一种纤维增强树脂基复合材料芯及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料芯及其制备放大，具体讲涉及一种纤维增强树脂基复合材料芯及其制造方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维是由一种碳元素组成的特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺加工制成的。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且碳纤维比重小。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，正逐步征服和取代传统材料。碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的，碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能，从而为其在电线电缆行业中的应用提供了可能和必然。
[0003]碳纤维复合导线是目前全世界电力输变电系统理想的取代传统的钢芯铝铰导线、铝包钢导线、铝合金导线及殷钢导线的新产品。
[0004]与传统导线相比，碳纤维复合导线具有重量轻、抗拉强度大、低线损、弛度小、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，实现了电力传输的节能、环保与安全。由于碳纤维复合导线倍容量运行，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。
[0005]20世纪90年代，日本学者采用碳纤维和热固性树脂构成的复合材料芯线代替钢芯，先后开发了碳纤维芯铝绞线和耐热碳纤维芯铝合金绞线。
[0006]2003年美国CTC公司推出了型号为ACCC的复合材料芯导线，芯线是以聚酰胺耐火处理、碳化而成的碳纤维为中性层，以玻璃纤维及高强度、高韧性配方的环氧树脂包覆制成的单根芯棒。
[0007]目前，输电线路用复合芯一般采用碳纤维/玻璃纤维增强树脂基体制成，由碳纤维为中心层，碳纤维层外部为玻璃纤维层，玻璃纤维外包浸渍高温度模量树脂固化制成的单根芯棒或多根绞合复合芯棒。这种结构形式的复合芯在生产或使用过程中，多存在以下问题:①由于制造工艺不当或偶然因素的影响，复合芯在制造的过程中会出现玻璃纤维层厚薄不均一，局部甚至会出现漏碳纤维的现象；②由于玻璃纤维与碳纤维热膨胀系数和弹性模量存在较大差异，导线在使用的过程中会出现碳纤维层和玻璃纤维层间分离；③碳纤维弹性模量较高，导致该类型复合芯韧性较差，在生产、运输及挂线施工过程中易因脆性因素造成断裂或开裂。复合芯的内层采用碳纤维作为增强材料，制品成本较高，制约着该复合芯导线的推广应用。
[0008]针对上述存在的问题，本发明人2012年提出了申请号为201210397257.6，名称为“一种纤维增强树脂基复合材料及其制备方法”的发明专利申请。该发明提供的纤维增强树脂基复合材料利用高强玻璃纤维的较高的力学性能及其与树脂体系的良好匹配性，使用发明提供的纤维增强树脂基复合材料制备的用于输电线路导线的复合芯，抗拉强度可达2100MPa，具有高韧性、高玻璃化转变温度、成本低等特点。按照GB/T 29234-2012的规定，该复合芯只能满足抗拉强度I的要求。但存在以下不足:刚性不够大、硬度不够高高、耐温性不足、韧性不够好、制品尺寸稳定性较差；仍有分层现象发生。
【发明内容】
[0009]为克服现有技术存在的上述缺陷，保证高韧性、低成本，且进一步提高材料的抗拉强度，本发明提供了一种纤维增强树脂基复合材料及其基于其制备的导线复合芯，该导线复合芯可以用作输电导线的导电芯且其外部绝缘性能良好，且其抗拉强度可达2400MPa以上。
[0010]为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为:
[0011]一种纤维增强树脂基复合材料芯用纤维增强树脂基复合材料，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30-80%，纤维增强材料为20-70% ;
[0012]纤维增强材料包括按体积分数计50-99 %的拉伸强度多3500MPa的高强玻璃纤维和按体积分数计1-50%的拉伸强度多4900MPa的高强碳纤维，高强玻璃纤维和高强碳纤维均匀混合；
[0013]树脂材料包括如下质量份组分:热固性树脂100份、固化剂70-230份、促进剂1-25份、脱模剂1-25份、填料1-10份。
[0014]进一步的，按体积分数计，树脂材料为30-60%，纤维增强材料为40-70%。
[0015]进一步的，纤维增强材料包括按体积分数计55-80%的拉伸强度彡3500MPa的高强玻璃纤维和按体积分数计20-45%的拉伸强度多4900MPa的高强碳纤维。
[0016]进一步的，纤维增强材料还包括从玄武岩纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、PBI纤维、陶瓷纤维、聚酰胺纤维、酚醛纤维或PTO纤维中选出的一种或多种。
[0017]进一步的，高强玻璃纤维和高强碳纤维的平行设置，高强玻璃纤维和高强碳纤维均匀混合。
[0018]进一步的，树脂材料包括如下质量份组分:热固性树脂100份、固化剂120-180份、促进剂2-8份、脱模剂2-8份(、填料3-7份。
[0019]进一步的，热固性树脂为从环氧树脂、丁二烯树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、不饱和聚酯树脂、硅醚树脂、氨基树脂、呋喃树脂或醇酸树脂中选出的一种或多种。
[0020]进一步的，热固性树脂为从环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中选出的一种或多种。
[0021]进一步的，环氧树脂为从双酚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、I，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、海音环氧树脂、溴化环氧树脂或磷化环氧树脂中选出的一种或多种；聚酰亚胺为从双马来酰亚胺树脂、PMR型聚酰亚胺树脂、均苯酐型聚酰亚胺、醚酐型聚酰亚胺、酮酐型聚酰亚胺或氟酐型聚酰亚胺中选出的一种或多种；酚醛树脂为从线型酚醛树脂、热固性酚醛树脂、油溶性酚醛树脂或水溶性酚醛树脂中选出的一种或多种；不饱和聚酯树脂为从邻苯型、间苯型、对苯型、双酚A型或乙烯基酯型不饱和聚醋中选出的一种或多种。
[0022]进一步的，热固性树脂为从双酚A型环氧树脂、芳香族聚醚缩水甘油醚环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、乙烯基酯型不饱和聚酯中选出的一种或多种。
[0023]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，
[0024]进一步的，固化剂为从酸酐类、酚醛类、脂肪族多胺类、脂环族多胺类、芳香族多胺类、改性脂肪胺类、有机酸或三氟化硼及其络合物选出的一种或多种。
[0025]进一步的，固化剂为从邻苯二甲酸酐、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、甲基环已烯四酸二酐、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、间苯二甲胺、二乙胺基丙胺、三甲基六亚甲基二胺或二丙烯三胺中选出的一种或多种。
[0026]快速固化，提高拉挤速度。
[0027]进一步的，促进剂为从脂肪胺类、酸酐类、聚醚胺类、苯酚类或咪唑类中选出的一种或多种。
[0028]进一步的，促进剂为从DMP-30、EP-184、三乙醇胺、BDMA, CT_152x、DBU、EP-184、399、K-61B、CT-152X、氯化亚锡、三氯化铁、对氯代苯甲酸、促进剂M、环烷酸钴、异辛酸钴、
异辛酸锌、N，N- 二甲基苯胺、N，N- 二乙基苯胺、磷酸钒、吡啶、叔铵盐、N-2