一种复合材料电线杆及其制备方法

专利名称：一种复合材料电线杆及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种电线杆及其制备方法，具体讲是涉及一种适用于沿海、山区、高寒、高温等地带，以及高压输电线杆的复合材料电线杆及其制备方法。
背景技术：
传统的架空输电线路中使用的输电线杆普遍存在着质量重、易腐烂、耐久性差等 缺陷，寿命较短，在运行过程中需要经常维护，容易出现各种安全隐患。比如混凝土杆质量 较重、运输不方便、易开裂，并且到达一定的高度后，很难再增加高度。钢杆和铁塔也存在易 腐蚀、生锈，施工、运输和维护困难等问题，对于特高压、超高压输电，因为钢杆和铁塔的自 重超过强度极限，塔高上不去。在每年的输电线路跳间事故中，雷击事故和污闪事故几乎各 占一半。大量使用复合绝缘子仍不能彻底解决雷电和污闪事故，因此所造成的国民经济的 损失无法评估。因此，采用新材料制造电线杆，解决雷击事故和污闪事故已迫在眉睫。纤维增强复合材料输电线杆具有强度高、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳和电绝缘性能好 等其它类型电线杆无法比拟的优点。采用复合材料电线杆代替传统电线杆可以有效地减轻 电线杆的重量，增强其耐腐蚀、耐疲劳性能，延长维护周期和使用寿命，减少污闪事故和雷 击事故的发生。现有的复合材料制作的电线杆，有一种采用聚醚多元醇与苯乙烯的混合物按重量 正比分别稀释芳香族聚氨酯和脂肪族聚氨酯，玻璃纤维股先浸渍芳香族聚氨酯后再浸渍脂 肪族聚氨酯，以零角度围绕固体轴缠绕，通过加热模迅速固化成型。虽然该复合材料电线杆 具有重量轻、维护要求小、绝缘性好等性能，但其成型工艺不仅成本高，并且在生产过程中 会出现缺料、不规则气孔、翘曲变形和起泡等不良缺陷。成型后的电线杆的抗张强度和抗压 强度较低，在恶劣天气时易产生断裂现象。

发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可降低复合材料 电线杆生产的成本，提高电线杆强度和刚度的复合材料电线杆，以及该电线杆的制备方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种复合材料电线杆，它包括由玻 璃纤维增强热固性树脂结构的内蒙皮与相同材质设置的外蒙皮，在外蒙皮外表面还设置有 抗老化功能表层；其特点为所述外蒙皮与内蒙皮之间设有一夹芯层；该夹芯层与外蒙皮和内蒙皮复合为一体后，经低速旋转固化成型。上述的夹芯层由颗粒状的石英砂与不饱和聚酯树脂胶液混合铺层、其中再缠绕加 砂网格布包覆后挤压成型。上述的加砂网格布的缠绕张力为15 30kg，分两次缠绕，每次缠绕厚度为4. 9 5. Imm ；所述颗粒状的石英砂和不饱和聚酯树脂胶液以7 7. 5 2. 5 3的比例混合；构 成的夹芯层厚度为9 11mm。为了实现上述目的，本发明的夹芯层还可采用蜂窝材料或泡沫材料中任一种替代。其中，所用的蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂窝、玻璃布蜂窝中任一种；所用的泡沫材料为聚氨酯泡沫或PVC泡沫中任一种。