RU2630897C2 - Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique - Google Patents
Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique Download PDFInfo
- Publication number
- RU2630897C2 RU2630897C2 RU2015150277A RU2015150277A RU2630897C2 RU 2630897 C2 RU2630897 C2 RU 2630897C2 RU 2015150277 A RU2015150277 A RU 2015150277A RU 2015150277 A RU2015150277 A RU 2015150277A RU 2630897 C2 RU2630897 C2 RU 2630897C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- strands
- impregnation
- impregnated
- holes
- Prior art date
Links
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
Landscapes
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), используемых в электротехнике.The invention relates to the production of products from polymer composite materials (PCM) used in electrical engineering.
Известны способ изготовления сердечника электрического провода методом пултрузии, включающий подачу на пропитку прядей непрерывного волокна, пропитку волокна термопластичным связующим с последующей термообработкой, и сердечник электрического провода, изготовленный этим способом (US 2014102760 A1).A known method of manufacturing the core of an electric wire by pultrusion method, comprising feeding continuous strands of fiber to the impregnation, impregnating the fiber with a thermoplastic binder, followed by heat treatment, and an electric wire core made by this method (US 2014102760 A1).
Недостатком известных технических решений являются низкие эксплуатационные характеристики сердечника.A disadvantage of the known technical solutions are the low performance characteristics of the core.
Известны способы изготовления многожильного сердечника электрического провода, включающие скручивание длинномерных гибких стержней, каждый из которых предварительно получают методом пултрузии путем пропитки волокна термореактивным связующим с последующей термообработкой, и многожильные сердечники электрического провода, изготовленные этими способами (RU 105515 U1, RU 2439728 C1, RU 2386183).Known methods for manufacturing a multicore core of an electric wire, including twisting long flexible rods, each of which is preliminarily obtained by pultrusion by impregnating a fiber with a thermoset binder followed by heat treatment, and multicore cores of an electric wire made by these methods (RU 105515 U1, RU 2439728 C1, RU 2386183 )
Недостатком указанных известных технических решений также являются низкие эксплуатационные характеристики многожильного сердечника электрического провода.A disadvantage of these known technical solutions are also the low operational characteristics of the stranded core of the electric wire.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются известный способ изготовления многожильного сердечника электрического провода, включающий скручивание длинномерных гибких стержней, каждый из которых предварительно получают методом пултрузии путем подачи на пропитку прядей непрерывного углеродного волокна через круглые отверстия, расположенные в центральной части, а прядей другого непрерывного волокна (стеклянного) - через круглые отверстия, расположенные в периферийной части распределительной пластины, содержащей указанные отверстия в количестве, соответствующем количеству прядей, пропитки прядей эпоксидным связующим и термообработкой, и многожильный сердечник электрического провода, изготовленный этим способом (ЕА 011625 В1 - прототип).The closest in technical essence and the achieved result are a known method of manufacturing a multicore core of an electric wire, including twisting of long flexible rods, each of which is preliminarily obtained by pultrusion by feeding strands of continuous carbon fiber through round holes located in the central part, and strands of the other continuous fiber (glass) - through round holes located in the peripheral part of the distribution plate s containing these holes in an amount corresponding to the number of strands, impregnation of the strands with an epoxy binder and heat treatment, and a multicore core of an electric wire made in this way (EA 011625 B1 - prototype).
Недостатком известных технических решений является низкая прочность на разрыв многожильного сердечника электрического провода.A disadvantage of the known technical solutions is the low tensile strength of the stranded core of the electric wire.
Технической задачей предлагаемой группы изобретений является изготовление многожильного сердечника электрического провода, лишенного указанного недостатка.The technical task of the proposed group of inventions is the manufacture of a multicore core of an electric wire devoid of this drawback.
