本发明公开了一种复合材料电杆及其制备方法。该电杆包括至少一个缠绕组，该至少一个缠绕组由内向外依次包括螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层；所述螺旋缠绕层使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部螺旋缠绕至梢部，所述螺旋缠绕层的厚度为0.5～1mm，其缠绕角为1～3°；所述补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～8m处，所述补强层的厚度为0.5～1mm；所述环向缠绕层使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，所述环向缠绕层的厚度为0.3～0.6mm。本发明的电杆的耐疲劳性能优良。
1.一种复合材料电杆的制备方法，其特征在于，所述的电杆包括至少一个缠绕组，该至少一个缠绕组由内向外依次包括螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层；
(1)螺旋缠绕：在模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部螺旋缠绕至梢部，从而得到带螺旋缠绕层的模具；其中，所述螺旋缠绕层的厚度为0.8～1mm，其缠绕角为1～3°；
(2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～8m处，从而得到带补强层的模具；其中，所述补强层的厚度为0.5～1mm；其中，在所述补强层中，所述的纤维布或者织物均由玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱形成，并且所述的纤维布或者织物的幅宽为250～400mm；其中，所述的纤维布或者织物在缠绕时第n+1圈与第n圈之间重叠1/3～1/2，其中n为自然数；其中，所述补强层包括第一补强层和第二补强层；第一补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～4m处；第二补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部5～6m处；
(3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，从而得到带环向缠绕层的模具；其中，所述环向缠绕层的厚度为0.35～0.5mm；
(4)固化：将所述带环向缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，整个缠绕过程在恒温恒湿的封闭条件下进行，温度控制在20～25℃，湿度在40％以内。
3.一种复合材料电杆的制备方法，其特征在于，所述的电杆包括至少一个缠绕组，该至少一个缠绕组由内向外依次包括螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层；所述的电杆还包括最外缠绕层，其设置在所述至少一个缠绕组的外表面，并具有耐老化和耐紫外线功能；
(1)螺旋缠绕：在模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部螺旋缠绕至梢部，从而得到带螺旋缠绕层的模具；其中，所述螺旋缠绕层的厚度为0.8～1mm，其缠绕角为1～3°；
(2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～8m处，从而得到带补强层的模具；其中，所述补强层的厚度为0.5～1mm；其中，在所述补强层中，所述的纤维布或者织物均由玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱形成，并且所述的纤维布或者织物的幅宽为250～400mm；其中，所述的纤维布或者织物在缠绕时第n+1圈与第n圈之间重叠1/3～1/2，其中n为自然数；其中，所述补强层包括第一补强层和第二补强层；第一补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～4m处；第二补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部5～6m处；
(3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，从而得到带环向缠绕层的模具；其中，所述环向缠绕层的厚度为0.35～0.5mm；
(4)最外层缠绕：在所述带环向缠绕层的模具外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，从而得到带最外缠绕层的模具；其中，所述最外缠绕层的厚度为0.3～0.6mm；
(5)固化：将所述带最外缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在最外缠绕层中，所述的玻璃纤维或玄武岩纤维均以经过具有耐老化和耐紫外线的聚氨酯浸润处理的无捻纱的形式使用。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，整个缠绕过程在恒温恒湿的封闭条件下进行，温度控制在20～25℃，湿度在40％以内。