上述技术方案中所用的抗老化功能表层由抗老化添加剂和树脂配制而成，其中 抗老化添加剂占树脂总量的2% 4%;所述抗老化添加剂为紫外线吸收剂和光稳定剂的组 合剂，所述树脂为乙烯基酯树脂。本发明的另一个目的是提供一种上述复合材料电线杆的制备方法，包括由玻璃纤 维增强热固性树脂缠绕的内蒙皮步骤、与该内蒙皮相同材质缠绕的外蒙皮步骤和在外蒙皮 外表面设置有抗老化功能表层的步骤；其特点为它还包括有在所述内蒙皮外表面铺设一 经挤压成型的夹芯层再与所述外蒙皮固化成型的步骤，该步骤通过缠绕机实现；其具体操 作为1)通过外设的加砂输送带向所述内蒙皮表面上添加所述颗粒状的石英砂；2)与步骤1)的同时，通过外设的淋胶辊向所述颗粒状的石英砂表面淋上所述不 饱和聚酯树脂胶液；3)取加砂网格布，利用所述缠绕机在20 24kg的张力下，与步骤1)和步骤2)同 步，将所述颗粒状的石英砂和淋在其表面的不饱和聚酯树脂胶液包覆并缠绕在内蒙皮表面 上。4)在完成步骤3)的基础上重复步骤1)至步骤3)，构成待压的夹芯层；5)通过所述缠绕机上设置的压力辊对步骤4)待压的夹芯层同步进行挤压，所述 压力辊经过加压将所述夹芯层压平、挤紧；再重复步骤4)；待压的夹芯层压至厚度为9 Ilmm即得到所述的夹芯层；6)在步骤5)得到的所述夹芯层外表面缠绕所述外蒙皮；然后，经低速旋转固化成 型；其中，低速旋转固化的旋转速度为10 20r/min ；所述固化温度为70 90°C，固化时间 为2 4小时。上述步骤5)中所用的压力辊，其压力值为40 60kg。为了实现上述目的，本发明另一技术方案，提供了一种用蜂窝材料替代夹芯层固 化而成的复合材料电线杆的制备方法，其具体操作为1)取所述蜂窝材料，将其卷成圆筒状，用粘接胶粘在所述内蒙皮表面上；2)在步骤1)所述的蜂窝材料外表面缠绕所述外蒙皮；其中所用的蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂窝、玻璃布蜂窝中任一种；所述粘接胶为环氧 结构胶；所述夹芯层的厚度为9 11mm。为了实现上述目的，本发明第三个技术方案，提供了一种用发泡材料替代夹芯层 固化而成的复合材料电线杆的制备方法，其具体操作为1)在所述内蒙皮外表面包覆一筒状模具，取所述泡沫材料，通过外设的发泡机将 所述泡沫材料注射至所述筒状模具与所述内蒙皮之间的空隙中，常温下成型；2)在步骤1)成型的所述泡沫材料外表面缠绕所述外蒙皮；其中所用的泡沫材料为聚氨酯泡沫和PVC泡沫材料中任一种；所述夹芯层的厚度 为9 Ilmm0由于采用了以上的技术方案，本发明的有益效果如下1)本发明的复合材料电线杆，通过在内蒙皮与外蒙皮之间夹设夹芯层的方法成型，其具有耐腐蚀、力学性能好等特 点，易于批量化生产的，可降低生产成本。2)该复合材料电线杆中的内蒙皮、外蒙皮为连续 纤维缠绕复合材料，起密封及部分承载作用；夹芯层采用加砂网格布、颗粒状的石英砂与树 脂胶液混合后，在内蒙皮外表面挤压成层状，再铺上外蒙皮与抗老化功能层后，有效提高了 该复合材料电线杆的刚度及抵抗变形的性能；3)采用纤维缠绕夹砂工艺制备的复合材料 电线杆，能够有效的解决现有的电线杆质量重、绝缘性差、刚度低的缺点，通过该结构可以 减少走廊宽度，减少线路所占土地，节约成本；4)利用本发明的方法制备而成的复合材料 电线杆，能够有效解决现有复合材料电线杆挠度大等问题，使电线杆的变形量减少，应用于 实际线路上能够提高安全裕度、降低维护维修成本。5)本发明的夹芯层还可用蜂窝材料或 泡沫材料替代，灵活性强，可根据外界环境、气候的不同要求以及所处地理方位等条件的限 制选择性进行制备，其适用性强，易于推广实施。
