CN102490377A

CN102490377A - 基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备

Info

Publication number: CN102490377A
Application number: CN2011103917911A
Authority: CN
Inventors: 谷首先
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明涉及一种基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备。传统的架空导线芯棒生产采用开放式胶槽，易影响胶液质量，如出现回流和循环流使胶液操作期变短、胶液黏度变大，并影响芯棒性能。本发明由纱架、除湿箱、封闭式浸胶装置、RTM精密连续注胶机、固化模具、后固化箱、牵引机、收卷机及控制系统组成；RTM精密连续注胶机配置有两个胶料桶、环氧树脂计量泵、固化剂计量泵、静态混合器、流量压力控制器。本发明生产的芯棒性能全程一致，胶液是高温高压注入封闭式浸胶装置中，浸胶过程实时都是新鲜胶液；不需要人工混胶；不损伤纤维，减少胶液中杂质含量；拉挤速度高，提高了生产效率。

Description

基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备

技术领域

本发明属于复合材料芯导线生产技术领域，具体涉及一种基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备。

背景技术

复合材料芯导线被称之为ACCC/TW（Aluminum Conductor Composite Core / Trapezoidal Wire），是由碳纤维、玻璃纤维（或其他纤维如玄武岩、Kevlar等）以及高性能环氧树脂基体构成，与传统导线相比强度高、线损低、弧垂小、耐高温、截流量大、质量轻、耐腐蚀等优点，使用这种导线替代老线路可以在不改变线路走廊用地和塔架等条件下扩容50%~100%，同时，消除了传统导线由于钢芯带来的线路6%的磁电热效应损耗。目前，中国和美国的相关企业生产ACCC/TW导线复合材料芯棒，依然是由传统的开放式胶槽生产工艺生产。从目前生产情况来看，传统工艺生产ACCC/TW导线复合材料芯棒存在两大问题：

1、固化基体收缩率低带来的问题

环氧树脂固化基体收缩率为1%-2%，不饱和聚酯树脂为7%-8%，相对而言前者拉挤固化时模具内部压强要大大高于后者，因此，给环氧树脂拉挤带来两个麻烦：

1）模具内压对固化物表面影响

由于环氧树脂拉挤固化工艺模具内部压力大，造成环氧树脂凝胶固化区与模具内表面的摩擦力加大，这就要求凝胶状态转变至固化状态的环氧树脂基体具有足够的抗剪切能力，否则，在模具的这一区域环氧树脂固化物容易脱皮起粉末，严重时会造成堵模。

2）模具内压对模具镀层影响

原理同上，由于摩擦力大，模具内表面镀层容易磨损、脱落。现有镀硬铬模具对环氧树脂芯棒的拉挤生产不是很理想，镀铬层非常容易脱落。

2、开放式胶槽带来的问题

传统拉挤工艺中胶槽为开放式，或者说增强纤维的浸胶是在大气环境中完成的，这种浸胶方式对环氧树脂拉挤而言有如下麻烦和问题：

1）胶槽容积

胶槽容积的大小直接影响着胶液质量和操作期，从效果来讲胶槽

容积越小越有利于胶液的质量，但会增加添加胶液的次数，加大操作工人劳动量和出错的机率；如果胶槽过大会导致胶液粘度随着时间而加大，从而影响纤维的浸胶质量乃至芯棒的性能，同时也会造成模具内的树脂凝胶点前移，严重时会堵模。

2）胶液回流

开放式胶槽产生回流是不可避免的现象。浸了胶的纤维进入模具内势必被挤压出一部分胶液返回胶槽（或浪费掉），从模具口返回到胶槽的那部分胶液由于已被热模具加热，其温度比胶槽内的胶液温度要高，如此循环往复，胶槽内的胶总体上温度会升高些，这也导致胶液的操作期缩短，胶液黏度加大，影响浸胶质量，进而影响芯棒的性能。

3）纤维杂质

架空导线复合材料芯棒的增强纤维有碳纤维和玻璃纤维，碳纤维

在中心主要起承担载荷的目的，玻璃纤维在表层主要起绝缘作用，结构参见图-2。在浸胶过程中，碳纤维和玻璃纤维在各自的胶槽内和回流胶中存有少许含量的纤维杂质，在处理回流时或将纤维杂质滤掉二次使用回流胶液，或将两种回流胶液直接用于碳纤胶槽（这样不影响绝缘性能），回流的再次使用更加严重地影响胶液的质量和操作期。产生纤维杂质的主要原因是胶槽内的排纱器和旋转压胶辊，再好的纤维也会有少许毛絮，这些毛絮绝大部分被胶液粘在旋转压滚上越积越多，给操作人员带来麻烦，不小心也会酿成断纱停机的事故。

