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1、(10)申请公布号 CN 103646718 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103646718 A (21)申请号 201310672144.7 (22)申请日 2013.12.12 H01B 9/00(2006.01) H01B 7/18(2006.01) H01B 7/28(2006.01) H01B 7/17(2006.01) H01B 1/04(2006.01) H01B 1/12(2006.01) H01B 13/22(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 国网智能电网研究院 国网辽宁省电力有。
2、限公司沈阳供电 公司 (72)发明人 兰逢涛 陈新 牟景旭 王芝茗 何州文 杨长龙 (74)专利代理机构 北京安博达知识产权代理有 限公司 11271 代理人 徐国文 (54) 发明名称 一种输电线路用纤维复合芯导线 (57) 摘要 本发明提出了一种输电线路用纤维复合芯导 线， 该导线由依次设置的纤维复合芯、 涂层和外层 绞线组成， 涂层为选自氟碳树脂涂料、 聚脲弹性体 涂料、 聚氨酯涂料中的一种或多种涂料的涂覆层。 该输电线路用纤维复合芯导线耐磨、 耐腐蚀、 耐湿 热、 耐水汽、 抗紫外， 涂层保护纤维复合芯免受环 境腐蚀和铝线磨损， 提高了纤维复合芯抗老化性 能， 有效延长了纤维复合芯的使。
3、用寿命， 提高了纤 维复合芯导线的安全可靠性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103646718 A CN 103646718 A 1/1 页 2 1. 一种输电线路用纤维复合芯导线， 所述导线由依次设置的纤维复合芯、 涂层和外层 绞线组成， 其特征在于 ： 所述涂层为选自氟碳树脂涂料、 聚脲弹性体涂料、 聚氨酯涂料中的 一种或多种涂料的涂覆层。 2. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述纤维复合 芯为碳纤维复合芯。
4、或高强玻纤复合芯。 3. 如权利要求 2 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述高强玻纤 复合芯为玻纤增强环氧树脂制芯。 4. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述涂层为单 层， 厚度为 50 100m。 5. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述涂层为多 层， 厚度为 50 100m。 6. 如权利要求 5 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述多层由内 至外为耐腐蚀涂料层和耐磨涂料层， 所述耐腐蚀涂料层为氟碳树脂涂料涂覆层， 所述耐磨 涂料层为聚脲弹性体涂料涂覆层或聚氨酯涂料。
5、涂覆层。 7. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述氟碳树脂 涂料包括热固性氟碳树脂和交联剂， 所述热固性氟碳树脂的共聚链段包括三氟氯乙烯、 醋 酸乙烯酯、 叔碳酸乙烯酯、 羟烷基烯醚， 所述交联剂为封闭异氰酸酯。 8. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述聚脲弹性 体涂料包括端胺基聚醚树脂、 胺扩链剂和 MDI 预聚物。 9. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述聚氨酯涂 料为外交联水性聚氨酯涂料， 包括聚氨酯和交联剂， 所述交联剂为氮丙啶。 10. 如权利要求 1 所述的一种输。