具体实施例方式本发明的复合材料电线杆由浸以不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂等树脂基体胶液 成型的内蒙皮与外蒙皮；在内蒙皮与外蒙皮之间加设由石英砂与树脂混合挤压而成的夹芯 层通过低速旋转固化装置固化组装而成。其中，内蒙皮与外蒙皮均以玻璃纤维增强热固性 树脂缠绕成型；夹芯层采用纤维缠绕玻璃钢夹石英砂与树脂胶液复合而成；该复合材料电 线杆的总长度22. 4米，由长度各为11. 2米的上、下两段，其上部为顶杆，下部为底杆，顶杆 与底杆之间通过法兰固定连为一体。内蒙皮与外蒙皮均采用常规的铺设方法成型；夹芯层采用加砂工艺成型；具体步 骤为1)先将预设置的电线杆模具吊装于所用的缠绕设备两侧的支撑架之间；紧固后 空试，要求在设备运转时该模具和缠绕设备之间没有相对位移；2)从模具的一端头开始，用塑料薄膜缠绕到模具的另一端头，在模具表面形成均 勻地一层薄膜；薄膜的缠绕方向应与夹芯层铺设增强材料的缠绕方向一致；薄膜的搭接宽 度应在15 25mm ；3)内蒙皮成型；树脂体系选用常温固化的乙烯基酯树脂胶液；该乙烯基酯树脂胶液由乙烯基酯树 脂90 100份，固化剂1 3份，促进剂0. 2 1. 5份混合而成；然后将其乙烯基酯树脂胶 液放入预置的浸胶槽内备用；增强材料可选择无碱玻璃纤维无捻粗纱、无碱玻璃纤维单向布、无碱玻璃纤维双 轴布等材料；其中，无碱玻璃纤维无捻粗纱铺设范围为2 6层、无碱玻璃纤维单向布铺设 范围为4 8层、无碱玻璃纤维双轴布铺设范围为2 4层；还可选用无碱玻璃纤维细纱或 无碱玻璃纤维带；上述的各种增强材料顺序经乙烯基酯树脂胶液浸透后一层层顺其薄膜方向缠绕 在预设置的电线杆模具上；形成厚度为3 5mm的内蒙皮，自然固化后成型。在内蒙皮成型的过程中，要注意控制所用的增强材 料的浸渍速度和浸胶槽内树脂 的含量。4)夹芯层成型；
夹芯层选用加砂网格布包覆，由不饱和聚酯树脂胶液与颗粒状的石英砂混合；其中颗粒状的石英砂和不饱和聚酯树脂胶液以7 7. 5 2. 5 3的比例混合。具体操作为取不饱和聚酯树脂25 30份，固化剂1 3份，促进剂0. 2 1. 5 份混合成为不饱和聚酯树脂胶液；取石英砂70 75份。在内蒙皮表面上缠绕夹芯层的具体操作为与所用的缠绕设备配套设置的加砂输 送带和淋胶带；先用加砂输送带输送颗粒状的石英砂在内蒙皮表面上，同时通过淋胶带将 不饱和聚酯树脂胶液淋撒在颗粒状的石英砂上，同时随着缠绕小车的移动将加砂网格布以 一定的张力将石英砂与树脂混合料包住；加砂网格布的铺设张力为20 24kg ；缠绕设备上 的压力辊随加砂输送带同步进行挤压，通过压力为40 60kg的压力辊对夹芯层施加压力， 将不饱和聚酯树脂胶液与颗粒状的石英砂压平，挤紧。