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復合電纜芯的研制及性能測試
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隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,電力需求不斷提高,傳統(tǒng)的架空輸電導線已經(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、比強度高的聚合物基纖維增強復合材料芯代替鋼芯鋁絞線的鋼芯發(fā)揮承力作用,可以使導線在更高的溫度下安全穩(wěn)定運行,從而提高輸電量,因此成為國際上電工輸電新材料研究領域的熱點。 本文首先對制造復合材料芯的三種環(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****固化劑添加量進行了實驗研究,并在此基礎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,結果表明: 三種樹脂體系中固化劑添加比例分別為75%、40%、35%時其各項力學性能、固化度均為各自****值,而此時固化劑的添加量均較接近化學計量添加量,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,凝膠時間大于8小時,拉伸強度84.9MPa,剪切強度(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;同時該體系的玻璃化溫度Tg達173.8℃,及通過熱重分析得出的三個溫度指數(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復合纜芯試樣,并對其各項性能指標進行了分析測試。 復合材料線芯的密度為1.54 g/cm~3,在同樣的直徑和長度下,復合材料纜芯的質量比鋼質纜芯的質量減少了80.4%;通過DMA分析,確定復合材料芯的玻璃化溫度為157.8℃,Onset值為139.6℃;復合材料線芯的線膨脹系數(shù)為較小的負值,即采用復合材料線芯代替鋼芯在高溫運行情況下不產(chǎn)生弧垂;自制復合材料芯的拉伸強度38.8KN(610.2MPa),拉伸模量79Gpa,剪切強度37.8MPa,彎曲強度680.7MPa,彎曲模量19.9Gpa。采用掃描電鏡對基體樹脂與增強纖維界面結合狀況進行了觀察,在不同放大倍數(shù)的電鏡照片上可以看出,未進行剪切破壞前基體樹脂與增強纖維界面結合狀況良好;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合良好。 綜合分析測試數(shù)據(jù),自制復合材料芯的拉伸強度、拉伸模量、剪切強度、彎曲強度、彎曲模量等主要性能指標,遠未達到芳綸1414纖維的****力學性能,其主要原因是本實驗采用手糊成型工藝制作,多數(shù)纖維并未展直,在受力時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,參考玻璃纖維復合材料拉擠成型工藝對海因樹脂基芳綸纖維增強復合纜芯成型工藝及設備進行了初步設計。
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