复合材料电杆及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种复合材料电杆及其制备方法，尤其是一种高强高韧聚氨酯复合材料电杆及其制备方法。
背景技术
[0002] 传统的电杆一般为水泥杆、金属杆或木质电杆。这些电杆在内陆地区得到了广泛的应用，但是将其用于沿海地区时则存在诸多困难。沿海地区和内陆地区环境特点不同，年平均风速基本在5m/s左右，这种高频率小速度风要求电杆具有良好的耐疲劳性能，即需要良好的韧性。此外，沿海地区还会有台风、超强台风等高风速风出现，这就要求电杆具有良好的承载力弯矩(大风速不损坏)，即具有足够的强度。传统的三种电杆满足沿海用要求比较困难，会出现易受腐蚀、安装运输困难、强度及韧性不够从而易被台风吹断的问题。
[0003] 因此，迫切需要一种电杆，其耐疲劳性能优良，可以应用于沿海地区。
发明内容
[0004] 本发明的目的之一在于提供一种复合材料电杆，其耐疲劳性能优良。本发明的目的之二在于提供上述复合材料电杆的制备方法，其工艺简单，可以获得耐疲劳性能优良的电杆。
[0005] 本申请的发明人发现，对于复合材料电杆，通过调整铺层设计，选择合适的纤维材料可以获得耐疲劳性能优良的电杆，从而完成了本发明。
[0006] 本发明提供一种复合材料电杆，其包括至少一个缠绕组，例如1～5个缠绕组，优选为1～3个缠绕组。本发明的所述至少一个缠绕组由内向外依次包括螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层。本发明的电杆可以设计为锥台形结构，亦即根径大于梢径。
[0007] 根据本发明的一个具体实施方式，所述的电杆包括至少一个缠绕组，该至少一个缠绕组由内向外依次包括螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层；
[0008] 其中，所述螺旋缠绕层使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部螺旋缠绕至梢部，所述螺旋缠绕层的厚度为0.5～1mm，其缠绕角为1～3°；
[0009] 其中，所述补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～8m处，所述补强层的厚度为0.5～1mm；和
[0010] 其中，所述环向缠绕层使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，所述环向缠绕层的厚度为0.3～0.6mm。
[0011] 根据本发明的电杆，优选地，在所述螺旋缠绕层中，所述的玻璃纤维或玄武岩纤维均以经过聚氨酯浸润处理的无捻纱的形式使用；并且在所述环向缠绕层中，所述的玻璃纤维或玄武岩纤维均以经过聚氨酯浸润处理的无捻纱的形式使用。在本发明中，无捻纱优选为高强度玻璃纤维无捻纱或高强度玄武岩纤维无捻纱，这样可以进一步提高电杆的强度。本发明的聚氨酯优选为双组分聚氨酯，可以采用本领域已知的那些。作为优选，双组分聚氨酯为亨斯迈公司生产的聚氨酯树脂；A组分：SK15001多元醇混合物，B组分:Suprasec 1502。
[0012] 在本发明中，在所述螺旋缠绕层中，所述螺旋缠绕层的厚度可以为0.5～1mm，优选为0.8～1mm。所述螺旋缠绕层的缠绕角可以为1～3°，优选为2～3°。在所述环向缠绕层中，所述环向缠绕层的厚度可以为0.3～0.6mm，优选为0.35～0.5mm。所谓环向缠绕是指缠绕角接近90°时的缠绕方式。
[0013] 在本发明中，所述补强层使用纤维布或者织物可以从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～8m处。优选地，所述补强层使用纤维布或者织物可以从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～6m处。所述补强层的厚度可以为0.5～1mm，优选为0.8～1mm。在缠绕纤维布或者织物时，采用人工淋胶的方式将聚氨酯淋在纤维布或者织物上。该聚氨酯可以采用螺旋缠绕层、环向缠绕层所使用的那些，这里不再赘述。
[0014] 根据本发明的电杆，优选地，在所述补强层中，所述的纤维布或者织物均由玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱形成，并且所述的纤维布或者织物的幅宽为250～400mm。作为优选，所述的纤维布或者织物的幅宽为300～350mm。在本发明中，无捻纱优选为高强度玻璃纤维无捻纱或高强度玄武岩纤维无捻纱，这样可以进一步提高电杆的强度。在本发明中，高强度玻璃纤维无捻纱或高强度玄武岩纤维无捻纱的拉伸断裂强度不小于0.45N/tex。
[0015] 根据本发明的电杆，优选地，在所述补强层中，所述的纤维布或者织物在缠绕时第n+1圈与第n圈之间重叠1/3～1/2，其中n为自然数，即1，2，3，4，5，6，7，8……。例如，第2圈与第1圈之间重叠1/3，第3圈与第2圈之间重叠1/3。
