增强电缆芯及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种用作高压电力输送电缆的增强芯，特别是涉及一种采用金属和高强纤维复合材料相结合的增强电缆芯及其制造方法。
背景技术
当前电力发展已无法满足经济的发展要求，需要不断增大输送线路的输送容量，因而会涉及到电力线路的改造和架设问题，而改造线路、改换电路塔杆不但会影响经济、国民生活，而且费用非常庞大、土地资源有限，因此对于开发大容量架空导线已成为当下之需。针对传统架空导线用增强芯为钢芯结构具有重量大、热膨胀系数高、强度低等缺点，在实际运用中，会带来诸如弧垂严重、不耐高温、载流量低等问题，目前国内外各公司、院校进行大量该方面的研究工作，采用纤维增强有机复合芯来代替钢芯结构。由于纤维复合芯具有比钢芯更高的强度、更高的耐温性能、低的膨胀系数、低密度等一些列优点，使得架空导线可以大幅度提高载流量，增大输送容量，降低弧垂，增大安全系数。美国CTC公司公布的专利号为US20040132366的美国专利：其采用碳纤维复合材料作为基体复合芯，碳纤维的导电性会导致电腐蚀，因此该公司在碳纤维复合芯外层挤一层玻璃纤维复合材料，来保护内层结构。目前国内外研发的纤维复合芯电缆增强芯由于采用纤维增强树脂体系，使得芯棒的横向抗压强度差、纵向易开裂，而且金具必须经过改进才能够使用，在使用中带来不便。且芯棒与铝导体及外界环境直接接触，在长期高温环境下热老化会导致芯棒寿命降低。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术增强芯存在横向抗压强度差、纵向易开裂和寿命会降低的缺陷，提供一种增强电缆芯及其制造方法，形成一种带有金属密闭护套的纤维复合电缆芯。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种增强电缆芯，其特征在于，其至少包括一纤维增强芯和一金属护套，该金属护套包覆该纤维增强芯。
其中，该纤维增强芯为单根纤维复合芯棒。
其中，该纤维增强芯为多根纤维复合芯棒的组合。
其中，该纤维增强芯为纤维复合芯棒与纤维的结合。
其中，该纤维复合芯棒采用环氧树脂体系或乙烯基树脂或不饱和树脂或酚醛树脂体系。
其中，该纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种或两种。
其中，该金属护套的材料为电工铝或不锈钢或二者复合。
其中，该纤维增强芯外设有两层金属护套，一层金属护套采用电工铝，另一层金属护套采用不锈钢。
本发明的另一技术方案是提供一种增强电缆芯的制造方法，其包括以下步骤：先将纤维增强芯拉挤成型，然后通过一挤压成型模在纤维增强芯上包覆金属护套。
本发明的积极进步效果在于：
第一、金属护套可保护内层的纤维复合材料免受环境影响，电缆长期在高温环境下运行过程中，延长使用寿命。
第二、金属护套避免电缆铝导体与纤维间的电腐蚀；
第三、金属护套可保护内层纤维复合材料，使纤维复合芯避免因受外界磨损或撞击产生缺陷而导致的机械性能损失；
第四、金属电工铝护套具有63％IACS电导率，与其他结构的单纯由纤维复合芯构成的增强电缆芯相比，不仅仅起到承载作用，而且能够进一步提高电缆的载流量。
【附图说明】
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明另一实施例的结构示意图。
图3为本发明又一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，本发明增强电缆芯包括纤维增强芯2和一将该纤维增强芯包覆的金属护套1，该纤维增强芯2可以是单根纤维复合芯棒，也可由多根纤维复合芯棒的组合，也可是纤维复合芯棒与纤维结合的形式。纤维复合芯棒采用环氧树脂体系，凝胶时间为40～60s，固化后玻璃化转变温度达到160℃。纤维采用碳纤维，当然也可以是玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维等，其中碳纤维的强度为4900MPa，模量为230GPa，纤维体积含量为60％。增强电缆芯的制造方法是：先将纤维增强芯2拉挤成型，比如纤维复合芯棒采用拉挤成型方式，芯棒直径为9.5mm，纤维复合芯棒拉伸强度可达到2500MPa，模量可达到100GPa，芯棒密度为1.8～2.0g/cm3。通过挤压成型模在纤维复合芯棒上包覆一层金属护套1，该金属护套1的材料可以是电工铝，电工铝的厚度为1.5mm。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，在本实施例中，纤维复合芯棒采用环氧树脂体系，凝胶时间为40～60s，固化后玻璃化转变温度达到160℃。纤维采用玄武岩纤维和碳纤维的组合，其中玄武岩纤维的强度为4000MPa，模量为100GPa；碳纤维强度为3000MPa，模量200GPa。玄武岩纤维与碳纤维的体积比为1∶3，纤维体积含量为60％。纤维复合芯棒采用拉挤成型方式，纤维由内到外逐渐由碳纤维过渡到玄武岩纤维，芯棒直径为9.5mm，纤维复合芯棒拉伸强度可达到1800MPa，模量可达到100GPa，芯棒密度为1.8～2.0g/cm3。通过挤压成型模在纤维复合芯棒上包覆一层金属护套11，该金属护套11的材料为不锈钢，然后再挤一层金属护套1，该金属护套1为电工铝，金属护套11和金属护套1总的厚度为1.5mm。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，在本实施例中，本发明增强电缆芯包括多个纤维增强芯2和一将这些纤维增强芯包覆的金属护套1，纤维复合芯棒采用乙烯基树脂体系，凝胶时间为30～40s，固化后玻璃化转变温度达到140℃。纤维采用芳族聚酰胺纤维和碳纤维两种，其中芳族聚酰胺纤维的强度为3000MPa，模量为70GPa；碳纤维强度为3000MPa，模量200GPa。芳族聚酰胺纤维与碳纤维的体积比为1∶3，纤维体积含量为60％。通过拉挤成型方式制备内层碳纤维芯棒，在碳纤维复合芯表面通过编织成型形成芳族聚酰胺纤维复合层，整体复合芯棒直径为7.8mm，纤维复合芯棒拉伸强度可达到1800MPa，模量可达到100GPa，芯棒密度为1.5～1.8g/cm3。通过挤压成型模在纤维复合芯棒上包覆一层金属护套1，该金属护套1的材料可以为电工铝，电工铝厚度为2mm。
综上所述，本发明的增强电缆芯及其制造方法具有以下特点
第一、金属护套可保护内层的纤维复合材料免受环境影响，电缆长期在高温环境下运行过程中，延长使用寿命。
第二、金属护套避免电缆铝导体与纤维间的电腐蚀；
第三、金属护套可保护内层纤维复合材料，使纤维复合芯避免因受外界磨损或撞击产生缺陷而导致的机械性能损失；
第四、金属电工铝护套具有63％IACS电导率，与其他结构的单纯由纤维复合芯构成的增强电缆芯相比，不仅仅起到承载作用，而且能够进一步提高电缆的载流量。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明地原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。