更后权利人:国家电网有限公司 国网福建省电力有限公司电力科学研究院专利权人的姓名或者名称、地址的变更IPC(主分类):C08L 63/00变更事项:专利权人变更前:国网智能电网研究院变更后:全球能源互联网研究院变更事项:地址变更前:102401 北京市房山区良乡昊天北大街13号变更后:102209 北京市昌平区未来科技城北区国网智能电网研究院院内变更事项:专利权人变更前:国家电网公司变更后:国家电网公司授权实质审查的生效IPC(主分类):C08L 63/00申请日:20121018公开
本发明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。
权利要求书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；
如权利要求1所述的一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。
如权利要求1所述的一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。
如权利要求1所述的一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‑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。
如权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于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。
如权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料，其特征在于所述填料是选自纳米蒙脱土、硅藻土、纳米碳纤维、纳米TiO2、纳米SiO2、BaTiO3或纳米Al2O3中的一种或几种。
即纤维增强材料在牵引机的拉力下，经100～200℃干燥预处理1‑2分钟，经过导向辊和集束栅板、集纱辊后，进入浸渍胶槽，浸透树脂材料胶液不少于0.5min；
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；
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℃；第二加热区间温度为130～230℃；第三加热区间温度为140～230℃；
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℃；
本发明属于含有增强材料、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。
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。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，在环氧树脂中浸渍，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，发明名称为“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”的发明专利申请；2011年提出申请号为1.6，发明名称为“一种用于电网输电线路的复合芯及其制备方法”的发明专利申请。发明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℃。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。
本发明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。
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；
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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TiO2、纳米SiO2、BaTiO3或纳米Al2O3中的一种或几种。
即纤维增强材料在牵引机的拉力下，经100～200℃干燥预处理1‑2分钟，经过导向辊和集束栅板、集纱辊后，进入浸渍胶槽，浸透树脂材料胶液不少于0.5min；
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；
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℃；第二加热区间温度为130～230℃；第三加热区间温度为140～230℃；
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℃；
按照本发明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；
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℃，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；
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)采用DMA测试方法，复合材料玻璃化转变温度高于160℃；
本发明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。
本发明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，复合材料具有结构均一、绝缘性好、韧性优异、强度较高、高玻璃化转变温度高、成本低及表面光洁等特征。本发明在保持复合芯优异综合性能的同时，降低成本至少30％，韧性提高20％‑60％，进一步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。
本发明所述的纤维增强树脂基复合材料配方为：复合材料用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50‑150份、促进剂1‑20份、脱模剂1‑20份、填料1‑10份。
热固性树脂是指在加热、加压下或在固化剂、紫外光作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂，热固性树脂在固化后，由于分子间交联，形成网状结构，因此刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好。本发明热固性树脂包括：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。
增强材料主要用于增加热固性树脂的韧性和强度，本发明的增强材料选用强度≥3500MPa的玻璃纤维。
本发明中的固化剂是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。
本发明中的促进剂是任意选自胺类、苯酚类或咪唑类中的一种或几种，本申请中促进剂可以选用2‑乙基‑4‑甲基咪唑、BDMA，CT‑152x，DBU或三乙醇胺中的一种或几种。促进剂主要作为树脂的补强固化剂，提高复合材料制品的成型速度，改善复合材料综合性能。
