RU199200U1 - Композитный сердечник провода линии электропередачи - Google Patents
Композитный сердечник провода линии электропередачи Download PDFInfo
- Publication number
- RU199200U1 RU199200U1 RU2020106711U RU2020106711U RU199200U1 RU 199200 U1 RU199200 U1 RU 199200U1 RU 2020106711 U RU2020106711 U RU 2020106711U RU 2020106711 U RU2020106711 U RU 2020106711U RU 199200 U1 RU199200 U1 RU 199200U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- composite core
- polymer matrix
- line wire
- power line
- caprolactam
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 67
- JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N epsilon-caprolactam Chemical compound O=C1CCCCCN1 JBKVHLHDHHXQEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000010539 anionic addition polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 27
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 20
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 5
- QISSLHPKTCLLDL-UHFFFAOYSA-N N-Acetylcaprolactam Chemical compound CC(=O)N1CCCCCC1=O QISSLHPKTCLLDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 28
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 25
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 9
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 4
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 3
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- JHWNWJKBPDFINM-UHFFFAOYSA-N Laurolactam Chemical compound O=C1CCCCCCCCCCCN1 JHWNWJKBPDFINM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000011417 postcuring Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002990 reinforced plastic Substances 0.000 description 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/08—Several wires or the like stranded in the form of a rope
- H01B5/10—Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material
Landscapes
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в конструкциях многопроволочных проводов для воздушных линий, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих сердечников в конструкциях кабелей и проводов. Технические результаты, проявляющиеся в результате пользования предложенного композитного сердечника, заключаются в повышении вязкости разрушения, трещиностойкости и постударной прочности, теплостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред, жизнеспособности матрицы, скорости технологических циклов, а также в возможности вторичной переработки и локального устранения дефектов композитного сердечника. Композитный сердечник провода линии электропередачи, выполненный в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы, при этом полимерная матрица состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и катализатора и раствора мономеров ε-капролактама и активатора.
Description
Область техники
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в конструкциях многопроволочных проводов для воздушных линий, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях и линиях электрифицированного транспорта в качестве несущих сердечников в конструкциях кабелей и проводов.
Уровень техники
Из ГОСТ 839-80 известны самонесущие неизолированные провода, состоящие из стального сердечника и навитых на него алюминиевых токопроводящих проволок. Основными недостатками указанных проводов являются высокий вес и низкая прочность на разрыв по сравнению неизолированными проводами, имеющими композитный сердечник, выполненный из углеродных волокон.
Из уровня техники известны неизолированные провода с композитными сердечниками, выполненными по технологии пултрузии для получения композитных материалов с постоянным сечением. Технологический процесс пултрузии непрерывный и, в зависимости от происходящих процессов, разделен на следующие стадии: подготовка волокна и связующего, пропитка, формование профиля, отверждениe связующего (выдержка при постоянной температуре), охлаждение до конечной температуры, нарезка готового профиля в размер или намотка на катушку. Основными достоинствами технологии пултрузии является высокая скорость производства композитных материалов с постоянным (однородным) качеством получаемых изделий.
В традиционной технологии пултрузии в качестве полимерной матрицы (связующего) практически всегда используют различные низковязкие термореактивные связующие (реактопласты) невысокой молекулярной массы (эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др.), обеспечивающие равномерную пропитку армирующих волокон. Так, армирующие волокна преимущественно погружают в емкость с низкозязким термореактивным связующим, после чего отжимают обратно в емкость лишнее связующее и. пропитанные волокна подаются в формообразующую фильеру, где под действием температуры происходит полимеризация реактопласта. Полученные термореактивные материалы имеют ряд недостатков, особенно значимых при серийном производстве: невозможность постобработки после полимеризации, поскольку, они перестают размягчаться при повторном нагревании и не растворяются, а только набухают, в растворителях; хрупкость матрицы после полимеризации, в виду ее высокой твердости, сложность анкеровки (монтажа) готового изделия; сложность в утилизации; большое время производственного цикла; высокая стоимость сырьевых материалов.