4）影响Tg

架空导线复合材料芯棒的一个核心指标是耐热性能，既玻璃化转变温度（Tg）的高低。而开放式胶槽恰恰严重影响芯棒的Tg，具体表现是芯棒随生产时间在变化，每一锅（胶槽）新胶其Tg都是前高后低，有时低到不可接受程度。这种现象的发生主要是胶液的质量随时间变差，如回流胶二次利用影响Tg更加严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用PIRP（Presice Injection Resin Pultrusion，精密浸胶拉挤）或RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递模成型）注胶机进行精密注胶、以克服传统工艺中开放式胶槽所引起的技术问题的基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备，依次设置有纱架、浸胶装置、固化模具、牵引机和收卷机，其特征在于：

所述的浸胶装置为封闭式浸胶装置，封闭式浸胶装置上有注胶嘴与RTM精密连续注胶机相连。

所述的纱架与封闭式浸胶装置之间设置有除湿箱。

所述的固化模具和牵引机之间设置有后固化箱。

所述的RTM精密连续注胶机中配置有两个胶料桶、环氧树脂计量泵、固化剂计量泵、静态混合器、流量压力控制器。

本发明具有以下优点：

PIRP精密连续注胶拉挤工艺与传统开放式胶槽拉挤工艺相比，从结构特征上看，最大的特点是没有胶槽。由于去掉了胶槽，给架空导线环氧树脂基拉挤芯棒的生产带来许多好处，并解决掉前面提到的诸多问题。具体优点如下：

（1）芯棒性能全程一致

由于浸胶过程实时都是新鲜胶液，不存在操作期的问题。因此，芯棒的性能从生产开始到结束如1m-5000m长度范围内，其力学性能如抗拉强度、绕曲率等关键参数、耐热性能Tg等均保持一致，不会随时间变化而性能起伏。

（2）不需要人工混胶

传统工艺中需要人工混胶、向胶槽倒胶、清洗胶槽等诸多环节，给操作人员带来不便，而且容易出错。采用PIRP（或RTM）精密注胶则不需要混胶、倒胶这两个环节，将环氧树脂AB两个组份胶液罐分别灌满即可，通过各自的泵按设计流量比例泵入静态混合器，再注入封闭式浸胶装置中。注胶系统包括封闭式浸胶装置的清洗有专门自动清洗系统完成，人工参与清洗工作量较小。清洗方式有专用清洗液和气体吹除两种并用。

（3）不伤纱

由于没有排纱器和压胶辊，纤维束不会受到损伤，同时也大大降低了胶液内的纤维杂质含量。

（4）浸胶效果好

由于胶液是高温高压注入封闭式浸胶装置中，浸润效果远好于开放式胶槽常压浸胶，保障了芯棒的内部质量。

（5）提高拉挤速度

由于胶液是高温高压注入封闭式浸胶装置中，这将有利于胶液在固化模具内的快速凝胶和固化。将模具设计成1500mm时，可以实现拉挤速度1000mm-1500mm/min。

附图说明

图1为复合材料芯导线的横截面结构图。

图2为复合材料芯棒的横截面结构图。

图3为本发明生产设备构成图。

图4为本发明的生产方法流程图。

图5为碳纤维和玻璃纤维的浸润过程图。

图6为碳纤维和玻璃布带的浸润过程图。

图中，1-梯形铝线，2-复合材料芯棒，3-玻璃纤维，4-碳纤维，5-纱架，6-除湿箱，7-封闭式浸胶装置，8-RTM精密连续注胶机，9-固化模具，10-后固化箱，11-操作监控面板，12-牵引机，13-收卷机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

复合材料芯导线（ACCC/TW）的横截面结构图如图1和2所示，其传统生产工艺所涉及的生产设备有纱架、集纱器、除湿箱、开放式胶槽、预成形模具、固化模具、后固化箱、牵引机、收卷机、以及监控系统，除湿箱为可选设备，其中的浸胶步骤是由开放式胶槽完成的。

本发明“取掉传统开放式胶槽，采用密闭注胶浸胶”，设备构成为：纱架、集纱器、除湿箱、封闭式浸胶装置、RTM精密连续注胶机、固化模具、牵引机、收卷机、以及监控系统，除湿箱、后固化箱为可选设备。

