技术领域

本发明涉及一种复合材料杆塔， 尤其涉及一种绝缘复合材料杆塔， 可以作 为电力线路、 通讯设施， 铁路电气化， 轨道交通及公共事业及相关领域的绝缘 支撑构件。

背景技术

目前， 各个领域使用的传统杆说塔、 如输配电线路的铁塔， 通讯杆塔， 铁路 电气化杆塔， 都是采用钢筋混凝土或者钢铁制成， 不仅重量重， 而且这些杆塔 都是导体， 容易产生诸如雷电、 大风、 污秽书、 冰雪、 盐雾等恶劣天气引起的运 行事故。 通讯杆塔由于屏蔽作用还会产生微波紊乱， 影响通讯质量。 铁路电气 化传统杆塔的杂散电流还会造成对铁轨的腐蚀 ， 等等。 所有的短缺都将通过复 合材料杆塔的绝缘特性得到克服。

目前也有一些技术， 公开了采用复合材料制作电力杆塔或者类似产 品， 但 是有的技术公开不够充分， 如中国专利 "200710168533. 0" , 名称为 "10KV配电 线路绝缘塔头" , 公开了一种 10KV配电线路绝缘塔头，其特征在于：采用憎� �型 高强度绝缘棒，用连接金具乌针式绝缘子进行 组装，形成一个绝缘塔头整体;或 采用憎水型高强度绝缘棒直接与连接金具进行 组装，形成一个绝缘塔头整体。 对 于憎水型高强度绝缘棒本身没有相应的介绍。

也有的技术， 在应用中存在抗紫外线能力差， 如中国专利 "00131910. 8" , 名称为 "一种用复合材料制作的电力杆塔" 的专利申请所公开的一种用复合材 料制作的电力杆塔，其特征是按照下述主要成 份及重量比选取：聚酯树脂或环氧 树脂或酚趁树脂 40-60份,玻璃纤维或碳纤维 40-60份，瓷粉或石英粉或轻质碳 酚钙 9-11份，颜料 5-7份，阻燃剂 6-10份，防老化剂 3-5份，固化剂 3-5份。 不 仅没有抗紫外线功能， 而且碳纤维是导体不具有绝缘功能， 故而其公开的电力 杵塔不具备绝缘效果， 并且碳纤维成本非常高， 实际应用中不具备普遍推广的 价值。

此外， 如中国专利 "200620072440. 9" , 名称为 "新型复合电杆"所公开的， 是一种玻璃纤维与聚氨酯复合的新型电杆，包 括中空杆体,杆体是浸渍聚氨酯的 玻璃纤维股绕轴的缠绕体，所述浸渍聚氨酯的 玻璃纤维股由内到外依次是内层 玻璃纤维层、 中层芳香族聚氨酯层、 外层脂肪族聚氨酯层构成，聚氨酯固化后三 层结为一整体。

发明内容

本发明的目的是揭示一种复合材料杆塔， 本身强度高， 绝缘性能好， 并且 通过高强度本体和具备强抗紫外线能力的耐候 性树脂的复合保护及具有超耐 候、 防水、 阻燃、 低表面能特性的无机涂料的涂敷， 使复合材料杆塔具有绝缘、 高强度、 抗紫外线、 耐天候、 憎水、 阻燃、 不粘自洁等一系列优异特性， 尤其 适合户外长期使用。

本发明的技术方案是， 一种复合材料杆塔， 包括本体， 置于本体外的第一 外层和第二外层， 以及置于本体内的泡沫填充物， 所述的本体为包括树脂与绝 缘纤维的复合材料， 所述的第一外层为包括耐候性树脂与绝缘纤维 的复合材料, 所述的第二外层为无机涂料， 所述的本体、 第一外层、 第二外层和本体内的泡 沫填充物构成复合材料杆塔。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的本体为环氧树脂及玻璃纤维的复合材 料。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的泡沫填充物为绝缘的闭孔泡沫塑料。 在本发明一个较佳实施例中， 所述的无机涂料为陶瓷涂料。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的复合材料杆塔用作电力、 通讯、 铁路 电气化、 轨道交通及公用设施中的杆塔； 该杆塔是整塔或者横担或者塔头； 或 者塔杆、 横担与塔头之间的不同组合。 本发明的另一目的还在于提供一种复合材料杆 塔的制造方法。 可以生产出 高绝缘性能、 高强度、 抗紫外线能力强的复合材料杆塔， 尤其适合户外使用。