Технический результат каждого из изобретений предлагаемой группы состоит в повышении прочности на разрыв многожильного сердечника электрического провода.The technical result of each of the inventions of the proposed group is to increase the tensile strength of the stranded core of the electric wire.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления многожильного сердечника электрического провода, включающем скручивание длинномерных гибких стержней, каждый из которых предварительно получают методом пултрузии путем подачи на пропитку прядей непрерывного углеродного волокна через круглые отверстия, расположенные в центральной части, а прядей другого непрерывного волокна - через круглые отверстия, расположенные в периферийной части распределительной пластины, содержащей указанные отверстия в количестве, соответствующем количеству прядей, пропитки прядей эпоксидным связующим и термообработкой, в качестве другого непрерывного волокна используют базальтовое волокно, причем применяют углеродное и базальтовое волокно, имеющее относительное удлинение 1-3%, пропитку проводят в камере, выполненной с внешней цилиндрической поверхностью и внутренней поверхностью в виде прямого кругового усеченного конуса с конусностью 0,01-0,10, основание которого выполнено в виде указанной распределительной пластины и в сечении которого, параллельном основанию, расположена пластина с центральным круглым отверстием для выхода пропитанного углеродного волокна в виде одного пучка и по крайней мере пятью одинаковыми круглыми отверстиями, равномерно расположенными по периферии пластины, для выхода пропитанного базальтового волокна в виде соответствующего количества одинаковых пучков, каждый из которых включает не менее двух прядей, при этом диаметр каждого из отверстий для выхода пропитанного волокна рассчитывают по формуле Dвых=a⋅Dc⋅Кп/К, где а=1,0045-1,0050, Dc - заданный диаметр длинномерного гибкого стержня, Кп - количество прядей пропитанного волокна в пучке, К - общее количество прядей углеродного и базальтового волокна, используют камеру пропитки, снабженную двумя соосными отверстиями для подачи эпоксидного связующего, расположенными на оси, перпендикулярной оси конуса, а последующую термообработку осуществляют в профилирующей фильере, разделенной на три температурные зоны, поддерживая в первой зоне 120-150°С, во второй зоне 160-190°С, в третьей зоне 140-160°С, и далее - в камере термообработки при 190-205°С.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a multicore core of an electric wire, comprising twisting long flexible rods, each of which is preliminarily obtained by pultrusion by feeding strands of continuous carbon fiber through round holes located in the central part and strands of another continuous fiber - through round holes located in the peripheral part of the distribution plate containing these holes in quantities corresponding to the number of strands, impregnation of strands with an epoxy binder and heat treatment, basalt fiber is used as another continuous fiber, carbon and basalt fiber having a relative elongation of 1-3% are used, the impregnation is carried out in a chamber made with an external cylindrical surface and an inner surface in in the form of a direct circular truncated cone with a taper of 0.01-0.10, the base of which is made in the form of the specified distribution plate and in the cross section of which, in parallel, is based s, there is a plate with a central round hole for the exit of the impregnated carbon fiber in the form of one bundle and at least five identical round holes uniformly located on the periphery of the plate, for the exit of the impregnated basalt fiber in the form of a corresponding number of identical bundles, each of which includes at least two strands, the diameter of each of the outlet openings of the impregnated fibers is calculated by the formula d O = a⋅D c ⋅K n / K, where a = 1,0045-1,0050, d c - a predetermined diameter elongated g bkogo rod, K n - number of strands of impregnated fibers in the bundle, K - total number of strands of carbon and basalt fibers used impregnation chamber provided with two coaxial holes for supplying an epoxy binder, disposed on an axis perpendicular to the axis of the cone, and the subsequent heat treatment is carried out in the shaping a die, divided into three temperature zones, maintaining in the first zone 120-150 ° C, in the second zone 160-190 ° C, in the third zone 140-160 ° C, and then in the heat treatment chamber at 190-205 ° C.
Указанный технический результат достигается тем, что многожильный сердечник электрического провода, представляющий собой скрученные длинномерные гибкие стержни, выполненные из композита на основе эпоксидного связующего и одноосно ориентированного непрерывного армирующего волокна, содержащими внутренний элемент, армированный углеродным волокном, и охватывающую его внешнюю оболочку, армированную другим волокном, изготовлен вышеуказанным способом и включает 60-80% армирующего волокна от массы композита.The specified technical result is achieved in that the multicore core of the electric wire, which is a twisted long flexible rods made of a composite based on an epoxy binder and uniaxially oriented continuous reinforcing fiber, containing an inner element reinforced with carbon fiber, and covering its outer shell reinforced with another fiber , made by the above method and includes 60-80% of the reinforcing fiber by weight of the composite.
В качестве исходного волокна может быть использовано углеродное и базальтовое волокно с различной линейной плотностью (предпочтительно от 54 до 9600 текс) и различным диаметром элементарных волокон (предпочтительно от 6 до 24 мкм) при условии, что относительное удлинение этих волокон находится в узком интервале значений, составляющем 1-3%, что обеспечивает их совместную работу в композите под нагрузкой. Указанный технический результат достигается при любом массовом соотношении количеств углеродного и базальтового волокна, предпочтительно составляющем от 5:95 до 95:5 соответственно.As the initial fiber, carbon and basalt fiber with different linear densities (preferably from 54 to 9600 tex) and different diameters of elementary fibers (preferably from 6 to 24 μm) can be used, provided that the elongation of these fibers is in a narrow range of values, 1-3%, which ensures their joint work in the composite under load. The specified technical result is achieved with any mass ratio of the amounts of carbon and basalt fiber, preferably from 5:95 to 95: 5, respectively.
Осуществление предлагаемого способа состоит в следующем.The implementation of the proposed method is as follows.