当挤压后的颗粒状的石英砂与不饱和聚酯树脂胶液输送到缠绕设备的尾部时，先 停止加砂输送带，后断加砂网格布，此时，加砂网格布随缠绕小车返回，安装在缠绕小车中 部，加砂网格布下面的压力辊也随缠绕小车再次挤压颗粒状的石英砂与不饱和聚酯树脂胶 液层；重复下一层，直至加入上述的石英砂与树脂胶液层达到设计厚度为止，每次缠绕夹砂 层厚度为4 6mm，成型后的夹芯层的总厚度为9 11mm。在上述的夹芯层成型步骤中，要保证在刮胶时，压力辊对胶砂带的压力应控制在 如前所述的40 60kg，以使加砂网格布不破裂，不能出现漏胶、漏砂和缺胶等现象；本实施 方式中的加砂网格布选用河北可耐特集团生产的加砂网格布。5)外蒙皮成型树脂体系选用常温固化的乙烯基酯树脂胶液；该乙烯基酯树脂胶液由乙烯基酯树 脂90 100份，固化剂1 3份，促进剂0. 2 1. 5份，防老化剂1 3份，色浆0. 2 1 份混合而成；然后将其乙烯基酯树脂胶液放入预置的浸胶槽内备用；增强材料可选择无碱玻璃纤维无捻粗纱、无碱玻璃纤维单向布、无碱玻璃纤维双 轴布等材料；其中，无碱玻璃纤维无捻粗纱铺设范围为4 8层、无碱玻璃纤维单向布铺设 范围为6 12层、无碱玻璃纤维双轴布铺设范围为4 6层；还可选用无碱玻璃纤维细纱 或无碱玻璃纤维带；上述的各种增强材料顺序经乙烯基酯树脂胶液浸透后顺其夹芯层表面缠绕其上； 形成厚度为6 IOmm的外蒙皮。6)固化成型；缠绕工序完成后，连同管芯模具一起吊运到具有加热系统的固化设备，本发明所 用的固化设备选用河北可耐特集团生产的固化炉；为了避免固化过程中出现流胶现象，采用低速旋转状态下进行固化，低速旋转速 度选择在10 20r/min，固化温度为70 90°C，固化时间为2 4小时。7)修整加工；当复合材料电线杆固化完全后，对两端进行修整加工，保证该复合材料电线杆长 度的准确。8)脱模；将加工好的复合材料电线杆连模具一起运到脱模机处，本发明中所用的脱模机选 用河北可耐特集团生产的脱模机，采用脱模盘脱模。
具体操作为脱模时先用顶杠缓慢均勻地将芯模顶出一段，然后用电机牵引将模 芯完全退出。退出后的模芯，若仍继续使用，则将表面清理干净待用。若不用时，将模芯吊 放到垫有软垫的垫木上，用薄膜包好，防止划伤和损坏。本发明在模具使用前，通常需对该模具进行表面油污清洗，一般用丙酮擦净模具 表面的油污和其他污物；同时还需检查模具的同心度是否超过标准偏差，出现凹凸不平的 现象及时修补，打磨，抛光，使其达到平整光滑；
在内蒙皮缠绕之前，还需将该模具上涂覆脱模剂，脱模剂选用市售的有机硅脱模 剂；任何一种有机硅脱模剂都适用。所用的玻璃纤维类型可选择中碱或无碱的玻璃纤维，其线密度为2400tex或 1200tex ；为了实现本发明的目的，上述技术方案中的夹芯层还可以用蜂窝材料或泡沫材料 替代由颗粒状的石英砂和不饱和聚酯树脂胶液通过加砂网格布包覆构成的夹芯层。其中，蜂窝材料可选择铝蜂窝、纸蜂窝、玻璃布蜂窝中任一种；泡沫材料可选择 聚氨酯泡沫或PVC泡沫中任一种。实例1 采用铝蜂窝作为夹芯层；具体成型步骤为在缠绕完内蒙皮后，直接将铝蜂窝弯 成圆筒形，用粘接胶粘在内蒙皮外表面上，铝蜂窝层的厚度与由石英砂和不饱和聚酯树脂 胶液通过加砂网格布包覆的夹芯层厚度相同，均为9 Ilmm ；然后再在铝蜂窝层形成的夹 芯层上接着缠绕外蒙皮。