В последнее время растет интерес к созданию армированных пластиков на основе термопластичных связующих (термопластов) Главные преимущества армированных термопластов по сравнению с полимерными композитными материалами на основе термореактивных связующих: высокая вязкость разрушения, трещиностойкость и постударная прочность; повышенная теплостойкость (по сравнению с традиционными эпоксидными смолами); устойчивость к воздействию агрессивных сред; неограниченно долгая жизнеспособность матрицы; высокие скорости технологических циклов; возможность вторичной переработки и локального устранения дефектов, последнее возможно благодаря возможности постобработки изготовленного изделия путем его повторного нагрева или обработки его растворителем. Тогда как недостатками, проявляемыми при использовании термопластичных связующих в технологии пултрузии, являются высокая вязкость связующего, которая затрудняет процесс пропитки армирующих волокон, и приводит к необходимости увеличения давления в процессе прохождения армирующих волокон через формообразующую фильеру, а также возможность неравномерной пропитки армирующих волокон и образования изделий с дефектами.
Из евразийского патента на изобретение №11625, МПК B32В 27/04 (2006.01), B05D 3/02 (2006.01), B05D 1/18 (2006.01), D04H 3/08 (2006.01), опубликованного 29.12.2006 г., известен композитный сердечник для электрического кабеля, образованный множеством пропитанных смолой армированных волокон по меньшей мере одного типа, при этом смола окружает и, по существу, покрывает каждое из множества армированных волокон, которые ориентированы в основном параллельно продольной оси сердечника. При этом, как указано в независимом пункте формулы, весовой процент волокон в композите составляет меньше 50%, что является недостаточным для достижения требований к нагрузкам требуемого несущего сердечника. Кроме того, в качестве пропитывающей смолы использованы различные связующие, в том числе, термопластичные связующие, при этом, в разделе описания «Известный уровень техники» указаны проблемы, с которыми сталкиваются специалисты в уровне техники, а именно, несущий сердечник из термопласта, во-первых, не обладает требуемыми физическими характеристиками для эффективного перераспределения нагрузки и предотвращения провисания кабеля, во-вторых, не соответствует температурным режимам эксплуатации кабельной продукции, в-третьих, ограничен в максимальном количестве используемых волокон по соотношению волокна и связующего в сердечнике, поскольку использование термопласта, как уже было указано выше, затруднено его высокой вязкостью, что, в свою очередь, увеличивает трение между экструзионной головкой (частью фильеры) и формуемым композитным материалом. В указанном изобретении на странице 13 приведено два способа использования термопластичного связующего, снижающего сложности его использования, в которых термопластичное связующе присутствует в твердой форме, и переводится в жидкое состояние при нагреве на более поздней стадии процесса. В первом варианте термопластичное связующе присутствует в виде волокон, которые переплетаются с армирующими волокнами и, разогреваясь в фильере, пропитывают армирующие волокна. При этом недостатками указанного варианта являются недостаточная пропитка волокон и наличие пустот в получаемом композитном сердечнике. Во втором варианте было предложено покрывать каждую армирующую нить слоем из термопластичного связующего до подачи в фильеру и, также, осуществлять пропитку путем разогревания покрытых волокон в фильере. Так, недостатками указанного варианта являются наличие пустот в получаемом композитном сердечнике и трудоемкость предварительной подготовки покрытых термопластичной смолой армирующих волокон. В остальных вариантах, в том числе и предпочтительном варианте, в котором используется эпоксидное связующее, используются термореактивные связующие, которым свойственны указанные выше недостатки.
Из патента РФ на изобретение №2632454, МПК С08K 3/04 (2006.01), С08K 7/24 (2006.01), C08J 5/24 (2006.01), В32В 5/28 (2006.01), В32B 27/38 (2006.01), опубликованного 04.10.2017 г., известен композитный сердечник, использующий углеродное волокно или стекловолокно. При этом термопластичное связующее используется в нем только в качестве добавки к эпоксидному связующему, в размере от 5 до 20 мас. %. Достоинством предложенного решения является использование преимуществ термопластичного связующего. При этом указанному решению свойственны недостатки термореактивных связующих.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога, является композитный сердечник, известный из международной заявки РСТ № WO/2009/130525, МПК В29С 70/52 (2006.01), H01В 5/10 (2006. 01), опубликованной 29.10.2009 г., изготовленный с помощью технологии пултрузии с использованием термопластичной полимерной матрицы. Так, композитный сердечник провода линии электропередачи выполнен в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и термопластичной полимерной матрицы, и
внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и термопластичной полимерной матрицы. Преимущества указанной конструкции проявляются ввиду использования термопластичного связующего. Также преимуществом указанной конструкции является отсутствие электрического контакта между углеродным армирующим сердечником и алюминиевыми токопроводящими проволоками, прерываемый внешней частью, состоящей из стекловолокна и термопластичной полимерной матрицы, что исключает электрохимические коррозионные процессы. При этом недостаток указанного решения проявляется в результате использования термопластичных волокон в твердом виде для переплетения и дальнейшей пропитки армирующих волокон. Как указано в примере №3, термопластичные волокна, выбранные из карполактама и лауриллактама, нагреваясь в формообразующей фильере расплавляются и пропитывают переплетенные с ними армирующие волокна (углеродные волокна и стекловолокна), с образованием в результате анионной полимеризации полимерной матрицы. Недостатками указанного способа получения полимерной матрицы являются недостаточная пропитка армирующих волокон и наличие пустот в получаемом композитном сердечнике, а также сравнительно низкое содержание армирующих волокон. Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является получение композитного сердечника, состоящего из армирующих волокон и термопластичного связующего (матрицы) с исключением дефектов пропитки армирующих волокон и пустот в получаемом композитном сердечнике.
