玻璃纤维和碳纤维增强绞线的制备方法 一、技术领域
本发明属于复合材料领域，即玻璃纤维和碳纤维浸润树脂后经拉挤工艺制成FRP丝材，之后FRP丝材经特殊工艺制成FRP绞线。该绞线主要用于建筑及输电领域，取代钢绞线。
二、技术背景
FRP绞线(包括GFRP和CFRP丝材捻制成的绞线，也可以是AFRP丝材捻制成的绞线，本发明定义均同此)具有轻质高强、耐腐蚀、耐老化、隔热、抗电磁干扰等优点，引起了电力部门及建筑行业的广泛关注。将FRP绞线用于高压架空输电铝导线中的增强芯，可避免钢绞线和铝导体之间的涡流效应，增加载流量，在不更换铁塔的情况下输送更多的电能；将其用于桥梁路面、水工结构、港工结构以及其它侵蚀性或暴露性环境时，可避免钢绞线或镀锌钢绞线锈蚀而导致结构破坏。在建筑领域，FRP绞线替代钢绞线，无论从防腐性能、经济性、还是从生产的难易程度来看，都已达到或接近实用阶段，日本、美国、德国等西方先进国家已进行了示范工程，并出台了相关的标准；而在电力行业仍处于试验阶段。我国，在FRP绞线方面仍处于开发、研究阶段，所用的FRP绞线都是国外提供的样品，严重制约了FRP绞线在我国的应用，因此开发研制FRP绞线已迫在眉睫。FRP绞线是由若干根GFRP和CFRP丝材经特种工艺捻制而成。GFRP和CFRP丝材与钢丝的显著差异表现在：GFRP和CFRP丝材的弯曲半径大、剪切强度低、只产生弹性变形、不产生塑性变形等，因而不能用传统地钢绞线方法制备FRP绞线。
现有的绞线方法都是针对金属丝的，即利用金属丝在绞制过程中产生的塑性变形实现的；而FRP丝材只能发生弹性变形，不能产生塑性变形，使得绞制过程中的能量无法平衡，既不能按照传统的钢绞线方式制作FRP绞线。此外，金属丝材有很好的弯曲、扭转、缠绕性能；而FRP丝材的弯曲半径较大，因而不能完全采用金属绞线的放线及穿线方式。综上所述，采用现有的金属绞线的制作方式无法完成FRP绞线的制作。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题是：已有技术中，无法解决FRP丝材的放线、穿线问题，尤其是无法平衡绞制过程中产生的能量，这两个关键问题直接关系到FRP绞线能否成功的大问题。本发明所要解决的技术问题还包括：GFRP和CFRP丝材的抗拉强度等于或高于同等规格钢丝的抗拉强度，但它的弯曲半径比钢丝大，剪切强度比钢丝小，而且GFRP和CFRP丝材仅产生弹性变形，不产生塑性变形，无法平衡绞制过程中所产生的能量。因而不能用钢绞线的生产方式制备GFRP和CFRP绞线。
本发明的目的是：提供一种轻质、高强的GFRP和CFRP绞线，使用这种绞线代替建筑领域中的钢绞线，不仅能彻底解决腐蚀问题、而且能降低重量，增大桥梁跨度，在港工结构、严寒地区的高速公路、桥面、悬索中尤为重要。当其取代高压输电导线中的铝绞线中的钢芯时，不仅能减轻重量，减小悬垂度，提高导电率和载流量，而且能降低运行时的温度，延长线路的使用年限和提高线路运行的可靠性。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：选用内径至少比丝材最小弯曲半径大20mm的工字盘为放线盘，收线盘的内径至少比FRP绞线的最小弯曲半径大50mm的工字盘；穿线过程中的弯曲半径不得小于放线工字盘的内径，最好采用平行的方式放线、收线。在中心丝材上涂特制的胶粘剂，加温固化，如在100-150℃的条件下固化，以保证在所要求的捻距下捻制出合格的绞线，且松开后不退捻。此外，放线张力、捻制速度、固化速度、收线速度必须匹配，且放线张力必须小于收线张力，衡量标准是能够保证收放线平稳，以保证捻距均匀一致。设计时的基本参数为：收线速度为1～4m/min，节径比按12～20计算，则捻制速度(分线盘转速)为6.67-44.44转/分，固化速度在150℃下需时1.5min，所需电炉的长度为1.5～6m。所配制的胶粘剂应保证收缩小、有弹性、粘结力大、固化快，在反复弯曲过程中不开裂，在任一位置切开，不散股。其工艺流程见图1。本发明吸收了钢绞线的成形原理，结合FRP丝材的特点，对钢绞线的收放线、穿线方式进行了改革，并增加了中心丝材涂胶和固化工艺，制备出了1×5、1×7、1×9、1×13的FRP绞线，其最小节径比能达到12，完全满足钢绞线的结构要求。
与钢绞线相比，FRP绞线比重小、强度高、耐腐蚀、隔热、保温。FRP绞线根据玻璃纤维、碳纤维含量及所选树脂的不同，使其比重分别控制在1.8～2.1g/cm3、1.6～1.8g/cm3，抗拉强度分别控制在1000～2000MPa、1800～2800MPa。由于FRP绞线的优良特性，使其在港工结构、桥梁、高压架空导线中首先取代钢绞线。
本发明的有益效果是：可解决桥梁路面、港工结构、水工结构的腐蚀问题，增加工程的可靠性，延长使用寿命；在不改变铁塔的情况下，实现线路的扩容，提高线路运行的安全性并可实现线路大跨越建设。同时，FRP绞线中便于携带光缆，可做成智能型工程，随时监测工程质量，提高工程的安全性。
四、附图说明
图1为本发明绞线装置简图1
图2为本发明绞线装置另一种实施例简图
图3为本发明工艺流程图
图1中放线盘2、整体放线盘3、分线盘4、压模5、电热丝炉6、履带式牵引机7、收线盘.
图2中1、放线盘2、3分线盘4、压模5、电热丝炉6、履带式牵引机7、收线盘
五、具体实施方式
在以下2个实施例中，FRP丝材的直径均为2.5mm，绞线为1×7结构。
实施例1：中心丝材由放线盘1放线，由一个电动机及减速器控制其放线速度，在中心丝材上均匀地涂敷特制的胶粘剂，另外六个放线盘2做成整体式，由一个功率较大的电动机及减速器驱动控制放线速度，七根GFRP或CFRP丝材通过分线盘3后，在径向、轴向应力的综合作用下，将七根丝材捻制成捻距为140mm的绞线，之后，绞线在履带式牵引机6的牵引下，通过压模4，电热丝炉5固化，最后在内径为350mm的收线盘7上收线。胶粘剂使用热固性胶粘剂，如PU、丙烯酸酯等。
实施例2：七根GFRP或CFRP丝材分别通过放线盘1放线，分别由电动机及减速器控制其放线速度，通过几个分线盘2、3，同时中心丝材涂上特制的胶粘剂，捻制成所要求的绞线后通过压模4、电热丝炉5固化成型，在履带式牵引机6的作用下，将成品绞线缠绕在收线盘上。
玻璃纤维和碳纤维相比，碳纤维的重量较轻、强度很高、弹性模量也较高，但他的价格比玻璃纤维高得多；在实际应用时，应根据实际情况选用。
本发明所用的方法同样适用于AFRP绞线。
在上述工艺条件下，放线盘增加或减少本发明用于绞线为1×5-1×13的多股结构。