一种复合材料杆塔的制造工艺， 包括：

将绝缘纤维浸渍树脂缠绕在预制的模具上， 达到设计要求的壁厚与长度， 形成复合材料杆塔的本体；

再在复合材料杆塔本体的外面继续缠绕浸渍耐 候性树脂的绝缘纤维， 形成 复合材料杆塔的第一外层；

复合材料杆塔第一外层成形后， 安照预先设计的温度和时间对应要求进行 力口温固化；

再在固化后的复合材料杆塔外面打磨抛光， 涂敷无机涂料， 形成复合材料 杆塔的第二外层；

还包括在复合材料杆塔内填充闭孔的塑料泡沫 ；

所述的树脂或者耐候性树脂浸渍绝缘纤维的过 程中， 需添加辅助材料。 在本发明一个较佳实施例中， 所述的绝缘纤维为玻璃纤维， 所述的树脂为 环氧树脂。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的耐候性树脂为脂环族环氧树脂， 所述 的无机涂料为陶瓷涂料。

在本发明一个较佳实施例中， 所述的辅助材料包括固化剂、 促进剂、 填料 和颜料。

本发明揭示的复合材料杆塔， 由于采用了无机涂料以及耐候性树脂作为原 料的一部分， 所以抗紫外线能力得到极大的提高， 并且憎水， 在户外长时间使 用的环境下， 不易老化， 内部填充轻盾的绝缘材料， 使得复合材料杆塔重量轻, 此外， 提高了复合材料杆塔整体绝缘水平。 附图说明

附图 1为本发明较佳实施例中复合材料杆塔的示意� �；

附图 2为本发明较佳实施例中复合材料杆塔制造方� �的流程示意图。 本体 1， 第一外层 2， 第二外层 3 , 填充层 ⁴ 。 具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细 阐迷， 以使本发明的优点和 特征能更易于被本领域技术人员理解， 从而对本发明的保护范围做出更为清楚 明确的界定。

本发明揭示的一种复合材料杆塔， 可以应用在路灯杆、 红绿灯杆、 电子监 控杆、 输配电电力系统的塔头、 杆塔、 整塔及横担等各个产品上， 本实施例中 以杆塔为示例来说明， 但本发明并不是以此为限， 本发明的保护范围以权利要 求的保护范围为准。

如图 1所示， 本实施例中的复合材料杆塔截面呈圓形， 但是本发明并不限 于此， 可以是椭圆形、 方形、 多边形或者相关形状。 在复合材料杆塔中包括本 体 1， 第一外层 2， 第二外层 3和填充层 4。 其中的本体 1由树脂和绝缘纤维的 复合材料组成， 本实施例中， 树脂优选为环氧树脂， 但也可以为其他如酚醒树 月旨、 聚氨酯树脂等。 绝缘纤维优选为玻璃纤维， 尤其是玻璃纤维中的 E类纤维, 但也可以是玄武岩纤维。

在本实施例中， 第一外层 2由耐候性树脂和绝缘纤维的复合材料组成， 其 中耐候性树脂优选脂环族环氧树脂， 但也可以是氟改性环氧树脂或酚醛改性环 氧树脂， 同样可以起到抗紫夕卜线的作用。 本实施例中的绝缘纤维还是优选 E类 玻璃纤维， 但同样可以采用其他如玄武岩纤维。

由于脂环族环氧树脂具有以下优异性能， 所以此处的耐候性树脂优选脂环 族环氧树脂。

脂环族环氧树脂的分子结构中不含苯环， 具有良好的耐侯性能和抗紫外辐 射。

因为脂环族环氧树脂分子结构中的环氧基不是 来自环氧丙烷， 环氧基直接 连接在脂环上， 所以， 脂环族环氧树脂的热稳定性良好： 由于脂环族环氧树脂 的环氧基直接连接在脂环上， 能形成紧密的刚性分子结构， 固化后交联密度增 大， 因而热变形温度比较高， 马丁耐热可以达到 190°C以上， 热分解温度大于 360°C。 固化收缩率小， 拉伸强度高。