Технические результаты, проявляющиеся в результате использования предложенного композитного сердечника, заключаются в повышении вязкости разрушения, трещиностойкости и постударной прочности, теплостойкости, устойчивости к воздействию агрессивных сред, жизнеспособности матрицы, скорости технологических циклов, также в возможности вторичной переработки и локального устранения дефектов композитного сердечника.
Указанный технический результат достигается с помощью композитного сердечника провода линии электропередачи, выполненного в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы. Согласно заявленному решению полимерная матрица, состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и катализатора, и раствора мономеров ε-капролактама и активатора.
При этом, в качестве катализатора могут быть использованы щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты и их соединения.
В качестве активатора могут быть использованы ацил-производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения, способные ацилировать лактам в условиях полимеризации.
Кроме того, весовой процент волокон в композитном сердечнике составляет не менее 60%.
Преимущественно композитный сердечник провода линии электропередачи изготовлен методом реактивной термопластичной пултрузии.
Помимо этого, после полимеризации матрицы композитный сердечник могут подвергать постобработке, включающей нагрев и формовку под специальную арматуру крепления и соединения проводов.
В отличии от ближайшего аналога, связующее предлагаемого композитного сердечника провода линии электропередачи позволяет полностью пропитывать армирующие волокна и получать в результате анионной полимеризации термопластическую полимерную матрицу, состоящую из капролона.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенными ниже описанием, фигурами и таблицами.
На фигуре 1 показано сечение провода линии электропередачи с композитным сердечником.
На фигуре 2 показан общий вид композитного сердечника.
В таблице 1 приведены минимальные физико-механические показатели композитного сердечника.
В таблице 2 приведены номинальные параметры и характеристики композитных сердечников.
Осуществление полезной модели
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным исполнением композитного сердечника провода линии электропередачи, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения данной совокупностью, существенных признаков заявленного технического результата. Композитный сердечник провода линии электропередачи выполнен в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть 1, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть 2, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы, при этом полимерная матрица состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и натрия и раствора мономеров ε-капролактама и изоцианата. При этом, содержание ε-капролактама составляет 19,6% масс. композитного сердечника, содержание натрия составляет 0,2% масс. композитного сердечника, а содержание изоцианата составляет 0,2% масс. композитного сердечника.
Вместо натрия в качестве катализатора могут быть использованы щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты и их соединения, выбираемые в зависимости от выбранного активатора процесса полимеризация. Тогда как, вместо изоцианата в качестве активатора могут быть использованы -ацил-производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения, способные ацилировать лактам в условиях полимеризации, выбираемые в зависимости от выбранного катализатора процесса полимеризации, а также от необходимой плотности и степени кристалличности полимера. Система катализатора и активатора подбирается исходя из требуемых параметров времени, температуры и давления следующих процессов: подготовки смеси преполимера, пропитки перполимером армирующих волокон, полимеризации преполимера. Наиболее полно полимеризация проходит при эквивалентном сооотношении компонентов каталитической системы, когда на одну функциональную группу катализатора приходится одна функциональная группа активирующего соединения. Увеличение мольной концентрации одного из компонентов либо замедляет, либо полностью прекращает процесс полимеризации. Оптимальная концентрация каталитической системы составляет от 0,3 до 0,5% масс.композитного сердечника, что обеспечивает получение высококачественных полимеров. Весовой процент волокон в композитном сердечнике составляет 80%. Для достижения минимальных физико-механических характеристик, приведенных в таблице 1, содержание волокон выбирается от 60 до 90% масс.композитного сердечника, при этом, нижнее значение обусловлено минимальными прочностными характеристиками, а верхнее значение обусловлено возможностями пропитки армирующего волокна преполимером на основе ε-капролактама.