Паковки волокна устанавливают на шпулярник пултрузионной установки. Пряди углеродного и базальтового волокна через соответствующие отверстия распределительной пластины последовательно пропускают в камеру пропитки, выполняющую роль блока пропитки и отжима, холодильник, профилирующую обогреваемую фильеру, камеру термообработки и закрепляют в траках тянущего устройства. Предпочтительно в связи с использованием базальтового волокна, являющегося абразивным материалом, всю нитепроводящую гарнитуру изготавливают из материалов с низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью, таких как керамика. Перед включением тянущего устройства включают обогрев профилирующей фильеры и камеры термообработки для достижения необходимых температурных показателей. После этого включают тянущее устройство и выставляют заданную скорость протяжки. Пряди волокна, сходящие со шпулярника, через соответствующее количество отверстий распределительной пластины попадают непосредственно в камеру пропитки, поскольку распределительная пластина выполнена в виде основания конуса внутренней поверхности камеры. Пряди волокна подают через соответствующие отверстия распределительной пластины так, что в камере пропитки углеродное волокно оказывается равномерно окруженным базальтовым волокном. Количество отверстий в распределительной пластине выбирается в зависимости от заданного содержания волокна в получаемом ПКМ. Так, для изготовления длинномерного гибкого стержня с расчетной площадью сечения от 3,8 до 51,9 мм2 требуется соответственно от 8 до 64 отверстий. Диаметр отверстий, а также линейные размеры камеры выбираются в зависимости от вида и линейной плотности волокна и заданного его содержания в получаемом ПКМ. Связующее из дозатора подают в камеру пропитки через два соосных отверстия перпендикулярно направлению движения волокна. Выход пропитанного волокна осуществляется через отверстия пластины, размещенной в сечении, параллельном основанию конуса. Количество отверстий в указанной пластине меньше количества отверстий в распределительной пластине, установленной на входе в камеру пропитки, поскольку пропитанное волокно выходит из камеры пропитки не в виде отдельных прядей, а в виде пучков. При этом в центральное круглое отверстие выходит все пропитанное углеродное волокно в виде одного пучка, а в несколько (по крайней мере пять) одинаковых круглых отверстий, равномерно расположенных по периферии пластины, выходит пропитанное базальтовое волокно в виде соответствующего количества одинаковых пучков, каждый из которых включает не менее двух прядей. Диаметр каждого из отверстий для выхода пропитанного волокна, рассчитанный по вышеуказанной формуле, обеспечивает отжим излишка связующего. На основе рассчитанного таким образом диаметра отверстий для выхода пропитанного волокна, с учетом их необходимого количества и того, что значение конусности внутренней поверхности камеры должно быть выбрано из интервала от 0,01 до 0,10, определяются длина камеры и диаметр распределительной пластины, достаточный для равномерного размещения необходимого количества отверстий для входа волокна в камеру пропитки. Под конусностью, в соответствии с ГОСТ «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные конусности и углы конусов», понимается величина С, рассчитанная по следующей формуле: С=(D-d)/L, где D - диаметр основания конуса, d - диаметр сечения, параллельного основанию, L - расстояние между основанием конуса и указанным сечением. Отверстия для входа и выхода волокна могут размещаться на пластинах с расстоянием, обусловленным технологическими возможностями используемого для их выполнения инструмента, т.к., как показали эксперименты, при условии выполнения внутренней поверхности камеры с вышеуказанными параметрами полная однородность продукта пропитки по составу достигается при любом указанном размещении отверстий. Пропитанные пучки волокна из камеры пропитки через холодильник проходят в профилирующую фильеру, где происходит формирование композитного длинномерного гибкого стержня. Холодильник может быть выполнен в виде фланца с водяным охлаждением. Задача холодильника - изолировать теплопередачу от профилирующей фильеры, работающей при высокой температуре (от 120 до 190°С), к камере пропитки, температура в которой значительно ниже (не выше 35°С), что позволяет поддерживать в камере пропитки заданный температурный режим. Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъемной стальной конструкции, состоящей из двух параллелепипедов с отфрезерованной и обработанной цилиндрической канавкой по длине каждой части, которые при смыкании образуют цилиндрическую поверхность, соответствующую диаметру целевого продукта. Профилирующие фильеры обжаты по всей длине обогреваемыми тэнами, разделенными на три зоны контроля температур. Разделение профилирующей фильеры на зоны с заданной температурой (в первой зоне 120-150°С, во второй 160-190°С, в третьей 140-160°С) обеспечивает следующее: в первой зоне происходит разогрев связующего, во второй зоне - процесс гелеобразования и отверждения связующего, в третьей - релаксация (снятие внутренних напряжений). На выходе из профилирующей фильеры сформированный профиль поступает в камеру термообработки. Камера термообработки может представлять собой многосекционную туннельную печь. В камере термообработки устанавливается температура в диапазоне 190-205°С, достаточная для окончательного отверждения полимерной матрицы и термообработки профиля, необходимой для достижения оптимальных прочностных и эксплуатационных характеристик целевого продукта. Превышение данных температур может привести к деструкции полимерной матрицы профиля. Профилирующая фильера и камера термообработки снабжены пультом управления, обеспечивающим поддержание заданной температуры. На конечном участке технологической линии полученные длинномерные гибкие стержни группируются вместе и для повышения гибкости скручиваются, как описано в RU 2439728 C1 и RU 2386183, на стандартных крутильных машинах с откруткой, например, по стандартной схеме с одной центральной жилой и скрученными вокруг нее несколькими (преимущественно шестью) жилами. Все составные части используемой в предлагаемом способе установки, за исключением камеры пропитки, являются промышленно выпускаемыми изделиями, предназначенными для пултрузионных установок.The fiber packages are mounted on the creel of the pultrusion