6、电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述纤维复合 芯为圆柱形， 直径为 5 10mm。 11. 如权利要求 1 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线， 其特征在于 ： 所述涂料为快 速固化涂料， 固化温度为 170 190， 固化时间为 1 4min。 12. 一种制备如权利要求 1 所述导线的方法， 其特征在于所述方法包括如下步骤 ： 1) 浸胶 ： 经预处理的纤维束在牵引机牵引下， 于浸渍胶槽充分浸渍树脂 ； 2) 热固化成型 ： 将步骤 1 所得纤维束拉挤出高温固化模具脱模成型， 温度为 180 210， 固化时间为 30 90s ； 3) 涂覆涂层 ： 将热固化成型的纤维复合芯快速。
7、冷却后经涂覆装置涂覆涂料 ； 涂料粘度为 300 600cps， 涂层厚度为 50 100m ； 4) 后固化成型 ： 将涂覆有涂料的纤维复合芯经高温固化箱后固化， 温度为 160 200， 固化时间为 3 5min ； 5) 于后固化成型的纤维复合芯外包覆外层绞线。 13. 如权利要求 12 所述的一种输电线路用纤维复合芯导线的制备方法， 其特征在于 ： 步骤 3 所述涂覆涂层为选用高压喷涂、 料槽浸涂或排笔刷涂方法涂覆。 权 利 要 求 书 CN 103646718 A 2 1/4 页 3 一种输电线路用纤维复合芯导线 技术领域 0001 本发明涉及输电电缆领域， 具体涉及一种输电线路用纤。
8、维复合芯导线。 背景技术 0002 我国不仅发电业的发展滞后， 输电业的弊端也凸现出来， 输电线路已不堪承受传 输容量快速扩容的需求， 由于过负荷造成的停电、 断电故障频频发生， 电力传输成为电力工 业发展的 “瓶颈” ， 各国均在研究新型架空输电线路用导线， 以取代传统的钢芯铝绞线， 纤维 复合芯导线由此应运而生。 0003 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、 铝合金导线及进口殷钢导线的新产品， 通常的钢芯铝绞线的钢芯被用纤维制 成的复合材料芯线所代替， 纤维复合导线与传统导线相比具有重量轻、 线膨胀系数小、 强度 大、 低线损、 弛度小、 低。
9、弧垂、 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， 公认为一种新型节能型输电导线， 广泛应用于线路增容改造和新建线路中。 0004 碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构， 是一种全黑体材料， 因此在电热应用中， 表现出来的电热转换效率高。 在特定的条件下， 高温不氧化， 单位面积的电流的负荷强度和 机械强度不发生改变。目前世界上只有美国和日本开发出碳纤维导线， 日本一家碳纤维导 线企业的产量就占到世界 40左右。 0005 但是， 一方面纤维复合芯在服役环境下会受到紫外光、 水汽、 高温的长期作用， 树 脂材料会发生降解， 导致复合芯性能劣化 ； 另一方面， 输。
10、电线路长期处于风振工况下， 有时 甚至会发生舞动等特殊工况， 振动或舞动过程中， 复合芯表面和铝绞线会发生摩擦， 摩擦的 结果使得复合芯表面发生磨损甚至破坏， 导致复合芯安全性下降。 因此， 有必要对复合芯导 线进行耐磨和耐环境腐蚀保护。 0006 例如申请号为 CN201220142300.X， 实用新型名称为 “一种热塑性树脂碳纤维电缆” 的实用新型专利申请， 涉及一种热塑性树脂碳纤维电缆， 由碳纤维增强环氧树脂复合材料 内芯外覆盖的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外芯， 在玻璃纤维增强环氧树脂复合材料外 芯和第一层梯形铝导线之间设置聚四氟乙烯层或绝缘物质层构成的保护性涂层， 在玻璃纤 维增强。
11、环氧树脂复合材料外芯外覆盖第一层梯形铝导线， 在第一层梯形铝导线外覆盖第二 层梯形铝导线。聚四氟乙烯层或绝缘物质层主要使芯棒和铝线间完全绝缘， 使二者之间不 存在接触电位差， 使铝导线免受电腐蚀。不能很好的起到耐磨和耐环境腐蚀的作用。 发明内容 0007 为了克服现有技术的上述缺陷， 本发明针对输电线路用纤维复合芯导线纤维复合 芯易磨损和受到环境腐蚀的问题， 提供了一种输电线路用纤维复合芯导线， 该输电线路用 纤维复合芯导线制造过程中采用快速涂层涂覆技术， 在纤维复合芯表面形成耐磨、 耐环境 腐蚀涂层。 0008 为实现上述发明目的， 本发明采取的技术方案为 ： 说 明 书 CN 103646。