Композитный сердечник провода линии электропередачи изготовлен методом реактивной термопластичной пултрузии, при котором в процессе пултрузии происходит полимеризация преполимера, состоящего из раствора ε-капролактама и катализатора и раствора ε-капролактама и активатора, с образованием термопластичной матрицы.
Процесс получения композитного сердечника состоит из следующих стадий: подготовка сырья, приготовление растовора ε-капролактама с катализатором и раствора ε-капролактама с активатором, получение преполимера, формование композитного сердечника.
Подготовка сырья
ε-капролактам подвергается сушке до содержания влаги не более 0,1%, а затем плавится в резервуаре плавления (на фигурах не показан) при температуре 70-90°С. Сушить ε-капролактам можно в вакуум-сушильном шкафу при температуре около 50°С или в сушильном шкафу с рециркуляцией воздуха. Наиболее рациональна сушка в среде инертного газа.
В процессе плавления ε-капролактама из него удаляется остаточная влага под давлением 0,02 МПа инертного газа, подаваемого в резервуар плавления. Допустимая конечная влажность расплава капролактама - не выше 0,02%.
Процедуры сматывания, выравнивания, натяжения и подачи углеволокна и стекловолокна осуществляется таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение армирующих волокон в композитном сердечнике. После чего армирующие волокна проводятся через сушильный шкаф (на фигурах не показан) для удаления влаги и предварительного подогрева. Каждый жгут армирующих волокон проходит через отверстия калибровочных пластин (на фигурах не показаны) для исключения спутывания отдельных ровингов. Сушка и подогрев волокон в сушильном шкафу производятся при температуре 180±5°С. Далее армирующие волокна пропускаются через преформовочные калибры (на фигурах не показаны). Волокна стеклоровинга проходят через систему калибров по внешнему контуру таким образом, чтобы на входе в фильеру (на фигурах не показана) образовался равномерный внешний слой, разномерно покрывающий центральную часть сердечника, формируемую из углеволокна. Сформированный таким образом общий пучок волокон поступает в фильеру.
Приготовление растворов
Из плавителя ε-капролактам подается в два отдельных реактора-смесителя (на фигурах не показаны): в первом реакторе к раствору добавляют катализатор, а во втором - активатор.
При смешении ε-капролактама с катализатором температура не должна превышать 120°С. Температура смешения ε-капролактама с активатором может изменяться от 120°С до 140°С.
Получение преполимера
Раствор ε-капролактама с катализатором и раствор ε-капролактама с активатором из смесителей поступают в миксер (на фигуре не показан). Необходимое соотношение катализатора и активатора достигается одновременной подачей растворов по каналам равного сечения. При смешении растворов образуется преполимер, который поступает в предварительно подготовленную и нагретую фильеру. Полимеризация проводится непосредственно в фильере при температуре 140 - 180°С.
Формование композитного сердечника
Расплав ε-капролактама обладает низкой вязкостью менее 1 Па⋅с, что позволяет пропитывать армирующие волокна.
Так, в фильере одновременно протекают следующие процессы: пропитка армирующих волокон, синтез полимера. и формирование-] композитного сердечника, которые зависят от многих факторов: типа активатора, режима полимеризации, скорости охлаждения.
Пропитку армирующих волокон связующим осуществляют путем впрыска преполимера в формообразующую фильеру под давлением от 3 до 5 Бар.
Формующая зона фильеры, имеет угол конусности канала 12°. Формующая зона фильеры имеет сужающийся канал, переходящий от формы и размеров канала, входной зоны к форме и размерам изготавливаемого профиля. В этих условиях давление формования создаются главным образом за счет уменьшения сечения канала по длине зоны, за счет скорости протягивания материала через фильеру и за счет избыточного количества материала, входящего в фильеру. Важной величиной, характеризующей Формующую зону, является угол конусности канала, который с одной стороны, не должен превышать 15°, чтобы расплав термопласта захватывался движущимися волокнами наполнителя, а с другой стороны - должен иметь минимальное значение, чтобы обеспечить плавное нарастание давления, так как это улучшает качество и равномерность пропитки по толщине сечения и способствует более полному удалению воздушных включений из формующей зоны. Однако слишком маленькая конусность (менее 5°) приводит к неоправданному увеличению длины этой зоны, а значит и габаритов всей фильеры, что, в свою очередь, увеличивает время нахождения расплава при высокой температуре, а значит, и степень термодеструкции, и увеличивает отжим связующего с наружной поверхности.