由于脂环族环氧树脂合成的过程中不含氯、 钠等离子， 因此脂环族环氧树 脂都具有良好的介电性能， 无论是从比电阻还是从介电损耗角正切值看， 均较 双酚 A型环氧树脂为优。

脂环族环氧树脂的粘度都比较小， 因此， 在浇注和压制制件时作业较方便， 这一点， 尤其是对大部件的制件加工时， 更显得重要。

脂环族环氧树脂对有机酸和酸酐的反应活性比 对胺类的反应活性大。 因此， 在酸性固化剂中便能充分固化。 这样一来就避免了使用毒性大、 挥发性大的胺 类固化则， 对操作人员比较安全。

在本发明实施例中， 由包含脂环族环氧树脂制造的有机绝缘体来代 替户外 装置中的陶瓷制品、 水泥及钢铁制品。 与陶瓷相比， 它具有重量轻、 体积小， 抗冲击性好等优点， 而且可以较经济地制成大小、 形状各异的产品。 这类产品 可以同时满足热冲击电阻良好、 热变形温度高、 临界电气特性优良的要求。

复合材料杆塔的第二外层 3采用无机涂料， 本发明实施例中， 无机涂料采 用陶瓷涂料， 但也可以使用如二氧化钛涂料等， 由于无机涂料具备良好的绝缘、 防水耐高温耐碱、 不燃、 耐污和抗紫外线等能力， 因此此处用作复合材料杆塔 的第二外层 3。

填充层 4是采用绝缘泡沫材料进行填充， 本发明实施例中， 优选采用闭孔 的绝缘泡沫塑料进行填充， 也可以釆用油或者 SF6气体进行填充， 但是后两者 对于密封的要求相对更为严格， 而绝缘泡沫塑料本身质量比较轻， 成本也在可 接受范围。

请参见附图 ² ， 此处示意了复合材料杆塔的制造工艺， 分别有以下几个步骤 组成。

缠绕浸渍树脂的绝缘纤维 Sl， 首先把树脂置于树脂槽， 将绝缘纤维经过分 纱器后通过树脂槽， 绝缘纤维经过树脂槽中树脂的浸渍后， 再通过缠绕设备上 的集纱器进行卷绕， 所述的缠绕设备设置有芯棒， 由缠绕设备的芯棒将上述浸 渍树脂的绝缘纤维进行卷绕工作， 待缠绕到一定程度后， 就形成了复合材料杆 塔的本体 1。此处的缠绕有厚度和长度的要求， 也即复合材料杆塔的长度以及本 体的厚度， 根据不同的应用场合， 厚度及长度要求各不相同。 由于树脂是以液 体形态添加入绝缘纤维中， 因此树脂会渗透入绝缘纤维内。 此处的树脂优选环 氧树脂， 但也可以是其他如酚醛树脂等， 此处的绝缘纤维优选为 E类珠璃纤维， 但也可以是玄武岩纤维等。 此处的芯棒可以采用不同形状， 从而制造出来的最 终的复合材料杆塔的形状也可以各种各样。

缠绕浸渍耐候性树脂的绝缘纤维 S2 , 形成复合材料杆塔的本体 1以后， 继 续以此绝缘纤维和形成的本体 1为基础， 在缠绕设备的芯棒上进行卷绕。 此处 树脂槽内放置的是耐候性树脂， 因此此处卷绕的是浸渍过耐候性树脂的绝缘纤 维。 此处的耐候性树脂优选为脂环族环氧树脂， 耐候性树脂分为热固性和热塑 性两种， 此处并不限制， 也可以是氟环氧树脂或盼醛环氧树脂。 耐候性树脂同 样会渗透入绝缘纤维里面， 形成第一外层 2。