本发明中的填料是任意选自硅藻土、纳米蒙脱土、纳米碳纤维、纳米TiO2、纳米SiO2、BaTiO3或纳米Al2O3中的一种或几种。填料的加入，使得本发明复合材料韧性得到较大改善，从而降低复合芯在生产、运输及挂线施工过程中因脆性因素造成开裂及断裂几率。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺所涉及的玻璃纤维，按照如下选取：种类选取高强玻纤，拉伸强度4200MPa。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料，按照如下配比：热固性树脂(四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂)100份、固化剂(甲基六氢邻苯二甲酸酐)180份、促进剂(2‑乙基‑4‑甲基咪唑)8份、填料(纳米TiO2)2份、脱模剂(硬脂酸锌)3份。
1)开卷纱束即纤维增强材料在牵引机的拉力下，经100～200℃干燥预处理1‑2分钟，经过导向辊和集束栅板、集纱辊后，进入浸渍胶槽，浸透树脂材料的胶液不少于0.5min；
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；
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℃；第二加热区间温度为130～230℃；第三加热区间温度为140～230℃；
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℃；
干燥温度为100℃，干燥时间为2分钟；浸渍胶槽的温度恒定为50℃，浸透时间为10分钟；
固化成型过程，前段固化模具，对应的第一加热区间为180℃；第二加热区间为190℃；第三加热区间为180℃；
按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺得到的样品经检测，复合材料成本降低30％，卷绕性能为35D、2圈、不开裂复合芯韧性提高35％，玻璃化转变温度为192℃，拉伸强度2100MPa。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料，按照如下选取：种类选取高强玻纤，拉伸强度拉伸强度4500MPa。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料的树脂配方，按照如下配比：树脂(1，4‑丁二醇二缩水甘油醚环氧树脂)100份、固化剂(邻苯二甲酸酐)50份、促进剂(N，N‑二甲基苄胺)1份、填料(纳米SiO2)1份、脱模剂(硬脂酸)1份。
干燥温度为200℃，干燥时间为1分钟；胶槽的温度恒定为40℃，浸透时间为20分钟；
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺对应的前段固化模具，对应的第一加热区间为120℃；第二加热区间为130℃；第三加热区间为230℃；
按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺制备得到的样品经检测，复合材料成本降低32％，卷绕性能为30D、2圈、不开裂复合芯韧性提高45％，玻璃化转变温度为198℃，拉伸强度2100MPa。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺所涉及的玻璃纤维，按照如下选取：种类选取高强玻纤，拉伸强度4100MPa。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料，按照如下配比：树脂(三聚氰胺环氧树脂)100份、固化剂(六氢邻苯二甲酸酐)200份、促进剂(2‑乙基‑4‑甲基咪唑)20份、填料(BaTiO3)10份、脱模剂(聚二甲基硅氧烷)20份。
干燥温度为200℃，干燥时间为1分钟；胶槽的温度恒定为80℃，浸透时间为5分钟；经树脂浸润的碳纤维在模具前段预热区的温度为120℃。
本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺对应的前段固化模具，对应的第一加热区间为230℃；第二加热区间为230℃；第三加热区间为140℃；牵引速度设为0.55m/min。
按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺制备得到的样品经检测，复合材料成本降低31％，卷绕性能为38D、2圈、不开裂复合芯韧性提高42％，玻璃化转变温度为196℃，拉伸强度2100MPa。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种纤维增强树。
4、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。 2. 如权利要求 1 所述的一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、 。
5、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。 3. 如权利要求 1 所述的一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。
6、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。 4. 如权利要求 1 所述的一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- 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。 5. 如权利要求 1 所述的一种纤维增强树脂基复合材料， 其特征在于所述脱模剂是选自 硬脂酸锌、 硬脂酸或二甲基硅油中的一种或几种。 6. 如权利要求 1 所述的一种纤维增强树脂基复合材料， 其特征在于所述填料是选自纳 米蒙脱土、 硅藻土、 纳米碳纤维、 。
7、纳米 TiO2、 纳米 SiO2、 BaTiO3或纳米 Al2O3中的一种或几种。 7. 一种制备如权利要求 1 所述的复合材料方法， 其特征在于所述方法步骤如下 ： 1) 开卷纱束 ： 即纤维增强材料在牵引机的拉力下， 经 100 200干燥预处理 1-2 分钟， 经过导向辊 和集束栅板、 集纱辊后， 进入浸渍胶槽， 浸透树脂材料胶液不少于 0.5min ； 其中浸渍胶槽温度为 40 80 ； 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 50 120 ； 3) 固化成型 ： 复合材料的树脂胶液。
8、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； 第二加热区间温度为130230； 第三加热区间温度为 140 230 ； 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 0.3m/min ； 权 利 要 求 书 CN 102977552 A 2 2/2 页 3 4) 由收线机进行制品收卷。 权 利 要 求 书 CN 102977552 A 3 1/6 页 4 一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法 技。
9、术领域 0001 本发明属于含有增强材料、 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。 背景技术 0002 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。
10、资源紧张地区的线路重建具有重要意义。 0003 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。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。