Температура преполимера существенно влияет на весь ход процесса получения полимера, а также на свойства и качество готового композитного сердечника. Температура преполимера зависит от активатора, массы и конфигурации сердечника и должна находиться в пределах 120 - 140°С. При более низких температурах образуется полимер с неоднородной структурой, высоким содержанием низкомолекулярных соединений, а, следовательно, качество сердечника будет низким. При температурах выше 140°С реакция полимеризации протекает с большой скоростью, и вязкость преполимера быстро нарастает, в результате чего воздух и летучие компоненты не успевают полностью выйти и остаются внутри сердечника, а также не успевает произойти качественная пропитка армирующих волокон, что является причиной образования многочисленных мелких пор, усадочных раковин и трещин.
Температура фильеры зависит от массы сердечника. Нижняя граница температуры фильеры определяется начальной температурой преполимера и должна быть выше 150°С. При более низкой температуре на поверхности композитного сердечника образуется слой незаполимеризозавшегося мономера, а полимер будет иметь пониженные прочностные характеристики. Верхняя граница температуры фильеры устанавливается с таким расчетом, чтобы конечная максимальная температура структурообразования не превысила температуру плавления полимера и не была выше 180°С. При относительно пониженных температурах фильеры образуются значительные усадочные раковины и поры.
Время выдержки при температуре полимеризации устанавливается, исходя из необходимости обеспечить полное протекание процессов затвердевания полимера и в зависимости от скорости полимеризации размеров и массы композитного сердечника.
Характерной особенностью процесса анионной полимеризации ε-капролактама является то, что он протекает при температуре ниже температуры плавления полимера, благодаря чему процессы роста макромолекул и их упорядочение (кристаллизация) частично накладываются друг на друга. Скорость охлаждения оказывает большое влияние на формирование структуры, и при медленном охлаждении получаются полимеры с однородной структурой, хорошей поверхностью и высокими физико-механическими характеристиками.
Режим охлаждения оказывает влияние не только на однородность структуры, но также на внутренние напряжения, которые возрастают с увеличением скорости охлаждения. Поэтому скорость охлаждения должна регулироваться в зависимости от массы композитного сердечника. Медленное охлаждение композитного сердечника до 100°С, последующее охлаждение в термостате (камера постотверждения, на фигурах не показана) до 50°С и далее на воздухе представляется наиболее оптимальным режимом с точки зрения достижения наилучших характеристик композитного сердечника. После полимеризации матрицы композитный сердечник подвергают постобработке, включающей нагрев и формовку под специальную арматуру укрепления и соединения проводов.
После чего на композитный сердечник навивают алюминиевые токопроводящие проволоки 3.
В таблице 2 раскрываются номинальные параметры и характеристики получаемых композитных сердечников.
Claims (6)
1. Композитный сердечник провода линии электропередачи, выполненный в виде стержня из однонаправленного композиционного материала, включающего центральную часть, состоящую из углеродного волокна и полимерной матрицы, и внешнюю часть, состоящую из стекловолокна и полимерной матрицы, отличающийся тем, что полимерная матрица состоит из капролона, полученного в результате анионной полимеризации смеси преполимера, состоящей из раствора мономеров ε-капролактама и катализатора и раствора мономеров ε-капролактама и активатора.
2. Композитный сердечник провода линии электропередачи по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора могут использоваться щелочные и щелочноземельные металлы, их гидриды, амиды, гидроксиды, карбонаты и другие соединения.
3. Композитный сердечник провода линии электропередачи по п. 1, отличающийся тем, что в качестве активатора могут использоваться -ацил-производные лактама (ацетилкапролактам) или соединения, способные ацилировать лактам в условиях полимеризации.
4. Композитный сердечник провода линии электропередачи по п. 1, отличающийся тем, что весовой процент волокон в композитном сердечнике составляет не менее 60%.
5. Композитный сердечник провода линии электропередачи по п. 1, отличающийся тем, что изготовлен методом реактивной термопластичной пултрузии.