[0016] 根据本发明的电杆，优选地，所述补强层包括第一补强层和第二补强层；第一补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～5m处；第二补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部0.5～1.8m处开始缠绕至距离所述电杆的根部5～8m处。作为优选，第一补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部3～4m处；第二补强层使用纤维布或者织物从距离所述电杆的根部1～1.5m处开始缠绕至距离所述电杆的根部5～6m处。
[0017] 根据本发明的电杆，优选地，所述的电杆还包括最外缠绕层，其设置在所述至少一个缠绕组的外表面，并具有耐老化和耐紫外线功能；所述最外缠绕层使用玻璃纤维或玄武岩纤维从所述电杆的根部环向缠绕至梢部，所述最外缠绕层的厚度为0.3～0.6mm。作为优选，所述最外缠绕层的厚度为0.3～0.5mm。
[0018] 根据本发明的电杆，优选地，在最外缠绕层中，所述的玻璃纤维或玄武岩纤维均以经过具有耐老化和耐紫外线的聚氨酯浸润处理的无捻纱的形式使用。具有耐老化和耐紫外线的聚氨酯优选为耐老化和耐紫外线的双组分聚氨酯，可以采用本领域已知的那些，这里不再赘述。作为优选，具有耐老化和耐紫外线的双组分聚氨酯为亨斯迈公司生产的聚氨酯树脂；A组分：SK15002脂肪组多元醇混合物，B组分：Suprasec 3276。
[0019] 本发明还提供一种上述电杆的制备方法，包括如下步骤：
[0020] (1)螺旋缠绕：在模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维进行缠绕，从而得到带螺旋缠绕层的模具；
[0021] (2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用纤维布或者织物进行缠绕，从而得到带补强层的模具；
[0022] (3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维进行缠绕，从而得到带环向缠绕层的模具；
[0023] (4)固化：将所述带环向缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
[0024] 根据本发明的一个具体实施方式，该制备方法包括如下步骤：
[0025] (1)螺旋缠绕：在模具的外表面，使用经过聚氨酯浸润处理的玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱进行缠绕，从而得到带螺旋缠绕层的模具。亦即，从模具的根部螺旋缠绕至其梢部，从而得到带螺旋缠绕层的模具。
[0026] (2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用由玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱形成的纤维布或者织物进行缠绕，从而得到带补强层的模具。
[0027] (3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用经过聚氨酯浸润处理的玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱进行缠绕，从而得到带环向缠绕层的模具。亦即，从根部环向缠绕至梢部，从而得到带环向缠绕层的模具。
[0028] (4)固化：将所述带环向缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
[0029] 本发明还提供上述电杆的另一种制备方法，包括如下步骤：
[0030] (1)螺旋缠绕：在模具外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维进行缠绕，从而得到带螺旋缠绕层的模具；
[0031] (2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用纤维布或者织物进行缠绕，从而得到带补强层的模具；
[0032] (3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维进行缠绕，从而得到带环向缠绕层的模具；
[0033] (4)最外层缠绕：在所述带环向缠绕层的模具外表面，使用玻璃纤维或玄武岩纤维进行缠绕，从而得到带最外缠绕层的模具；
[0034] (5)固化：将所述带最外缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
[0035] 根据本发明的一个具体实施方式，该制备方法包括如下步骤：
[0036] (1)螺旋缠绕：在模具外表面，使用经过聚氨酯浸润处理的玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱进行缠绕，从而得到带螺旋缠绕层的模具。亦即，从模具的根部螺旋缠绕至其梢部，从而得到带螺旋缠绕层的模具。
[0037] (2)补强层缠绕：在所述带螺旋缠绕层的模具的外表面，使用由玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱形成的纤维布或者织物进行缠绕，从而得到带补强层的模具；
[0038] (3)环向缠绕：在带补强层的模具的外表面，使用经过聚氨酯浸润处理的玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱进行缠绕，从而得到带环向缠绕层的模具。以及从根部环向缠绕至梢部，从而得到带环向缠绕层的模具。
