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復(fù)合電纜芯的研制及性能測試
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隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力需求不斷提高,傳統(tǒng)的架空輸電導(dǎo)線已經(jīng)成為電力輸送事業(yè)的瓶頸,因此,研發(fā)新型的、具有高輸送量、低弧垂特性的架空輸電導(dǎo)線已迫在眉睫。使用耐高溫、自身重量輕、熱膨脹系數(shù)小、比強(qiáng)度高的聚合物基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料芯代替鋼芯鋁絞線的鋼芯發(fā)揮承力作用,可以使導(dǎo)線在更高的溫度下安全穩(wěn)定運(yùn)行,從而提高輸電量,因此成為國際上電工輸電新材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 本文首先對制造復(fù)合材料芯的三種環(huán)氧類基體樹脂——環(huán)氧618體系、GF-630體系和海因樹脂體系的固化工藝及****固化劑添加量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并在此基礎(chǔ)上對各樹脂體系的粘度、適用期,樹脂固化物的熱穩(wěn)定性做了分析對比,結(jié)果表明: 三種樹脂體系中固化劑添加比例分別為75%、40%、35%時(shí)其各項(xiàng)力學(xué)性能、固化度均為各自****值,而此時(shí)固化劑的添加量均較接近化學(xué)計(jì)量添加量,從而確定了三種樹脂體系的各自****固化劑添加量。 在研究的三種環(huán)氧樹脂體系中,60℃條件下海因樹脂體系的粘度小于800mPa·s,凝膠時(shí)間大于8小時(shí),拉伸強(qiáng)度84.9MPa,剪切強(qiáng)度(金屬對金屬)31.0MPa均為最高,其斷裂伸長率為3.3%,與芳綸纖維的斷裂伸長率較為匹配;同時(shí)該體系的玻璃化溫度Tg達(dá)173.8℃,及通過熱重分析得出的三個(gè)溫度指數(shù)T_s 193.3℃、T_A 375.9℃、T_(zg)187.2℃在三種環(huán)氧樹脂體系中均為最高。因此可初步判斷在較高使用溫度條件下,該體系具有較高的綜合性能,為較優(yōu)樹脂體系。 然后采用手糊成型工藝制備了海因樹脂基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合纜芯試樣,并對其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了分析測試。 復(fù)合材料線芯的密度為1.54 g/cm~3,在同樣的直徑和長度下,復(fù)合材料纜芯的質(zhì)量比鋼質(zhì)纜芯的質(zhì)量減少了80.4%;通過DMA分析,確定復(fù)合材料芯的玻璃化溫度為157.8℃,Onset值為139.6℃;復(fù)合材料線芯的線膨脹系數(shù)為較小的負(fù)值,即采用復(fù)合材料線芯代替鋼芯在高溫運(yùn)行情況下不產(chǎn)生弧垂;自制復(fù)合材料芯的拉伸強(qiáng)度38.8KN(610.2MPa),拉伸模量79Gpa,剪切強(qiáng)度37.8MPa,彎曲強(qiáng)度680.7MPa,彎曲模量19.9Gpa。采用掃描電鏡對基體樹脂與增強(qiáng)纖維界面結(jié)合狀況進(jìn)行了觀察,在不同放大倍數(shù)的電鏡照片上可以看出,未進(jìn)行剪切破壞前基體樹脂與增強(qiáng)纖維界面結(jié)合狀況良好;經(jīng)剪切破壞后各纖維表面均附著著一定量的基體樹脂,纖維表面較粗糙,說明基體樹脂與纖維界面結(jié)合良好。 綜合分析測試數(shù)據(jù),自制復(fù)合材料芯的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量等主要性能指標(biāo),遠(yuǎn)未達(dá)到芳綸1414纖維的****力學(xué)性能,其主要原因是本實(shí)驗(yàn)采用手糊成型工藝制作,多數(shù)纖維并未展直,在受力時(shí)不是所有纖維一起承載,未能發(fā)揮纖維的全部性能,若采用拉擠成型工藝,所得產(chǎn)品的拉伸性能可以提高5倍以上。 最后,參考玻璃纖維復(fù)合材料拉擠成型工藝對海因樹脂基芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合纜芯成型工藝及設(shè)備進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。
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