unit. Strands of carbon and basalt fiber through the corresponding holes of the distribution plate are sequentially passed into the impregnation chamber, which acts as an impregnation and extraction unit, a refrigerator, profiling a heated die, a heat treatment chamber and fixed in the tracks of the pulling device. Preferably, in connection with the use of basalt fiber, which is an abrasive material, the entire thread-conducting set is made of materials with a low coefficient of friction and high wear resistance, such as ceramics. Before turning on the pulling device, the heating of the profiling die and the heat treatment chamber are turned on to achieve the necessary temperature indicators. After that, the pulling device is turned on and the predetermined pulling speed is set. Strands of fiber coming off the creel, through the corresponding number of openings of the distribution plate, enter directly into the impregnation chamber, since the distribution plate is made in the form of a base cone of the inner surface of the chamber. The strands of fiber are fed through the corresponding openings of the distribution plate so that in the impregnation chamber the carbon fiber is evenly surrounded by basalt fiber. The number of holes in the distribution plate is selected depending on the specified fiber content in the resulting PCM. So, for the manufacture of a long flexible rod with an estimated cross-sectional area of 3.8 to 51.9 mm 2 , respectively, from 8 to 64 holes are required. The diameter of the holes, as well as the linear dimensions of the chamber, are selected depending on the type and linear density of the fiber and its specified content in the resulting RMB. The binder from the dispenser is fed into the impregnation chamber through two coaxial holes perpendicular to the direction of fiber movement. The impregnated fiber is exited through the openings of a plate placed in a section parallel to the base of the cone. The number of holes in the specified plate is less than the number of holes in the distribution plate installed at the entrance to the impregnation chamber, since the impregnated fiber leaves the impregnation chamber not in the form of separate strands, but in the form of bundles. At the same time, the entire impregnated carbon fiber enters the central circular hole in the form of a single bundle, and the impregnated basalt fiber enters the several round (at least five) identical round holes uniformly spaced around the plate periphery, each of which includes at least two strands. The diameter of each of the openings for the exit of the impregnated fiber, calculated according to the above formula, ensures the extraction of excess binder. Based on the diameter of the impregnated fiber outlet openings thus calculated, taking into account their required number and the taper value of the inner surface of the chamber to be selected from the interval from 0.01 to 0.10, the chamber length and the diameter of the distribution plate sufficient for uniform distribution of the required number of holes for the fiber to enter the impregnation chamber. Under tapering, in accordance with GOST “Basic Interchangeability Standards. Normal cones and angles of cones, "we mean the value of C, calculated by the following formula: C = (Dd) / L, where D is the diameter of the base of the cone, d is the diameter of the section parallel to the base, L is the distance between the base of the cone and the specified section. The holes for fiber inlet and outlet can be placed on the plates with a distance due to the technological capabilities of the tool used to make them, because, as experiments have shown, provided that the inner surface of the chamber with the above parameters is fulfilled, complete uniformity of the impregnation product in composition is achieved for any specified placement of holes. The impregnated fiber bundles from the impregnation chamber through the refrigerator pass into the profiling die, where the formation of the composite long flexible rod takes place. The refrigerator can be made in the form of a flange with water cooling. The task of the refrigerator is to isolate the heat transfer from the profiling die operating at high temperature (from 120 to 190 ° C) to the impregnation chamber, the temperature of which is much lower (not higher than 35 ° C), which allows maintaining the specified temperature regime in the impregnation chamber. The profiling die can be made, for example, in the form of a detachable steel structure consisting of two parallelepipeds with a milled and machined cylindrical groove along the length of each part, which, when closed, form a cylindrical surface corresponding to the diameter of the target product. The profiling dies are crimped along the entire length by heated heating elements, divided into three temperature control zones. The separation of the profiling die into zones with a given temperature (in the first zone 120-150 ° C, in the second 160-190 ° C, in the third 140-160 ° C) provides the following: in the first zone the binder is heated, in the second zone - the gelation process and curing the binder, in the third - relaxation (relieving internal stresses). At the exit from the profiling die, the formed profile enters the heat treatment chamber. The heat treatment chamber may be a multi-sectional tunnel kiln. In the heat treatment chamber, a temperature is set in the range 190-205 ° C, sufficient for the final curing of the polymer matrix and heat treatment of the profile, necessary to achieve optimal strength and operational characteristics of the target product. Exceeding these temperatures can lead to the destruction of the polymer profile matrix. The profiling die and the heat treatment chamber are equipped with a control panel that maintains the set temperature. In the final section of the production line, the obtained long flexible rods are grouped together and twisted, as described in RU 2439728 C1 and RU 2386183, on standard twisting machines with a twist, for example, according to the standard scheme with one central core and several twisted around it to increase flexibility six) veins. All components used in the proposed installation method, with the exception of the impregnation chamber, are industrially manufactured products intended for pultruded installations.