11、树脂中 浸渍， 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 年提出的申请号为 CN9.6， 发明名称为 “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” 的发明专利申请 ； 2011 年提出申请号 为 1.6， 发明名称为 “一种用于电网输电线路的复合芯及其制备方法” 的发明专 利申请。发明提供了一种用于电网输。
12、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。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。 0006 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。 发明内容 0007 本发明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。
13、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， 说 明 书 CN 102977552 A 4 2/6 页 5 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。 0008 为实现上述发明目的， 本发明采取的技术方案为 ： 0009 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 ： 0010 所述树脂材料包括 ： 热固性树脂100份、 固化剂。
14、50-200份、 促进剂1-20份、 脱模剂 1-20 份、 填料 1-10 份 ； 0011 所述纤维增强材料为拉伸强度 3500MPa 的玻璃纤维。 0012 本发明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。
15、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。 0013 本发明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。 0014 本发明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， 。
16、CT-152x， DBU 或三乙醇胺中的一种或几种。 0015 本发明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。 0016 本发明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 TiO2、 纳米 SiO2、 BaTiO3 或纳米 Al2O3 中的一种或几种。 0017 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 ： 0018 1) 开卷纱束 ： 0019 即纤维增强材料在牵引机的拉力下， 经 100 200干燥预处理 1-2 分钟， 经过导 向辊和集束栅板、 集纱辊后， 进入浸渍胶。
17、槽， 浸透树脂材料胶液不少于 0.5min ； 0020 其中浸渍胶槽温度为 40 80 ； 0021 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 ； 0022 其中预成型模内的温度为 50 120 ； 0023 3) 固化成型 ： 0024 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 ； 0025 其中前段固化模具第一加热区间温度为 120-230 ； 第二加热区间温度为 130 230 ； 第三加热区间温度为 140 23。
18、0 ； 说 明 书 CN 102977552 A 5 3/6 页 6 0026 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 ； 0027 其中牵引速度不低于 0.3m/min ； 0028 4) 由收线 由于采用了上述技术方案， 与现有技术相比， 本发明的有益效果包括 ： 0030 1) 复合材料成本显著降低 0031 按照本发明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 ； 0032 2) 复合材料韧性显著提高 0033 和普通复合材料相比，。
19、 复合材料在保证其他性能的前提下， 韧性提高 20 60 ； 0034 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， 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 ； 0035 3) 复合材料内部结构更加均一， 不存在分层现象 0036 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。
20、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) 采用 DMA 测试方法， 复合材料玻璃化转变温度高于 160 ； 0038 5) 制备方法更加简单 0039 本发明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 0040 下面结合附图对本发明进一步说明。 0041 图 1 是复合材料制备流程图。 具体实施方式 0042 下面结合实例对本发明进行详细的说明。 0043 本发明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， 复 合材料具有结构均一、 绝。
21、缘性好、 韧性优异、 强度较高、 高玻璃化转变温度高、 成本低及表 面光洁等特征。本发明在保持复合芯优异综合性能的同时， 降低成本至少 30， 韧性提高 20 -60， 进一步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。 0044 本发明所述的纤维增强树脂基复合材料配方为 ： 复合材料用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。 0045 树脂材料包括 ： 热固性树脂100份、 固化剂50-150份、 促进剂1-20份、 脱模剂1-20 份、 填料 1-10 份。 0046 纤维增强材料为强度。
22、 3500MPa 的玻璃纤维。 说 明 书 CN 102977552 A 6 4/6 页 7 0047 热固性树脂是指在加热、 加压下或在固化剂、 紫外光作用下， 进行化学反应， 交联 固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂， 热固性树脂在固化后， 由于分子间交联， 形成网 状结构， 因此刚性大、 硬度高、 耐温高、 不易燃、 制品尺寸稳定性好。 本发明热固性树脂包括 ： 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。
23、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。 0048 增强材料主要用于增加热固性树脂的韧性和强度， 本发明的增强材料选用强度 3500MPa 的玻璃纤维。 0049 本发明中的固化剂是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。