6. Композитный сердечник провода линии электропередачи по п. 1, отличающийся тем, что после полимеризации матрицы композитный сердечник подвергают постобработке, включающей нагрев и формовку под специальную арматуру крепления и соединения проводов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106711U RU199200U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Композитный сердечник провода линии электропередачи |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106711U RU199200U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Композитный сердечник провода линии электропередачи |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU199200U1 true RU199200U1 (ru) | 2020-08-21 |
Family
ID=72238208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020106711U RU199200U1 (ru) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Композитный сердечник провода линии электропередачи |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU199200U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023233032A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Arkema France | Method for producing a shaped thermoplastic composite, a shaped thermoplastic composite and system for producing a shaped thermoplastic composite |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009130525A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Szaplonczay Pal | Process and equipment for producing composite core with thermoplastic matrix for recyclable and thermally stable electrical transmission line conductor |
| RU2599614C1 (ru) * | 2015-07-30 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") | Композиционный несущий элемент |
| RU167986U1 (ru) * | 2016-07-19 | 2017-01-17 | Владимир Иванович Кучер | Композиционный несущий элемент для электрического провода |
| RU2632454C2 (ru) * | 2012-06-14 | 2017-10-04 | Хексел Композитс Лимитед | Улучшения композитных материалов |
-
2019
- 2019-06-10 RU RU2020106711U patent/RU199200U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009130525A1 (en) * | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Szaplonczay Pal | Process and equipment for producing composite core with thermoplastic matrix for recyclable and thermally stable electrical transmission line conductor |
| RU2632454C2 (ru) * | 2012-06-14 | 2017-10-04 | Хексел Композитс Лимитед | Улучшения композитных материалов |
| RU2599614C1 (ru) * | 2015-07-30 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") | Композиционный несущий элемент |
| RU167986U1 (ru) * | 2016-07-19 | 2017-01-17 | Владимир Иванович Кучер | Композиционный несущий элемент для электрического провода |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023233032A1 (en) * | 2022-06-03 | 2023-12-07 | Arkema France | Method for producing a shaped thermoplastic composite, a shaped thermoplastic composite and system for producing a shaped thermoplastic composite |
| FR3136190A1 (fr) * | 2022-06-03 | 2023-12-08 | Arkema France | Procédé de production d’un composite thermoplastique mis en forme, composite thermoplastique mis en forme et système de production d’un composite thermoplastique mis en forme. |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7311925B2 (ja) | 複合繊維および繊維を生成する方法 | |
| CA1336483C (en) | Process for preparing composites | |
| JP7152017B2 (ja) | 強化用複合スレッド、プリプレグ、３ｄ印刷用テープ及びそれを調製するための設備 | |
| CN109423703B (zh) | 在具有增强可模制性的复合材料的前驱体形成过程中对连续碳纤维的改性 | |
| CA1238167A (en) | Process for preparing shaped objects of poly(arylene sulfide) and product thereof | |
| CN112248486A (zh) | 一种玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带及制备工艺 | |
| CN1730270A (zh) | 一种热塑性复合材料的拉挤成型方法及其成型模 | |
| CN104960211A (zh) | Frp筋制备工艺及frp筋制备装置 | |
| RU199200U1 (ru) | Композитный сердечник провода линии электропередачи | |
| CN115260753A (zh) | 长碳链聚酰胺树脂组合物及连续纤维增强长碳链聚酰胺复合材料 | |
| RU2708846C1 (ru) | Способ производства композитного сердечника провода линии электропередачи | |
| US5587034A (en) | Process for pultruding fiber reinforced furan composites | |
| CN1631656A (zh) | 一种纤维增强拉挤杆及其制备方法与应用 | |
| SU1761903A1 (ru) | Стержень дл армировани бетона и способ его изготовлени | |
| JPH01229867A (ja) | 連続長のマルチフィラメントおよびマルチファイバ構造物を含浸するためのプルトルージョン装置および方法 | |
| US20210245456A1 (en) | Composite fibers | |
| WO2002098961A1 (en) | Polymer powder coated roving for making structural composite | |
| JPH0762246A (ja) | 長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法およびその装置 | |
| RU2682627C1 (ru) | Формовочный узел технологической линии для изготовления неметаллической арматуры, технологическая линия и способ формирования стержня для производства композитной арматуры | |
| JPH04502889A (ja) | 濃縮型樹脂射出による引押成形システム | |
| US20210245455A1 (en) | Method of producing improved composite fibers | |
| KR102439566B1 (ko) | Lft 공정에 의한 탄소섬유 강화 pa6 복합재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 탄소섬유 강화 pa6 복합재 | |
| KR102439573B1 (ko) | Lft 공정에 의한 탄소섬유 강화 abs 복합재의 제조방법 및 이에 따라 제조된 탄소섬유 강화 abs 복합재 | |
| RU216986U1 (ru) | Арматура композитная волоконная с серным связующим | |
| RU2152307C1 (ru) | Устройство для формования наполненных профильных изделий |