纤维增强树脂基复合芯胶槽设计改进方案

苗雪鹏

（河南科信电缆有限公司，河南周口466000）

纤维增强树脂基复合芯胶槽设计改进方案

苗雪鹏

（河南科信电缆有限公司，河南周口466000）

纤维增强树脂基复合芯中碳纤维丝体积含量高时，复合芯强度高而韧性差，玻璃纤维丝体积含量高时，复合芯强度低而韧性好，但在实际生产过程中，部分生产单位往往侧重于复合芯的强度而忽略复合芯的韧性，其实从施工角度考虑，复合芯的韧性是必须要首先保证的。在韧性满足要求的情况下，强度能不能保持是最关键的考核因素，特别是直径较大的复合芯，因其纤维含量较高，很容易导致复合芯中的纤维出现浸润不透的情况，恰恰这种现象对复合芯的强度损失是致命的。为了更好地解决这个问题，需要对胶槽结构重新进行设计和论证。

纤维增强树脂基复合芯；胶槽设计；强度与韧性

0 引 言

纤维增强树脂基复合芯具有强度高、驰度小的优点，近年来广泛应用于架空输电线路中，但复合芯韧性较差是限制其大量推广的原因之一。众所周知，复合芯强度与韧性是通过调整碳纤维丝与玻璃纤维丝之间的比例来进行调节的，当碳纤维丝的体积含量较高时，复合芯的强度高而韧性差，而当玻璃纤维丝的含量较高时，复合芯的韧性好而强度差。从施工角度考虑，满足复合芯的韧性要求是第一位的，在韧性满足要求的基础上，需进一步提高其强度，从而充分发挥碳纤维丝与玻璃纤维丝两者的优势。

碳纤维丝的浸润效果是直接影响复合芯强度的关键因素，特别是直径较大的复合芯，其纤维数量较多，而浸胶槽的树脂容量有限，在较短的时间内不能充分浸润，进而造成碳纤维丝的强度优势不能很好地发挥，所以必须对浸胶槽的构造进行重新设计。

1 方案之一分层处理结构

以F2B-9.5纤维增强树脂基复合芯的生产为例，来探讨浸胶槽的改进方案。原有胶槽示意图见图1。

图1　原有浸胶槽示意图

F2B-9.5复合芯纤维结构设计为碳纤维丝69根，玻璃纤维丝46根，用原有胶槽进行试制，试验结果见表1。

表1　原胶槽试制产品检测结果

从表1可知，抗拉强度不合格，后经分析认为碳纤维丝数量不足可能是导致抗拉强度不能达到标准要求的原因。需增加碳纤维丝数量，将结构更改为碳纤维丝75根，玻璃纤维丝40根，用原有胶槽进行试制，抗拉强度仅为2 032 MPa，较原来有所下降，卷绕、扭转、耐压性能均满足要求。

前后两次试制结果表明，使用原有胶槽的情况下，通过增加碳纤维丝的数量并不能有效增加复合芯的抗拉强度，因为原有胶槽的容积一定，而胶槽所带的分纱板较短，不能将大量的纤维分散均匀，造成部分碳纤维丝不能与树脂有效接触，从而使碳纤维丝不能充分浸润。有数据表明，碳纤维丝在非浸胶的情况下强度只有400 MPa，而浸胶后的强度可达到4 800 MPa以上，碳纤维丝在没有充分浸胶的情况下，强度不能充分发挥，造成复合芯强度偏低。

通过对浸胶槽的结构进行分析，发现原有胶槽在使用过程中，树脂液面全部漫过纤维后，液面距离纤维还有一定的空间没有充分利用。为保证纤维能很好地分散开，如果利用这一部分多余的空间，纤维的浸润性将大大提高，进而复合芯的强度将能很好地满足标准要求。

图2为改进后的胶槽结构示意图。在胶槽中的前后两个位置各加一个较小的分纱板，分别将纤维分层处理，在复合芯生产过程中要始终保证树脂的液面高于分纱板的高度，才能保证纤维全部浸在树脂中，这样就能很好地解决纤维浸润性的问题。检测结果表明，复合芯的强度达到了2527MPa，其他各项性能均能满足标准要求。

图2　改进后的胶槽结构示意图

2 方案之二增大胶槽容积

这种胶槽的设计理念是增加胶槽的宽度，进而保证纤维能单一地均匀分开，从而改善纤维的浸润效果。但这种情况下适用的范围较窄，针对复合芯不同的直径范围，需制作较多的适合使用的胶槽，增加了开机时的劳动强度，也不利于提高树脂的利用率。从经济性上考虑，第一种设计方案较为合理。

3 结束语

纤维增强树脂基复合芯强度及韧性是考核最重要的两个指标。强度与韧性本身是一个矛盾点，怎样在保证复合芯韧性的同时提高复合芯强度，生产单位做过不少相关的研究，但由于技术保密的缘故，并没有相关的文献发表。

经过大量的工艺验证，若要有效地提高复合芯的抗拉强度，需从提高碳纤维丝的数量和改善纤维浸润性两个方面着手。但对大截面的复合芯而言，由于其纤维数量较多，在胶槽容积有限的情况下，单纯靠增加碳纤维丝的数量并不能有效提高复合芯的拉伸强度。此时，需要从改善纤维的浸润性方面着手，若纤维数量及浸润性都能很好地满足工艺要求的话，复合芯的抗拉强度才能得到根本的保证。

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［3］ 何州文，陈 新，王秋玲，等.国内碳纤维复合芯导线的研究和应用综述［J］.电力建设，2010，31（4）：90-93.

［4］ 魏晗兴.碳纤维复合材料导线芯的制备及其特性研究［D］.济南：山东大学，2010.

Fiber Reinforced Resin Matrix Composite Core Rubber Groove Design Improvement Scheme

MIAO Xue-peng
（Henan Kosen cable Co.，Ltd.，Zhoukou 466000，China）

Fiber reinforced resin based carbon fiber composite core wire volume content is high，high strength and toughness is poor，glass fiber volume content is high，low strength and good toughness，but in the actual production process part of the production unit，often focusing on the composite core strength and ignore the composite core toughness，in fact，from the construction point of view，the toughness of the composite core is must first guarantee.In the condition of toughness，strength can not keep checking the most crucial factor，especially large diameter composite core，because of its high fiber content，can easily lead to infiltration impermeable case composite core in fiber，strength loss is precisely this phenomenon of the composite core is fatal，in order to better to solve this problem，the need to re design and demonstration of the glue groove structure.

fiber reinforced resin matrix composite core；rubber groove design；strength and toughness

TM244.2

A

1672-6901（2015）06-0034-02

2014-12-19

苗雪鹏（1985-），男，工程师.

作者地址：河南周口市经济开发区中原路6号［466000］.