В предлагаемом способе используют пултрузионную установку, включающую закрытую камеру пропитки, выполняющую функцию блока пропитки и отжима, что упрощает конструктивное оформление процесса, исключает выброс вредных веществ, а также способствует снижению теплопотерь. Снижению теплопотерь способствует также выполнение внешней поверхности камеры пропитки цилиндрической. Отсутствие в установке, используемой в предлагаемом способе, направляющих и прижимных приспособлений (прижимных рам, роликов и пр.) в составе камеры пропитки, выполнение внутренней поверхности камеры пропитки в виде прямого кругового усеченного конуса, а отверстий для входа и выхода волокна круглыми упрощает конструктивное оформление процесса и повышает сохранность целостности волокна, т.к. исключает возникновение контактов волокна с углами на внутренней поверхности камеры пропитки (в связи с отсутствием таких углов), т.е. возникновение в нем микротрещин.In the proposed method, a pultrusive installation is used, including a closed impregnation chamber that performs the function of an impregnation and extraction unit, which simplifies the design process, eliminates the emission of harmful substances, and also helps to reduce heat loss. The reduction of heat loss is also facilitated by the implementation of the outer surface of the cylindrical impregnation chamber. The absence in the installation used in the proposed method, guides and clamping devices (clamping frames, rollers, etc.) in the composition of the impregnation chamber, the execution of the inner surface of the impregnation chamber in the form of a direct circular truncated cone, and round holes for the entrance and exit of fiber round simplifies the design process and increases the integrity of the fiber, because eliminates the occurrence of fiber contacts with corners on the inner surface of the impregnation chamber (due to the absence of such angles), i.e. the occurrence of microcracks in it.
Как показали проведенные эксперименты, способ по предлагаемому изобретению обеспечивает по сравнению со способом-прототипом повышение прочности на разрыв целевого продукта. Изготовленный предлагаемым способом многожильный сердечник электрического провода, содержащий в своем составе 60 мас. % армирующего волокна, имеет минимальное значение прочности на разрыв 1710 МПа по сравнению с минимальным значением прочности на разрыв сердечника многожильной конструкции, полученного способом-прототипом при прочих равных условиях, 1480 МПа. При изготовлении сердечников по предлагаемому способу и способу-прототипу в конкретных примерах осуществления способов было использовано эпоксидное связующее, включающее эпоксидную смолу, отвердитель изофорондиамин, ускоритель циклоалифатический амин (аминное число 500-540 мг КОН/г). Камера пропитки для изготовления сердечника предлагаемым способом была выполнена снабженной двумя соосными отверстиями для подачи связующего, расположенными на оси, перпендикулярной оси конуса, и имеющей внутреннюю поверхность в виде прямого кругового усеченного конуса с конусностью 0,05, отверстия для выхода пропитанного волокна были выполнены имеющими диаметр, рассчитанный по вышеприведенной формуле при а=0,0045. Исходные углеродное и базальтовое волокна имели относительное удлинение 2%. В профилирующей фильере температурный режим был разделен на следующие зоны: в первой зоне средняя температура 135°С, во второй 175°С, в третьей 150°С, а в камере термообработки 200°С. Дальнейшее повышение прочности сердечника в предлагаемом способе может быть достигнуто увеличением количества армирующего волокна в композите (до 80 мас. %) и оптимальным подбором соотношений связующее:волокно и количеств углеродного и базальтового волокна. Предпочтительно диаметр внутреннего элемента длинномерного гибкого стержня, выполненный из углеродного волокна, равен толщине слоя охватывающей его оболочки, выполненной из базальтового волокна, что достигается соответствующим подбором соотношений количеств исходных волокон. Рассчитанные по вышеприведенной формуле диаметр отверстия для выхода пучка пропитанных углеродных волокон и диаметры отверстий для выхода пучков пропитанных базальтовых волокон, при условии, что количество таких отверстий не менее 5, а количество прядей базальтовых волокон в пучке не менее 2-х, позволяют обеспечить оптимальное содержание связующего во внутреннем элементе длинномерного гибкого стержня 30-40 мас. % (60-70 мас. % армирующего углеродного волокна) и 20-25 мас. % связующего во внешней охватывающей оболочке (75-80% армирующего базальтового волокна). В результате проведенных экспериментов при оптимальных условиях осуществления способа было получено максимальное значение прочности на разрыв предлагаемого сердечника 2800 