加温固化 S3 , 对经过上述步骤后制成的构件进行加温固化， 经过固化后， 得到的构件是一体的， 为了充分固化， 再进行二次加热固化。 二次固化（或者 后固化）时间与固化温度条件有关， 本实施例中， 在固化温度为 45 °C~50°C条件 下， 固化时间在 3小时左右； 在固化温度为 60°C~80°C条件下， 固化时间在 2小 时左右； 在固化温度为 100°C~12 (TC条件下， 固化时间为 2小时左右； 在固化温 度为 140'C~160°C条件下， 固化时间为 2小时左右。 然后自然降温至常温， 完成 固化程序。 但是也可以根据当时天气状况， 如： 空气湿度、 温度、 产品厚度等 条件调节温升程序。 然后， 抽出芯棒， 形成中间品。

打磨抛光并涂无机涂料 S4 , 经过固化后， 形成了中间品， 然后， 在中间品 的第一外层 2外面进行打磨抛光， 在经过抛光后的表面涂上无机涂料， 本实施 例中涂的是陶瓷涂料， 形成第二外层 3。 根据产品应用当地的天候、 气温、 污秽 等级及太阳光照的强弱确定涂层厚度， 涂层可以底涂、 面涂， 底涂也可以釆用 和基体树脂附着力好的耐候性涂料， 以降低陶瓷涂料的用量， 降低成本。 但面 涂必须是陶瓷涂料。 面涂可以一遍二遍， 也可以多遍。 当然也可以使用二氧化 钛等无机涂料作为第二外层 3的原料。

填充绝缘材料 S5， 在本体内部再填充绝缘材料， 比如闭孔的绝缘泡沫塑料 或者油等绝缘材料， 形成填充层 4, 制成复合材料杆塔， 然后进行检测和试验， 看制成的复合材料杆塔是否合格， 尤其在绝缘性能等方面。 如果是填充了油或 者 SF6等， 则还需要将复合材料杆塔两端的端口进行密封 ， 以防止 SF6或者油 的泄漏。 此处的填充绝缘材料 S5的步骤， 可以设置在打磨抛光并涂无机涂料 S4 之后， 也可以设置在此步骤之前， 先进行填充绝缘材料 S5。

在绝缘纤维浸渍树脂或者耐候性树脂的过程中 ， 需要添加辅助材料， 辅助 材料包括适量的罔化剂、 促进剂、 填料和颜料， 也可以适当添加阻燃剂等材料， 视实际的需求和应用而定。

此外， 还可以釆用干法缠绕制作复合材料杆塔， 下面简单的进行介绍， 将 绝缘纤维浸渍树脂， 然后进行烘干， 形成半固态的绝缘纤维与树脂的复合材料， 经过加热后软化， 再缠绕在芯棒上， 形成复合材料杆塔的本体 1 ; 将绝缘纤维浸 渍耐候性树脂， 然后进行烘干， 形成半固态的绝缘纤维与耐候性树脂的复合材 料， 经过加热软化后， 再缠绕在芯棒上， 形成复合材料杆塔的第一外层 2, 然后 经过加温固化，在第一外层进行打磨抛光处理 ，涂覆无机涂料，形成第二外层 3， 在本体内填充泡沫填充物， 形成填充层 4。

此处制成的复合材料杆塔截面是圆形或接近于 圓形的， 但是同样可以采用 上述方法， 制成截面为椭圆形或方形或多边形的复合材料 杆塔， 只不过缠绕时 采用的芯棒形状不同而已。 此外， 缠绕设备上的芯棒也可以采用异形的， 比如 芯棒上下不通粗细等， 从而制造成其他所需要的复合材料杆塔。

本发明实施例制成的复合材料杆塔， 其长度可以按照设计需要进行制作， 或者可以制作不同直径或者尺寸的复合材料杆 塔， 然后将相配套的复合材料杆 塔再次进行組装， 比如套装或者法兰固定连接， 从而制成比较高的杆塔或者下 面粗、 上面细的杆塔等。

本发明揭示的复合材料杆塔， 由于采用了无机涂料以及耐候性树脂作为杆 塔组成的一部分， 所以抗紫外线能力得到极大的提高， 并且憎水， 不粘自清洁 的能力强。 在户外长时间使用的环境下， 不易老化， 内部填充轻质的绝缘材料 , 使得复合材料杆塔重量轻， 此外， 提高了复合材料杆塔整体绝缘水平。

以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于 此， 任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的 技术范围内， 可不经过创造 性劳动想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明 的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范 围为准。