纖維增強樹脂基復合芯膠槽設計改進方案

苗雪鵬

（河南科信電纜有限公司，河南周口466000）

纖維增強樹脂基復合芯膠槽設計改進方案

苗雪鵬

（河南科信電纜有限公司，河南周口466000）

纖維增強樹脂基復合芯中碳纖維絲體積含量高時，復合芯強度高而韌性差，玻璃纖維絲體積含量高時，復合芯強度低而韌性好，但在實際生產(chǎn)過程中，部分生產(chǎn)單位往往側重于復合芯的強度而忽略復合芯的韌性，其實從施工角度考慮，復合芯的韌性是必須要首先保證的。在韌性滿足要求的情況下，強度能不能保持是最關鍵的考核因素，特別是直徑較大的復合芯，因其纖維含量較高，很容易導致復合芯中的纖維出現(xiàn)浸潤不透的情況，恰恰這種現(xiàn)象對復合芯的強度損失是致命的。為了更好地解決這個問題，需要對膠槽結構重新進行設計和論證。

纖維增強樹脂基復合芯；膠槽設計；強度與韌性

0 引 言

纖維增強樹脂基復合芯具有強度高、馳度小的優(yōu)點，近年來廣泛應用于架空輸電線路中，但復合芯韌性較差是限制其大量推廣的原因之一。眾所周知，復合芯強度與韌性是通過調整碳纖維絲與玻璃纖維絲之間的比例來進行調節(jié)的，當碳纖維絲的體積含量較高時，復合芯的強度高而韌性差，而當玻璃纖維絲的含量較高時，復合芯的韌性好而強度差。從施工角度考慮，滿足復合芯的韌性要求是第一位的，在韌性滿足要求的基礎上，需進一步提高其強度，從而充分發(fā)揮碳纖維絲與玻璃纖維絲兩者的優(yōu)勢。

碳纖維絲的浸潤效果是直接影響復合芯強度的關鍵因素，特別是直徑較大的復合芯，其纖維數(shù)量較多，而浸膠槽的樹脂容量有限，在較短的時間內(nèi)不能充分浸潤，進而造成碳纖維絲的強度優(yōu)勢不能很好地發(fā)揮，所以必須對浸膠槽的構造進行重新設計。

1 方案之一分層處理結構

以F2B-9.5纖維增強樹脂基復合芯的生產(chǎn)為例，來探討浸膠槽的改進方案。原有膠槽示意圖見圖1。

圖1　原有浸膠槽示意圖

F2B-9.5復合芯纖維結構設計為碳纖維絲69根，玻璃纖維絲46根，用原有膠槽進行試制，試驗結果見表1。

表1　原膠槽試制產(chǎn)品檢測結果

從表1可知，抗拉強度不合格，后經(jīng)分析認為碳纖維絲數(shù)量不足可能是導致抗拉強度不能達到標準要求的原因。需增加碳纖維絲數(shù)量，將結構更改為碳纖維絲75根，玻璃纖維絲40根，用原有膠槽進行試制，抗拉強度僅為2 032 MPa，較原來有所下降，卷繞、扭轉、耐壓性能均滿足要求。

前后兩次試制結果表明，使用原有膠槽的情況下，通過增加碳纖維絲的數(shù)量并不能有效增加復合芯的抗拉強度，因為原有膠槽的容積一定，而膠槽所帶的分紗板較短，不能將大量的纖維分散均勻，造成部分碳纖維絲不能與樹脂有效接觸，從而使碳纖維絲不能充分浸潤。有數(shù)據(jù)表明，碳纖維絲在非浸膠的情況下強度只有400 MPa，而浸膠后的強度可達到4 800 MPa以上，碳纖維絲在沒有充分浸膠的情況下，強度不能充分發(fā)揮，造成復合芯強度偏低。

通過對浸膠槽的結構進行分析，發(fā)現(xiàn)原有膠槽在使用過程中，樹脂液面全部漫過纖維后，液面距離纖維還有一定的空間沒有充分利用。為保證纖維能很好地分散開，如果利用這一部分多余的空間，纖維的浸潤性將大大提高，進而復合芯的強度將能很好地滿足標準要求。

圖2為改進后的膠槽結構示意圖。在膠槽中的前后兩個位置各加一個較小的分紗板，分別將纖維分層處理，在復合芯生產(chǎn)過程中要始終保證樹脂的液面高于分紗板的高度，才能保證纖維全部浸在樹脂中，這樣就能很好地解決纖維浸潤性的問題。檢測結果表明，復合芯的強度達到了2527MPa，其他各項性能均能滿足標準要求。

圖2　改進后的膠槽結構示意圖

2 方案之二增大膠槽容積

這種膠槽的設計理念是增加膠槽的寬度，進而保證纖維能單一地均勻分開，從而改善纖維的浸潤效果。但這種情況下適用的范圍較窄，針對復合芯不同的直徑范圍，需制作較多的適合使用的膠槽，增加了開機時的勞動強度，也不利于提高樹脂的利用率。從經(jīng)濟性上考慮，第一種設計方案較為合理。

3 結束語

纖維增強樹脂基復合芯強度及韌性是考核最重要的兩個指標。強度與韌性本身是一個矛盾點，怎樣在保證復合芯韌性的同時提高復合芯強度，生產(chǎn)單位做過不少相關的研究，但由于技術保密的緣故，并沒有相關的文獻發(fā)表。

經(jīng)過大量的工藝驗證，若要有效地提高復合芯的抗拉強度，需從提高碳纖維絲的數(shù)量和改善纖維浸潤性兩個方面著手。但對大截面的復合芯而言，由于其纖維數(shù)量較多，在膠槽容積有限的情況下，單純靠增加碳纖維絲的數(shù)量并不能有效提高復合芯的拉伸強度。此時，需要從改善纖維的浸潤性方面著手，若纖維數(shù)量及浸潤性都能很好地滿足工藝要求的話，復合芯的抗拉強度才能得到根本的保證。

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［4］ 魏晗興.碳纖維復合材料導線芯的制備及其特性研究［D］.濟南：山東大學，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

苗雪鵬（1985-），男，工程師.

作者地址：河南周口市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)中原路6號［466000］.