（1）纱架：

碳纤维原丝纱盘被有序安装在纱架上，玻璃纤维放置在碳纤维纱架两侧的托架上，纱盘运动形式为被动形式，在牵引机的拖动下碳纤维转动放纱，玻璃纤维为内抽纱。纱架和托架上设有张力调解机构，在放纱过程中令碳纤维和玻璃纤维处在不同的恒张力状态，有利于芯棒拉伸力学性能充分发挥，同时纤维在绷紧状态下有利于空间排序和定位。根据目前架空导线复合材料芯棒的规格，碳纤维纱架最多挂直径75mm的纱轴100个，玻璃纤维最多放置重20kg左右80团，可以满足多规格使用。

（2）除湿箱：

除湿箱外围轮廓尺寸为长1500mm、宽600mm、高600mm。恒温范围可在RT~200℃任意设定。集纱器与除湿箱设计于一体，位置处在除湿箱出入口，集纱器材料为聚四氟乙烯板制成。板的尺寸为400mm*400mm，在300mm*300mm见方内均匀布置180个直径3mm孔。

（3）封闭式浸胶装置：

封闭式浸胶装置内设有碳纤维浸胶通道、玻璃纤维浸胶通道、以及预成型模具，封闭式浸胶装置与固化模具密封连接，构成一个完整的密封系统。封闭式浸胶装置的结构尺寸不随芯棒规格变化，预成型模具与芯棒规格一一对应。封闭式浸胶装置外部设有保温层，以便注入进来的胶液保持设计温度，封闭式浸胶装置的设计温度为40-100℃。

（4）RTM精密连续注胶机：

封闭式浸胶装置与RTM精密连续注胶机有机组合构成本发明专利的技术核心，也是PIRP注胶拉挤工艺设备的精髓。RTM精密连续注胶机工作时，将环氧树脂A和固化剂B两组份分别置于两个胶料桶中，分别由环氧树脂计量泵A泵和固化剂计量泵B泵，按照设计按比例泵到静态混合器中，然后进入封闭式浸胶装置。注胶机设置有流量压力控制器，具有胶液加热和压力自动控功能，增加胶液浸润效果。环氧树脂A和固化剂B的两个胶桶配有液位报警，提醒操作人员及时填加A、B组份。

（5）固化模具：

由于环氧树脂拉挤固化工艺模具内部压力大，造成环氧树脂凝胶固化区与模具内表面的摩擦力加大，模具内表面镀层容易磨损、脱落。从目前使用情况看，传统模具对环氧树脂芯棒的拉挤生产不是很理想。传统拉挤模具长度在900mm左右，本发明使用非镀层模具，长度在1500mm左右，即不会发生镀层脱落，又可以提高拉拔速度，性能与速度结合点可以达到1000mm/min以上。固化模具的温度控制在160-250℃范围内。

（6）后固化箱：

芯棒从固化模具出来后，其固化度并没有达到完全固的程度，仍需进一步固化。后固化箱为组合式，单个长度为1m，为了穿线方便箱体为开合方式，通径为50mm，数量配置4台或根据实际需要另配。后固化箱的温度控制在190-250℃。

（7）牵引机：

为了提高牵引机的可靠性，本发明中采用电机驱动齿轮和蜗轮蜗杆施加压力，并提升链条规格。在压力方向设有蝶簧和力值传感器，蝶簧起到缓冲作用不至于刚性压实，力值传感器可实时显示夹持力的大小。牵引拉力数显功能为选项。

（8）收卷机：

收卷采用横张力控制、自动排线，并配有芯棒首尾自动装订机构。收线盘内径为1500mm、宽度为800mm、缠绕高度为500mm，一盘可卷绕芯棒总长度为5000m。牵引收卷为恒张力，速度控制在0.5-1.5m/min。

（9）监控系统：

监测系统主要巡检设备各功能区的测试点，如温度、压力、张力、速度等，发现异常情况时，系统自动报警提示操作人员注意并及时处理。监控系统设计成操作盘形式，安装在生产线上实时监测生产状况，测控核心部件采用单片机。

Claims

1.一种基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备，依次设置有纱架（5）、浸胶装置、固化模具（9）、牵引机（12）和收卷机（13），其特征在于：

所述的浸胶装置为封闭式浸胶装置（7），封闭式浸胶装置（7）上有注胶嘴与RTM精密连续注胶机（8）相连。

2.根据权利要求1所述的基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备，其特征在于：

所述的纱架（5）与封闭式浸胶装置（7）之间设置有除湿箱（6）。

3.根据权利要求1或2所述的基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备，其特征在于：

所述的固化模具（9）和牵引机（12）之间设置有后固化箱（10）。

4.根据权利要求3所述的基于精密连续注胶拉挤工艺的架空导线芯棒生产设备，其特征在于：

所述的RTM精密连续注胶机（8）中配置有两个胶料桶、环氧树脂计量泵、固化剂计量泵、静态混合器、流量压力控制器。