24、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。 0050 本发明中的促进剂是任意选自胺类、 苯酚类或咪唑类中的一种或几种， 本申请中 促进剂可以选用2-乙基-4-甲基咪唑、 BDMA， CT-152x， DBU或三乙醇胺中的一种或几种。 促 进剂主要作为树脂的补强固化剂， 提高复合材料制品的成型速度， 改善复合材料综合性能。 0051 本发明中的脱模剂是任意选自硬脂酸锌、 硬脂酸或二甲基硅油中的一种或几种。 0052 本发明中的填料是任意选自硅藻土、 纳米蒙脱土、 纳米碳纤维、 纳米 TiO2、 纳米 SiO2、 BaT。
25、iO3或纳米Al2O3中的一种或几种。 填料的加入， 使得本发明复合材料韧性得到较 大改善， 从而降低复合芯在生产、 运输及挂线施工过程中因脆性因素造成开裂及断裂几率。 0053 实施例 1 0054 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺所涉及的玻璃 纤维， 按照如下选取 ： 种类选取高强玻纤， 拉伸强度 4200MPa。 0055 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料， 按照如下配比 ： 热固 性树脂 ( 四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂 )100 份、 固化剂 ( 甲基六氢邻苯二甲酸 酐 )180 份、 促进剂 (2- 乙基 -4- 甲基咪唑 )8 份、 。
26、填料 ( 纳米 TiO2)2 份、 脱模剂 ( 硬脂酸 锌 )3 份。 0056 制备步骤如下 ： 0057 1) 开卷纱束即纤维增强材料在牵引机的拉力下， 经 100 200干燥预处理 1-2 分钟， 经过导向辊和集束栅板、 集纱辊后， 进入浸渍胶槽， 浸透树脂材料的胶液不少于 0.5min ； 0058 其中浸渍胶槽温度定为 40 80 ； 0059 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 ； 0060 其中预成型模内的温度为 50 120 ； 0061 3) 固化成型 ： 0062 复合材料的树脂胶液在前段固化模具。
27、内逐步升温， 经粘流态、 凝胶态、 玻璃态后成 说 明 书 CN 102977552 A 7 5/6 页 8 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 ； 0063 其中前段固化模具第一加热区间温度为 120-230 ； 第二加热区间温度为 130 230 ； 第三加热区间温度为 140 230 ； 0064 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 ； 0065 其中牵引速度不低于 0.3m/min ； 0066 4) 由收线 其中各步骤的参数选取如下 ： 0068 干燥温度为 100， 干燥时间为 。
28、2 分钟 ； 浸渍胶槽的温度恒定为 50， 浸透时间为 10 分钟 ； 0069 经树脂浸润的碳纤维在模具前段预成型模内的温度为 90 ； 0070 固化成型过程， 前段固化模具， 对应的第一加热区间为 180 ； 第二加热区间为 190 ； 第三加热区间为 180 ； 0071 后固化成型， 采用三段连续加热方式， 加热区间的温度均为 210 ； 0072 其中， 牵引速度设为 0.5m/min。 0073 按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺得到的样品经检测， 复合材料成本降低30， 卷绕性能为35D、 2圈、 不开裂复合芯韧性提高35， 玻璃化转变温 度为 192， 拉伸。
29、强度 2100MPa。 0074 实施例 2 0075 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料， 按照如下选取 ： 种类选 取高强玻纤， 拉伸强度拉伸强度 4500MPa。 0076 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料的树脂配方， 按照如下配 比 ： 树脂 (1， 4- 丁二醇二缩水甘油醚环氧树脂 )100 份、 固化剂 ( 邻苯二甲酸酐 )50 份、 促进 剂 (N， N- 二甲基苄胺 )1 份、 填料 ( 纳米 SiO2)1 份、 脱模剂 ( 硬脂酸 )1 份。 0077 复合材料的制备步骤同实施例 1， 具体参数如下 ： 0078 干燥温度为200， 干燥时间为1。
30、分钟 ； 胶槽的温度恒定为40， 浸透时间为20分 钟 ； 0079 经树脂浸润的碳纤维在模具前段预热区的温度为 50。 0080 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺对应的前段固 化模具， 对应的第一加热区间为 120 ； 第二加热区间为 130 ； 第三加热区间为 230 ； 0081 后固化成型， 采用三段连续加热方式， 加热区间的温度均为 220 ； 0082 牵引速度设为 0.6m/min。 0083 按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺制备得到的样品经 检测， 复合材料成本降低 32， 卷绕性能为 30D、 2 圈、 不开裂复合芯韧性提高 45，。
31、 玻璃化 转变温度为 198， 拉伸强度 2100MPa。 0084 实施例 3 0085 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺所涉及的玻璃 纤维， 按照如下选取 ： 种类选取高强玻纤， 拉伸强度 4100MPa。 0086 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料， 按照如下配比 ： 树脂 说 明 书 CN 102977552 A 8 6/6 页 9 ( 三聚氰胺环氧树脂 )100 份、 固化剂 ( 六氢邻苯二甲酸酐 )200 份、 促进剂 (2- 乙基 -4- 甲 基咪唑 )20 份、 填料 (BaTiO3)10 份、 脱模剂 ( 聚二甲基硅氧烷 )20 份。 。
32、0087 复合材料的制备步骤同实施例 1， 具体参数如下 ： 0088 干燥温度为 200， 干燥时间为 1 分钟 ； 胶槽的温度恒定为 80， 浸透时间为 5 分 钟 ； 经树脂浸润的碳纤维在模具前段预热区的温度为 120。 0089 本发明所述的电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺对应的前段固 化模具， 对应的第一加热区间为 230 ； 第二加热区间为 230 ； 第三加热区间为 140 ； 牵 引速度设为 0.55m/min。 0090 按照上述电网输电线路用纤维增强树脂基复合材料制备工艺制备得到的样品经 检测， 复合材料成本降低 31， 卷绕性能为 38D、 2 圈、 不开裂复合芯韧性提高 42， 玻璃化 转变温度为 196， 拉伸强度 2100MPa。 0091 此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。 对本领域的技术人员来 说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。 示例性的实施例仅仅 是例证性的， 而不是对本发明的范围的限制， 本发明的范围由所附的权利要求定义。 说 明 书 CN 102977552 A 9 1/1 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102977552 A 10 。
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