МПа по сравнению с максимальным значением прочности на разрыв, равным 2620 МПа, для сердечника многожильной конструкции, полученного способом-прототипом при прочих равных условиях. Кроме того, так же, как и в способе-прототипе, дальнейшее повышение прочности на разрыв сердечника и его других эксплуатационных характеристик достигается дополнительным последующим формированием различных защитных слоев на поверхности каждого из длинномерных гибких стержней и/или на поверхности готовой многожильной конструкции, например, как описано в ЕА 011625 В1, RU 2439728 C1, RU 2386183 C1. Испытания, проведенные при использовании в качестве исходного сырья другого эпоксидного связующего, а также других базальтовых и углеродных волокон, имеющих относительное удлинение в интервале 1-3%, показали те же результаты: прочность продукта предлагаемого способа, содержащего 60-80% армирующего волокна от массы композита, на 7-16% превышает прочность продукта способа-прототипа. Указанный технический результат обусловлен следующим.As shown by the experiments, the method according to the invention provides, in comparison with the prototype method, an increase in the tensile strength of the target product. Made by the proposed method, a multicore core of an electric wire containing 60 wt. % reinforcing fiber, has a minimum tensile strength of 1710 MPa compared to the minimum tensile strength of the core of a multicore structure obtained by the prototype method, ceteris paribus, 1480 MPa. In the manufacture of cores according to the proposed method and the prototype method in specific examples of the methods, an epoxy binder was used, including an epoxy resin, an isophorondiamine hardener, a cycloaliphatic amine accelerator (amine number 500-540 mg KOH / g). The impregnation chamber for manufacturing the core of the proposed method was made equipped with two coaxial holes for supplying a binder located on an axis perpendicular to the axis of the cone and having an inner surface in the form of a straight circular truncated cone with a taper of 0.05, the holes for the exit of the impregnated fiber were made with a diameter calculated according to the above formula with a = 0.0045. The initial carbon and basalt fibers had a relative elongation of 2%. In the profiling die, the temperature regime was divided into the following zones: in the first zone, the average temperature was 135 ° C, in the second 175 ° C, in the third 150 ° C, and in the heat treatment chamber 200 ° C. A further increase in core strength in the proposed method can be achieved by increasing the amount of reinforcing fiber in the composite (up to 80 wt.%) And the optimal selection of the binder: fiber ratios and the amounts of carbon and basalt fiber. Preferably, the diameter of the inner element of the long flexible rod made of carbon fiber is equal to the thickness of the layer of the enveloping shell made of basalt fiber, which is achieved by appropriate selection of the ratios of the quantities of the original fibers. The diameter of the holes for the exit of the bundle of impregnated carbon fibers and the diameters of the holes for the exit of the bundles of impregnated basalt fibers, calculated according to the above formula, provided that the number of such holes is not less than 5 and the number of strands of basalt fibers in the bundle is not less than 2, allows to ensure the optimal content binder in the inner element of a long flexible rod 30-40 wt. % (60-70 wt.% Reinforcing carbon fiber) and 20-25 wt. % binder in the outer covering sheath (75-80% reinforcing basalt fiber). As a result of the experiments under optimal conditions for the implementation of the method, the maximum value of the tensile strength of the proposed core of 2800 MPa was obtained compared with the maximum value of the tensile strength of 2620 MPa for the core of a multicore structure obtained by the prototype method, ceteris paribus. In addition, as in the prototype method, a further increase in the tensile strength of the core and its other operational characteristics is achieved by the additional subsequent formation of various protective layers on the surface of each of the long flexible rods and / or on the surface of the finished multicore structure, for example, as described in EA 011625 B1, RU 2439728 C1, RU 2386183 C1. Tests carried out using another epoxy binder as well as other basalt and carbon fibers having a relative elongation in the range of 1-3%, showed the same results: the strength of the product of the proposed method containing 60-80% reinforcing fiber by weight composite, 7-16% higher than the strength of the product of the prototype method. The specified technical result is due to the following.