12、718 A 3 2/4 页 4 0009 一种输电线路用纤维复合芯导线， 导线由依次设置的纤维复合芯、 涂层和外层绞 线组成， 涂层为选自氟碳树脂涂料、 聚脲弹性体涂料、 聚氨酯涂料中的一种或多种涂料的涂 覆层。 0010 进一步的， 纤维复合芯为碳纤维复合芯或高强玻纤复合芯。 0011 进一步的， 高强玻纤复合芯为玻纤增强环氧树脂制芯。 0012 进一步的， 涂层为单层， 厚度为 50 100m。 0013 进一步的， 涂层为多层， 厚度为 50 100m。 0014 进一步的， 多层由内至外为耐腐蚀涂料层和耐磨涂料层， 耐腐蚀涂料层为氟碳树 脂涂料涂覆层， 耐磨涂料层为聚脲弹性体涂料涂覆层。
13、或聚氨酯涂料涂覆层。 0015 进一步的， 氟碳树脂涂料包括热固性氟碳树脂和交联剂， 热固性氟碳树脂的共聚 链段包括三氟氯乙烯、 醋酸乙烯酯、 叔碳酸乙烯酯、 羟烷基烯醚， 交联剂为封闭异氰酸酯。 0016 进一步的， 聚脲弹性体涂料包括端胺基聚醚树脂、 胺扩链剂和 MDI 预聚物。聚脲弹 性体涂料选用喷涂型体系。 0017 进一步的， 聚氨酯涂料为外交联水性聚氨酯涂料， 包括聚氨酯和交联剂， 所述交联 剂为氮丙啶。氮丙啶为多官能团氮丙啶。 0018 进一步的， 纤维复合芯为圆柱形， 直径为 5 10mm。 0019 进一步的， 涂料为快速固化涂料， 固化温度为 170 190， 固化时间为 。
14、1 4min。 0020 本发明的另一目的为提供了一种制备输电线路用纤维复合芯导线的方法， 包括如 下步骤 ： 0021 1) 浸胶 ： 经预处理的纤维束在牵引机牵引下， 于浸渍胶槽充分浸渍树脂 ： 0022 过程中排除多余的树脂和气泡 ； 0023 2) 热固化成型 ： 将步骤 1 所得纤维束拉挤出高温固化模具脱模成型， 温度为 180 210， 固化时间为 30 90s ； 0024 3) 涂覆涂层 ： 将热固化成型的纤维复合芯快速冷却后经涂覆装置涂覆涂料 ； 0025 涂料粘度为 300 600cps， 涂层厚度为 50 100m ； 涂层太薄易被磨损， 太厚在 快速固化过程中易龟裂 ；。
15、 0026 4) 后固化成型 ： 将涂覆有涂料的纤维复合芯经高温固化箱后固化， 温度为 160 200， 固化时间为 3 5min ； 与复合芯生产线相匹配， 选用快速固化涂料， 固化温度 170-190， 固化时间为 1-4min ； 0027 5) 于后固化成型的纤维复合芯外包覆外层绞线。 0028 进一步的， 步骤 3 所述涂覆涂层为选用高压喷涂、 料槽浸涂或排笔刷涂方法涂覆。 0029 料槽浸涂和排笔刷涂两种方法工艺简单、 成本较低， 涂层厚度均匀性稍差 ； 0030 高压喷涂通过控制流量 20-50ml/min， 调节喷枪压力 0.15-0.2MPa 控制涂层的厚 度和致密性 ； 0。
16、031 涂覆装置为近密封结构， 入线口和出线口大小控制为容纳纤维复合芯通过， 近密 封结构有利于防止喷涂过程中涂料的飞扬， 可减少涂料浪费。 0032 纤维复合芯直径为 5-10mm 圆柱形结构， 涂覆装置具备围绕纤维复合芯旋转功能， 保证了表面涂层厚度均匀。 0033 由于纤维复合芯采用拉挤工艺， 涂覆过程速度是与线芯拉挤速度相同。 说 明 书 CN 103646718 A 4 3/4 页 5 0034 快速固化涂料具备耐磨与耐腐蚀， 还与纤维复合芯表面具有较好的物理化学相容 性， 保证了涂料与纤维复合芯的结合强度。 0035 氟碳树脂、 聚氨酯涂料由于其憎水性强， 抗湿热能力优异， 可以用。
17、于酸雨或沿海常 年湿度、 腐蚀性较大的地域输电线路。 0036 聚脲弹性体涂料由于耐磨性较强， 可以作为耐磨涂层用在常年风力较大， 易于发 生振动和舞动地区输电线路。 0037 为 了 保 证 涂 层 的 防 护 效 果， 涂 层 的 耐 磨 性 (1000g/1000r) 小 于 90mg(GB/ T1768-79(89)， 结合力大于 3MP(GB/T5210-2006)， 长期耐热温度为 160， 耐湿热良好 (QJ990.10-86)。 0038 由于采用了上述技术方案， 与现有技术相比， 本发明的有益效果包括 ： 0039 1. 本发明中的纤维复合芯导线的涂层固化速度快， 涂覆成本低。