实例2 采用聚氨酯泡沫作为夹芯层；具体成型步骤为该聚氨酯泡沫的发泡成型工艺 中，需要配备新的模具，该模具为与内蒙皮同圆心且大于内蒙皮内径的圆筒状；即在缠绕 完内蒙皮后，将该筒状模具套在内蒙皮外表面；所用的聚氨酯泡沫通过外设的发泡机将其 发泡料注射到内蒙皮和模具之间的空隙中(取代原来的夹砂层)，待聚氨酯泡沫固化成型 后，在聚氨酯泡沫层外再缠绕外蒙皮；其中，聚氨酯泡沫层的厚度与由石英砂和不饱和聚酯 树脂胶液通过加砂网格布包覆的夹芯层厚度相同，均为9 11mm。在本发明外蒙皮的外表面设置有一层能防止大气老化等作用的表面功能层；该 抗老化表面功能层由抗老化添加剂和树脂配制搅拌均勻即可使用；其中，抗老化添加剂的 加入量为树脂总量的2% 4% ；所用的抗老化添加剂为紫外线吸收剂和光稳定剂的组合 齐U。紫外线吸收剂采用由北京燕联化工有限公司生产的紫外线吸收剂UV-326和光稳定剂 B-225。不论是采用由石英砂与树脂混合而成的夹芯层，还是用蜂窝材料或泡沫材料替代 石英砂与不饱和聚酯树脂混合而成的夹芯层，本发明的效果均可使该复合材料电线杆的质 量减轻，耐腐蚀、变形量减少，力学性能提高；同时均具有易于批量化生产，可降低生产成本 的特点。
权利要求
一种复合材料电线杆，它包括由玻璃纤维增强热固性树脂结构的内蒙皮与相同材质设置的外蒙皮，在外蒙皮外表面还设置有抗老化功能表层；其特征在于所述外蒙皮与内蒙皮之间设有一夹芯层；该夹芯层与所述外蒙皮和所述内蒙皮复合为一体后，经低速旋转固化成型。
2.根据权利要求1所述的复合材料电线杆，其特征在于所述夹芯层由颗粒状的石英 砂与不饱和聚酯树脂胶液混合铺层，再缠绕加砂网格布包覆后挤压成型。
3.根据权利要求2所述的复合材料电线杆，其特征在于所述加砂网格布的缠绕张力 为15 30kg，分两次缠绕，每次缠绕厚度为4. 9 5. Imm ；所述颗粒状的石英砂和不饱和聚 酯树脂胶液以7 7. 5 2. 5 3的比例混合；构成的夹芯层厚度为9 11mm。
4.根据权利要求1所述的复合材料电线杆，其特征在于所述夹芯层为蜂窝材料或泡 沫材料中任一种。
5.根据权利要求4所述的复合材料电线杆，其特征在于所述蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂 窝、玻璃布蜂窝中任一种；所述泡沫材料为聚氨酯泡沫或PVC泡沫中任一种。
6.根据权利要求1 5任一项所述的复合材料电线杆，其特征在于所述抗老化功能 表层由抗老化添加剂和树脂配制而成，其中抗老化添加剂占树脂总量的2% 4% ；所述 抗老化添加剂为紫外线吸收剂和光稳定剂的组合剂，所述树脂为乙烯基酯树脂。