Величина конусности определяет форму внутренней поверхности камеры пропитки и является фактором, определяющим кинетику и физико-химические характеристики процесса пропитки волокна связующим. Проведенными экспериментами было подтверждено следующее: даже при минимально допустимой, согласно предлагаемому изобретению, конусности внутренней поверхности камеры пропитки, при выполнении отверстий для выхода пучков пропитанного волокна с диаметрами, рассчитанными по вышеприведенной формуле, и любом диаметре пластины на входе в камеру пропитки, достаточном для размещения отверстий в количестве, соответствующем количеству прядей углеродного и базальтового волокон, обеспечивается равномерная однородная пропитка прядей волокна связующим при условии, что распределительная пластина с отверстиями для входа волокна является конструктивной частью камеры пропитки и располагается непосредственно на входе в нее волокна. Последнее обеспечивает, в отличие от прототипа, подачу в камеру пропитки волокна, пряди которого не прижаты друг к другу, а напротив, отделены друг от друга. Как показали эксперименты, при указанных параметрах камеры пропитки подача связующего через два отверстия, расположенные на оси, перпендикулярной оси конуса, исключает появление застойных зон внутри камеры. Превышение значения конусности свыше допустимого согласно предлагаемому изобретению приводит к недостаточной пропитке прядей волокна в связи с отсутствием необходимого давления, что снижает однородность по составу продукта пропитки и, как следствие, прочность целевого продукта. Снижение конусности ниже 0,01 приводит к появлению застойных зон внутри камеры при размещении отверстий для подачи связующего согласно предлагаемому изобретению, что также снижает равномерность пропитки, однородность продукта пропитки по составу и, как следствие, прочность целевого продукта. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки, имеющими диаметры, рассчитанные по вышеприведенной формуле, позволяет повысить однородность продукта пропитки и, следовательно, прочность целевого продукта, а также избавиться от излишка связующего без включения в состав пултрузионной установки дополнительных приспособлений для отжима. При прохождении сквозь отверстие для выхода волокна из камеры пропитки на пучок пропитанного волокна оказывается давление, завершающее процесс пропитки волокна в массе, обеспечивающее однородность пропитки пучка по составу, в том числе за счет удаления связующего из середины пучка пропитанных волокон, и, как следствие, - повышение прочности целевого продукта. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки с диаметром, большим, чем рассчитанный по вышеприведенной формуле, не создает необходимого давления, что не позволяет не только полностью отжать излишек связующего, но и дополнительно обеспечить однородность продукта пропитки. Выполнение отверстий для выхода волокна из камеры пропитки с диаметром, меньшим, чем рассчитанный по вышеприведенной формуле, затрудняет выход пучков пропитанного волокна и нарушает его целостность. Разделение профилирующей фильеры на три зоны с заданной температурой (в первой зоне 120-150°С, во второй 160-190°С, в третьей 140-160°С) и поддержание в камере термообработки температуры в диапазоне 190-205°С обеспечивает постепенное отверждение связующего и снятие внутренних напряжений, не допуская деструкции полимерной матрицы профиля.The value of the taper determines the shape of the inner surface of the impregnation chamber and is a factor determining the kinetics and physicochemical characteristics of the binder impregnation of the fiber. The experiments confirmed the following: even with the smallest taper, according to the invention, of the inner surface of the impregnation chamber, when making holes for the exit of the impregnated fiber bundles with diameters calculated according to the above formula, and any plate diameter at the entrance to the impregnation chamber, sufficient to accommodate holes in the amount corresponding to the number of strands of carbon and basalt fibers, provides uniform homogeneous impregnation of strands of fiber with binding, provided that the distribution plate with openings for the entrance of the fiber is a structural part of the impregnation chamber and is located directly at the entrance to the fiber. The latter provides, unlike the prototype, the filing in the impregnation chamber of the fiber, the strands of which are not pressed against each other, but rather are separated from each other. As experiments showed, with the indicated parameters of the impregnation chamber, the supply of a binder through two holes located on an axis perpendicular to the axis of the cone eliminates the appearance of stagnant zones inside the chamber. Exceeding the taper value above the permissible according to the invention leads to insufficient impregnation of the strands of fiber due to the lack of the necessary pressure, which reduces the uniformity in the composition of the impregnation product and, as a result, the strength of the target product. The decrease in taper below 0.01 leads to the appearance of stagnant zones inside the chamber when placing holes for supplying a binder according to the invention, which also reduces the uniformity of the impregnation, the uniformity of the impregnation product in composition and, as a result, the strength of the target product. The holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber, having diameters calculated according to the above formula, can increase the uniformity of the impregnation product and, consequently, the strength of the target product, as well as get rid of excess binder without including additional squeezing devices in the pultruded installation. When passing through the hole for the fiber to exit the impregnation chamber, a pressure is applied to the impregnated fiber bundle, which completes the process of impregnating the fiber in the