18、。 0040 2. 本发明中的纤维复合芯导线的涂层耐磨、 耐腐蚀、 耐湿热、 耐水汽、 抗紫外， 保护 纤维复合芯免受环境腐蚀和铝线磨损， 提高了纤维复合芯抗老化性能， 有效延长了纤维复 合芯的使用寿命， 提高了纤维复合芯导线的安全可靠性。 0041 3. 本发明中的纤维复合芯导线避免了双金属间腐蚀。 0042 4. 本发明中的纤维复合芯导线提供了更高的载流容量， 同时也有效的降低了工程 成本。 0043 5. 本发明中的纤维复合芯导线具有高强度线芯， 减少电缆架的数量， 降低了电缆 架的高度， 节省用地， 减少有色金属资源消耗， 有助于构造安全、 环保、 高效节约型输电网 络。 0044 6。
19、. 本发明中的纤维复合芯导线易于快速成型， 成本较低、 防护性能好。 0045 7. 本发明中的纤维复合芯导线的涂层与纤维复合芯表面结合强度高。 0046 8. 本发明中的纤维复合芯导线的涂层不易剥落与开裂。 0047 9. 本发明中的纤维复合芯导线制备方法中涂层涂覆装置为近密封结构， 入线口和 出线口大小控制为容纳纤维复合芯通过， 近密封结构有利于防止喷涂过程中涂料的飞扬， 可减少涂料浪费。 0048 10. 本发明中的纤维复合芯导线制备方法中涂覆装置具备围绕复合芯旋转功能， 以保证涂层厚度的均匀性。 具体实施方式 0049 下面结合实例对本发明进行详细的说明。 0050 实施例 1 ： 0。
20、051 经浸胶处理得到纤维束经190成型模具以0.7m/min的速度拉出直径为5mm碳纤 维复合芯， 经过 1 分钟风冷冷却后表面温度降至 40， 穿过 0.5m 密封结构的高压喷涂室， 多喷头旋转结构持续动作， 围绕复合芯以10转/秒的速度旋转， 将料槽中的氟碳树脂涂料， 高压喷涂通过控制流量 30ml/min， 调节喷枪压力 0.15MPa 均匀喷涂到碳纤维复合芯表面， 涂料粘度为 300cps， 碳纤维复合芯在 190下后固化不低于 4min， 测试涂层厚度为 70um， 漆膜耐磨性 (1000g/1000r) 为 45mg(GB/T1768-79(89)， 长期耐热温度为 160， 结。
21、合力为 6MP(GB/T5210-2006)， 耐湿热良好 (QJ990.10-86)。 说 明 书 CN 103646718 A 5 4/4 页 6 0052 实施例 2 0053 经浸胶处理得到纤维束经 180成型模具以 0.4m/min 的速度拉出直径为 8mm 碳 纤维复合芯， 经过 1 分钟冷却后表面温度降至 35， 穿过 0.5m 密封结构的排比刷涂装置 的涂覆腔， 自动排胶排笔围绕复合芯 0.5 转 / 秒旋转， 将料槽中的聚脲弹性体涂料， 均匀 刷涂到碳纤维复合芯表面， 涂料粘度为 400cps， 碳纤维复合芯在 160下后固化不低于 3min， 测试涂层厚度为 96um(GB。
22、/T13452.2-92)， 漆膜耐磨性 (1000g/1000r) 为 43mg(GB/ T1768-79(89)， 长期耐热温度为 165， 结合力为 6MP(GB/T5210-2006)， 耐湿热良好 (QJ990.10-86)。 0054 实施例 3 0055 经浸胶处理得到纤维束经 200成型模具以 0.5m/min 的速度拉出直径为 10mm 高 强玻纤复合芯， 经过 1 分钟冷却后表面温度降至 30， 穿过 1m 密封结构的料槽浸涂装置的 涂覆腔， 涂覆腔内有一对上下可调节滑轮装置， 滑轮卡住高强玻纤复合芯施加向下压力， 使 高强玻纤复合芯浸入料槽中的高耐磨聚氨酯涂料， 涂料粘度。
23、为 600cps， 高强玻纤复合芯在 200下后固化 5min， 测试涂层厚度为 90um(GB/T13452.2-92)， 漆膜耐磨性 (1000g/1000r) 为 42mg(GB/T1768-79(89)， 长期耐热温度为 165， 结合力为 5MP(GB/T5210-2006)， 耐湿 热良好 (QJ990.10-86)。 0056 最后应当说明的是 ： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员应当理解 ： 依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 说 明 书 CN 103646718 A 6 。