[0039] (4)最外层缠绕：在所述带环向缠绕层的模具外表面，使用经过具有耐老化和耐紫外线的聚氨酯浸润处理的玻璃纤维无捻纱或玄武岩纤维无捻纱从根部缠绕至梢部，从而得到带最外缠绕层的模具。
[0040] (5)固化：将所述带最外缠绕层的模具在80～95℃下固化2～5小时，脱模和修整后得到所述电杆。
[0041] 在本发明的制备方法中，螺旋缠绕、补强层缠绕、环向缠绕、最外层缠绕的条件与前面的电杆产品部分的描述相同，这里不再赘述。
[0042] 根据本发明的制备方法，优选地，整个缠绕过程在恒温恒湿的封闭条件下进行，温度控制在20～25℃，湿度在40％以内。在上述条件下实施缠绕过程，可以使得聚氨酯树脂固化良好，电杆的强度和韧性增加。
[0043] 此外，本发明的制备方法还可以包括准备步骤：开启注胶机上的内外层料，安装混胶装置和出胶管，模具清理并打两遍油性脱模剂。内层料用于螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层，其为普通双组分聚氨酯。外层料用于最外层缠绕层，其为防紫外线耐老化的双组分聚氨酯树脂。这样可以起到保护整个电杆的作用，使得强度发挥更好。
[0044] 本发明的电杆通过优化设计，可以通过至少200万次的疲劳测试。本发明通过调整铺层设计，控制螺旋缠绕的厚度，减少螺旋缠绕交叉处缺陷，并且采用小角度缠绕，从而实现了获得高强度电杆的目的。此外，本发明的根部补强层进一步增加了电杆的强度。本发明采用聚氨酯可以进一步提高电杆的韧性。
具体实施方式
[0045] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0046] <原料说明>
[0047] 普通双组分聚氨酯：亨斯迈公司生产，A组分：SK15001多元醇混合物，B组分:Suprasec 1502。
[0048] 具有耐老化和耐紫外线的双组分聚氨酯：亨斯迈公司生产，A组分：SK15002脂肪组多元醇混合物，B组分：Suprasec 3276。
[0049] 高强度玻璃纤维无捻纱：欧文斯科宁公司生产，PB-192-2400。
[0050] <耐疲劳试验>
[0051] 在室外环境条件下，将12m的电杆距离根部2m处固定，电机带动偏心轮来回摆动从而带动电杆左右摆动，电杆顶端的面向一侧的摆动幅度为300mm，根据电机频率及开机时间计算出电杆摆动次数。
[0052] 实施例1
[0053] 本发明的复合材料电杆的根径大于梢径。该电杆包括一个缠绕组，该缠绕组由内向外的三种铺层分别为：螺旋缠绕层、补强层和环向缠绕层。
[0054] 在螺旋缠绕层中，使用表面经过普通双组分聚氨酯处理的高强度玻璃纤维无捻纱从根部缠绕至梢部，控制螺旋缠绕层厚度为1mm，缠绕角度为3°。
[0055] 在补强层中，使用高强度玻璃纤维无捻纱形成的织物进行缠绕，第一层从距离根部1.5m处至距离根部3m，第二层为从距离根部1.5m处至距离根部5m处，补强层的总厚度为1mm。淋胶采用普通双组分聚氨酯。
[0056] 在环向缠绕层中，使用表面经过普通双组分聚氨酯处理的高强度玻璃纤维无捻纱从根部缠绕梢部，控制环向缠绕层的厚度为0.5mm，从根部缠绕至梢部。
[0057] 本发明的电杆还包括最外缠绕层，其设置在该缠绕组的外表面，并具有耐老化和耐紫外线功能；在最外缠绕层中，使用表面经过具有耐老化和耐紫外线的双组分聚氨酯的高强度玻璃纤维无捻纱从根部环向缠绕至梢部，控制最外缠绕层的厚度为0.5mm。
[0058] 下面描述上述复合材料电杆的制备方法，包含以下步骤：
[0059] 步骤一、准备工作：启动注胶机上料，安装混胶装置和出胶管，模具清理并打两遍油性脱模剂。
[0060] 步骤二、螺旋缠绕：使用胶槽浸胶(普通双组分聚氨酯)后的高强度玻璃纤维无捻纱从根部至所述梢部等角度螺旋缠绕，缠绕角为3°。
[0061] 步骤三、补强层缠绕：补强层的缠绕从距离根部1.5m处开始至3m处为第一层，从距离根部1.5m处至5m处为第二层；选用幅宽为400mm高强度玻璃纤维无捻纱形成的织物，缠绕时重叠1/3；采用人工淋胶的方式，使用普通双组分聚氨酯。
[0062] 步骤四、环向缠绕：使用胶槽浸胶(普通双组分聚氨酯)后的高强度玻璃纤维无捻纱从根部缠绕至梢部。
[0063] 步骤五、开启耐老化和耐紫外线的双组分聚氨酯设备，并进行最外层缠绕。
[0064] 步骤六、在固化炉内90℃下固化2小时，出炉后脱模和修整，获得复合材料电杆A1。
[0065] 整个缠绕过程在恒温恒湿的封闭条件下缠绕，温度控制在25℃，湿度在40％以内。
[0066] 将所得电杆进行耐疲劳试验，能够通过至少200万次的耐疲劳试验。
[0067] 实施例2
[0068] 除了将高强度玻璃纤维无捻纱替换为高强度玄武岩纤维无捻纱，将高强度玻璃纤维无捻纱形成的织物替换为高强度玄武岩纤维无捻纱形成的织物，其余条件和步骤与实施例1相同，获得实施例2的电杆A2。将所得电杆进行耐疲劳试验，能够通过至少200万次的耐疲劳试验。
[0069] 实施例3
[0070] 除了省略最外缠绕层以及步骤五之外，其余条件和步骤与实施例1相同，获得实施例3的电杆A3。将所得电杆进行耐疲劳试验，能够通过至少200万次的耐疲劳试验。
[0071] 本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。
