一种用于增强电缆的复合材料芯及电缆制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于增强电缆的复合材料芯，包括内层、柔韧层，所述内层由纤维与热固性树脂材料复合而成，所述柔韧层包括膨体纱和热固性树脂，所述膨体纱与热固性树脂复合形成所述柔韧层；所述柔韧层包含富树脂层，所述柔韧层的热固性树脂沿截面径向方向逐渐增多，由此形成所述富树脂层；所述内层与柔韧层采用同一热固性树脂材料，一体成形。柔韧层可以增加复合材料芯的柔性，有效防止复合芯弯曲时纤维的断裂，并保护内层不受日晒雨淋和磨损的影响。富树脂层提高复合芯的耐磨性能，在架设电缆时有效保护增强纤维不磨损。延长使用寿命，进一步增加复合芯的绝缘程度。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于增强电缆的复合材料芯。另外，本技术还涉及使用 该复合材料芯的电缆。
技术介绍
目前，在远距离电缆架设及传输方面，电缆的承重部件多采用钢芯。而采用钢芯作 为承重部件存在诸多缺点和不足。如易受热膨胀致使电缆下垂，钢芯自身柔性差，且重量 较大，导致输电塔和电线杆的结构需要相应加强。为了解决钢芯作为承重部件存在的诸多问题，现有技术中提出了复合材料芯的方 案。采用玻璃纤维、碳纤维和树脂材料进行复合而成。不仅重量相比钢芯大大减轻，且具有 极低的膨胀系数，在电缆温度升高时基本不增加电缆的下垂。拉伸强度较钢芯有显著提高。 目前已开始使用。但其仍存在问题，由于采用玻璃纤维、碳纤维、树脂材料进行复合，结构为 内芯和外芯，有的结构还分为内芯、中间层和外芯。当复合芯在生产、运输、施工时会发生弯 曲，弯曲时复合芯外层纤维受拉，纤维产生应变，并随复合芯截面增大外层纤维会产生更大 的应力和应变，当纤维应变大于纤维断裂延伸率时，纤维发生断裂。如国家知识产权局于2008年12月17日公布的、专利申请号为200710110870. 4、 名称为“碳纤维复合加强芯线缆”的专利技术专利申请公布文本中，其包括内芯和外芯。内芯包 含碳纤维和环氧树脂，外芯包含玻璃纤维和环氧树脂。相对于传统钢芯材料，本专利技术强度 高、使用范围广、加工容易。在该专利申请的方案中，加强芯分为内芯和外芯，内芯的复合材 料中采用碳纤维，外芯的复合材料中采用玻璃纤维，当复合芯在生产、运输、施工时会发生 弯曲，弯曲时复合芯外层纤维受拉，纤维产生应变，并随复合芯截面的增大，外层纤维会产 生更大的应力和应变，当纤维应变大于纤维断裂延伸率时，纤维发生断裂。所以只能制做小 直径的复合芯。又如国家知识产权局于2009年1月14日授权公告的、专利号为03809284. 0、名 称为“铝导体复合芯增强电缆以及制造方法”的专利技术专利中，ACCC电缆具有由至少一层铝 导体围绕的复合材料芯。该复合材料芯包括内芯和外芯。在该专利申请方案中，同样存在 在复合芯弯曲时外层纤维产生应力应变和纤维断裂的问题。所以也只能制做小直径的复合 芯.对于制做直径大于IOmm的复合芯只能分段制做，之后再复合，不能一体成型，由于张力 不勻势必影响强度。同时，除了上述提到的缺点外，现有复合芯还存在一个问题是，复合芯的耐磨性和 抗老化较差。由于复合芯的外芯裸露在外，日晒雨淋以及安装铺设过程中的磨损都会造成 外芯的损坏，缩短了外芯的使用寿命。给使用带来影响。为了解决内芯、外芯的防护问题，现有复合芯在外芯外设置保护膜的方案。如国家 知识产权局于2007年1月17日公布的、专利申请号为200480038529. 7、名称为“铝导体复 合材料芯增强电缆及其制备方法”的专利技术专利申请文件中，ACCC电缆具有由外芯部膜和至 少一层铝导体围绕的复合材料芯。该复合材料芯包括一种或多种基体材料中的多根纤维，该纤维来自至少一种纤维类型。在该专利方案中，在其说明书第9页第2段提到具有保护性 涂层或膜305围绕复合材料芯303。这里保护性涂层或膜305起到保护、防磨损的性能。但 其仅为一层膜结构，易破损且耐久性较差，而且是涂敷于外芯上的，实际应用中容易脱落， 导致局部裸露，不能完全包裹的情况，影响复合芯的使用寿命。在其权利要求5记载的技术 方案中，外部膜选自 Kapton、Teflon、Tefzel、Tedlar, Mylar、Melonix、Tednex、PEN 和 PET 等材料。由于是膜结构，导致电缆在实际铺设时，保护膜极易磨损或破损，另外，保护膜在 实际应用中容易脱落，导致局部没有完全包裹的情况出现。