mass, ensuring uniformity of the impregnation of the beam in composition, including by removing the binder from the middle of the bundle of impregnated fibers, and, as a result, increasing the strength of the target product. The holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber with a diameter larger than that calculated by the above formula does not create the necessary pressure, which does not only allow to completely squeeze out the excess binder, but also to ensure uniformity of the impregnation product. The holes for the exit of the fiber from the impregnation chamber with a diameter smaller than that calculated according to the above formula makes it difficult to exit the bundles of impregnated fiber and violates its integrity. The separation of the profiling die into three zones with a given temperature (in the first zone 120-150 ° C, in the second 160-190 ° C, in the third 140-160 ° C) and maintaining the temperature in the heat treatment chamber in the range 190-205 ° C provides a gradual curing the binder and relieving internal stresses, avoiding the destruction of the polymer profile matrix.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150277A RU2630897C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015150277A RU2630897C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015150277A RU2015150277A (en) | 2017-05-31 |
| RU2630897C2 true RU2630897C2 (en) | 2017-09-14 |
Family
ID=59031509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015150277A RU2630897C2 (en) | 2015-11-25 | 2015-11-25 | Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2630897C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011625B1 (en) * | 2003-10-22 | 2009-04-28 | СиТиСи КЕЙБЛ КОРПОРЕЙШН | Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture |
| RU2386183C1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-04-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Composite bearing core for external current-conducting strands of overhead high-voltage power transmission line wires and method of its production |
| RU2439728C1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Manufacturing method of composites cores for high-temperature aluminium conductors for overhead transmission lines |
| US20140102760A1 (en) * | 2011-04-12 | 2014-04-17 | Ticona Llc | Composite Core for Electrical Transmission Cables |
-
2015
- 2015-11-25 RU RU2015150277A patent/RU2630897C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA011625B1 (en) * | 2003-10-22 | 2009-04-28 | СиТиСи КЕЙБЛ КОРПОРЕЙШН | Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture |
| RU2386183C1 (en) * | 2008-12-04 | 2010-04-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Composite bearing core for external current-conducting strands of overhead high-voltage power transmission line wires and method of its production |
| RU2439728C1 (en) * | 2010-07-02 | 2012-01-10 | Дмитрий Григорьевич Сильченков | Manufacturing method of composites cores for high-temperature aluminium conductors for overhead transmission lines |
| US20140102760A1 (en) * | 2011-04-12 | 2014-04-17 | Ticona Llc | Composite Core for Electrical Transmission Cables |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015150277A (en) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2594016C2 (en) | Electric cable and method of making same | |
| EP0442990B1 (en) | Electric cable with traction-resistant element | |
| CN104134483B (en) | A kind of strand type carbon fiber complex core soft aluminum conductor and preparation method thereof | |
| EP0000734B2 (en) | Method for making rods or tubes having a constant profile of fibre reinforced material | |
| KR102403167B1 (en) | Injection box for pultrusion system for producing fiber-reinforced plastic profiles, in particular plastic rods | |
| CN104051078A (en) | Technology for manufacturing plastic electric wire and cable | |
| RU2417889C1 (en) | Composite reinforcement production line | |
| CN109509593A (en) | A kind of cable manufacturing process | |
| RU2630897C2 (en) | Electric conductor multiple-cord core production technique and electric conductor multiple-cord core, made by this technique | |
| CN103779008A (en) | Macromolecule composite-fiber logging cable and preparation method thereof | |
| CN104036877B (en) | A kind of aerial condutor fiber composite rope core moulding process and manufacturing equipment | |
| CN102969091A (en) | Shielding treatment method for insulated wire core of crosslinked polyethylene insulated power cable | |
| RU2629011C2 (en) | Method of an electric wires single-wire core manufacture and an electric wires single-wire core, manufactured by this method | |
| CN103956213A (en) | Carbon fiber composite rope core forming technology and composite rope core manufacturing device | |
| DE2433099A1 (en) | ELECTRIC CABLE WITH TENSIVE ELEMENTS MADE OF HIGH STRENGTH PLASTIC FEDES | |
| RU167566U1 (en) | CONTINUOUS FIBER BINDER CAMERA | |
| RU2648900C2 (en) | Method of production of composite fittings and device for its implementation | |
| RU2613380C1 (en) | Method for production of rods from polymeric composite materials | |
| CN109300602B (en) | Pre-buried composite pipe cable and manufacturing method thereof | |
| RU2651168C2 (en) | Method for manufacturing tubular anchors | |
| KR20160028639A (en) | Overhead electric cable and method of fabricating the same | |
| RU2612291C1 (en) | Pultrusion plant for manufacturing rods from polymer composite materials | |
| CN112037974B (en) | Composite material reinforced insulated wire and manufacturing method thereof | |
| KR20110021192A (en) | Manufacturing method for the low-sag increased-capacity overhead power transmission cable, and its low-sag increased-capacity overhead power transmission cable | |
| CN208521626U (en) | A kind of high-strength thin-walled type electric wire used for rolling stock |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181126 |