7.—种权利要求2 3任一项所述复合材料电线杆的制备方法，包括由玻璃纤维增 强热固性树脂缠绕的内蒙皮步骤、与该内蒙皮相同材质缠绕的外蒙皮步骤和在外蒙皮外表 面设置有抗老化功能表层的步骤；其特征在于它还包括有在所述内蒙皮外表面铺设一经 挤压成型的夹芯层再与所述外蒙皮固化成型的步骤，该步骤通过缠绕机实现；其具体操作 为1)通过外设的加砂输送带向所述内蒙皮表面上添加所述颗粒状的石英砂；2)与步骤1)的同时，通过外设的淋胶辊向所述颗粒状的石英砂表面淋上所述不饱和 聚酯树脂胶液；3)取加砂网格布，利用所述缠绕机在20 24kg的张力下，与步骤1)和步骤2)同步， 将所述颗粒状的石英砂和淋在其表面的不饱和聚酯树脂胶液包覆并缠绕在内蒙皮表面上。4)在完成步骤3)的基础上重复步骤1)至步骤3)，构成待压的夹芯层；5)通过所述缠绕机上设置的压力辊对步骤4)待压的夹芯层同步进行挤压，所述压力 辊经过加压将所述夹芯层压平、挤紧；再重复步骤4)；待压的夹芯层压至厚度为9 Ilmm 即得到所述的夹芯层；6)在步骤5)得到的所述夹芯层外表面缠绕所述外蒙皮；然后，经低速旋转固化成型； 其中，低速旋转固化的旋转速度为10 20r/min ；所述固化温度为70 90°C，固化时间为 2 4小时。
8.根据权利要求7所述的复合材料电线杆的制备方法，其特征在于步骤5)所述压力 辊的压力值为40 60kg。
9.一种权利要求4所述复合材料电线杆的制备方法，包括由玻璃纤维增强热固性树脂 缠绕的内蒙皮步骤、与该内蒙皮相同材质缠绕的外蒙皮步骤和在外蒙皮外表面设置有抗老 化功能表层的步骤；其特征在于它还包括在所述内蒙皮外表面设一夹芯层再与所述外蒙 皮固化成型的步骤；其具体操作为1)取所述蜂窝材料，将其卷成圆筒状，用粘接胶粘在所述内蒙皮表面上；2)在步骤1)所述的蜂窝材料外表面缠绕所述外蒙皮；其中所用的蜂窝材料为铝蜂窝、纸蜂窝、玻璃布蜂窝中任一种；所述粘接胶为环氧结构 胶；所述夹芯层的厚度为9 11mm。
10. 一种权利要求4所述复合材料电线杆的制备方法，包括由玻璃纤维增强热固性树 脂缠绕的内蒙皮步骤、与该内蒙皮相同材质缠绕的外蒙皮步骤和在外蒙皮外表面设置有抗 老化功能表层的步骤；其特征在于它还包括有在所述内蒙皮外表面设一夹芯层再与所述 外蒙皮固化成型的步骤；其具体操作为1)在所述内蒙皮外表面包覆一筒状模具，取所述泡沫材料，通过外设的发泡机将所述 泡沫材料注射至所述筒状模具与所述内蒙皮之间的空隙中，常温下成型；2)在步骤1)成型的所述泡沫材料外表面缠绕所述外蒙皮；其中所用的泡沫材料为聚氨酯泡沫和PVC泡沫材料中任一种；所述夹芯层的厚度为 9～11mm。
全文摘要
本发明涉及一种复合材料电线杆及其制备方法。适用于沿海、山区、高寒、高温等地带，以及高压输电线杆。它包括由玻璃纤维增强热固性树脂结构的内蒙皮与相同材质设置的外蒙皮，在外蒙皮外表面还设置有抗老化功能表层；其特点为在外蒙皮与内蒙皮之间设有一夹芯层；该夹芯层与外蒙皮和内蒙皮复合为一体后，经低速旋转固化成型。制备方法，包括由玻璃纤维增强热固性树脂缠绕的内蒙皮与外蒙皮的步骤等，其特点为它还包括有在所述内蒙皮外表面铺设一经挤压成型的夹芯层再与所述外蒙皮固化成型的步骤；该复合材料电线杆的质量轻，耐腐蚀、变形量少，在实际线路上应用安全裕度高、维护成本低；易于批量化生产，适用性强，益于实施。
文档编号E04H12/02GK101845913SQ201010187270
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者张雄军, 彭玉刚, 曹小平, 李济民, 贾伟, 赵爱军, 陈澍 申请人:北京玻钢院复合材料有限公司