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本技术提供一种用于增强电缆的复合材料 芯。在内芯外设有柔韧层，大大提高复合芯的柔韧性，可以制成比现有复合芯更大截面积的 复合芯。另外，柔韧层中包含的富树脂层结构，有效加强复合芯的耐磨性、耐久性，保护外芯 不受磨损、日晒雨淋的损坏，延长使用寿命。另外，本技术还提供应用该复合材料芯的电缆。本技术提供的一种用于增强电缆的复合材料芯采用的主要技术方案为一种 用于增强电缆的复合材料芯，包括内层、柔韧层，所述内层由纤维与热固性树脂材料复合而 成，所述柔韧层包括膨体纱和热固性树脂，所述膨体纱与热固性树脂复合形成所述柔韧层； 所述柔韧层包含富树脂层，所述柔韧层的热固性树脂沿截面径向方向逐渐增多，由此形成 所述富树脂层；所述内层与柔韧层采用同一热固性树脂材料，一体成形。本技术提供的一种用于增强电缆的复合材料芯还采用如下附属技术方案所 述富树脂层位于柔韧层的外表面，所述富树脂层包含高分子材料毡，所述高分子材料毡包 覆在膨体纱外面；所述内层中的纤维选自碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、玻璃纤维中的一种或它 们的混合物；所述玻璃纤维其拉伸强度小于3500MPa、弹性模量在40GPa IOOGPa之间，所述玄 武岩纤维其拉伸强度在2500 5000MPa、弹性模量在70GPa 200GPa之间，所述芳纶纤维 其拉伸强度在2000 4000MPa、弹性模量在50GPa 200GPa之间，所述碳纤维其拉伸强度 在3000MPa 7000MPa之间、弹性模量在150GPa 300GPa之间；所述热固性树脂包括环氧树脂；所述柔韧层的截面厚度为0.3mm 2. 5mm;所述富树脂层的截面厚度为0. 05mm 0. 2mm ；所述内层中所含的所述纤维占所述内层总重量的50% 90%，所述柔韧层中所 含的所述膨体纱占所述柔韧层总重量的5% 60% ；所述富树脂层中所含的热固性树脂材 料占所述富树脂层总重量的80% 100% ；所述柔韧层还包括玻璃纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维，所述玻璃纤维或玄武岩纤 维或芳纶纤维与膨体纱和热固性树脂复合形成所述柔韧层。本技术提供的应用复合材料芯的电缆采用的主要技术方案为复合材料芯包 括一种用于增强电缆的复合材料芯，包括内层、柔韧层，所述内层由纤维与热固性树脂材料 复合而成，所述柔韧层包括膨体纱和热固性树脂，所述膨体纱与热固性树脂复合形成所述柔韧层；所述柔韧层包含富树脂层，所述柔韧层的热固性树脂沿截面径向方向逐渐增多，由 此形成所述富树脂层；所述内层与柔韧层采用同一热固性树脂材料，一体成形，所述柔韧层 的外表面至少绞绕有一层软铝线。采用本技术提供的复合材料芯带来的有益效果为(1)本技术提供的复 合材料芯分为内层和柔韧层，柔韧层又含有富树脂层。内层主要贡献复合芯的拉伸强度；柔 韧层主要增加复合芯的柔韧性，并使复合芯绝缘；柔韧层中的富树脂层则起着表面耐磨、耐 雨水冲刷和增加抗老化的作用。柔韧层主要由膨体纱和热固性树脂复合而成，膨体纱在柔 韧层中有些呈蓬松弯曲状态，有些分段呈弯曲状态，由于这些纱的弯曲完全能抵消复合芯 在弯曲时外层纱产生的应变，从而使复合芯能较易弯曲，即使在复合芯的截面较大时也能 满足弯曲半径的要求，而不会因弯曲较大，应力、应变增加而导致复合芯的断裂。(2)柔韧 层中外表面形成的富树脂层因有较高的树脂含量更进一步提高复合芯的耐磨性能，在输电 电缆制作和施工时有效的保护增强纤维不磨损，即使表面磨损也不会损坏受力纤维。(3)柔 韧层具有较高的树脂含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于增强电缆的复合材料芯，包括内层（１）、柔韧层（２），其特征在于：所述柔韧层（２）包含富树脂层（２１），所述柔韧层（２）的热固性树脂沿截面径向方向逐渐增多，由此形成所述富树脂层（２１）；所述内层（１）与柔韧层（２）采用同一热固性树脂材料，一体成形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯毅，
申请(专利权)人：江苏嘉泰科技材料股份公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]