碳纖維復合芯導線應用

    碳纖維復合芯導線具有載流量大、增容和裕容特性優異、重量輕、強度高、安全性好等優勢，市場前景良好。然而國產碳纖維復合芯導線在電力領域的實際應用存在諸多難題，亟須破解，以提升我國碳纖維產業創新能力和競爭能力。
 

    2014年，全球碳纖維區域理論產能達到118000噸，而且各大碳纖維制造商還陸續宣布了大幅擴產計劃。國際碳纖維應用市場需求量為53500噸，繼續以6%～8%的年增速不斷擴大，應用領域進一步拓展，其主要應用領域比例如下：航空航天29%、體育休閑14%、汽車13%、葉片11%、壓力容器5%。國際碳纖維產業及下游應用市場均呈現欣欣向榮的景象。
 

    國內碳纖維應用水平差距

    近10年，國產高性能碳纖維及其復合材料在關鍵技術、裝備及應用等方面取得了突破性進展。我國T300級規模化碳纖維產品性能已經達到國際水平，并在航空航天領域得到了應用；低成本干噴濕紡T700級碳纖維已建成千噸級生產線，產品進入初步應用階段；T800級碳纖維噸級線建成，并已實現批量生產。但高模、高模高強碳纖維的工程化制備技術以及更高等級碳纖維的制備關鍵技術還有待攻關。

    截至2014年底，我國大小碳纖維生產企業有近40家，理論產能19，600噸，實際產量3700噸，主要產品為12K及以下規格小絲束PAN基碳纖維。2014年，國內碳纖維總需求量約1.23萬噸，其中，60%應用于體育休閑領域，15%應用于建筑領域，8%應用于電力（電纜）領域，3%應用于航空航天。
 

    但國內碳纖維應用水平與國外存在較大的差距，尤其國產碳纖維在以下領域的應用比例偏低。

    由于低成本、穩定化、規模化生產技術的欠缺，絕大多數國內碳纖維產品的成本與市場售價倒掛，我國碳纖維企業面臨著國內企業間競爭和國外企業惡意壓價的內憂外患，生存狀況不容樂觀。

    為改善我國碳纖維研發、生產與應用相互脫節，市場應用技術開發滯后，產業牽引力不足的不利局面，中國碳纖維及復合材料產業發展聯盟以碳纖維在電力方面的應用為突破口，協調組織產業內企業和應用單位，聯合推進碳纖維復合芯導線在新建線路中的應用，以期聚焦、突破產業關鍵和共性技術難題，提高產業創新能力和競爭能力，擴大我國碳纖維及復合材料產業在工業領域的應用。

    碳纖維復合芯導線的應用優勢

    碳纖維復合芯導線是一種采用環氧樹脂浸潤碳纖維、玻璃纖維后，固化形成碳纖維復合芯并在其外層絞合梯形鋁線的架空裸導線。

    與傳統鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復合導線具有重量輕、弛垂小、強度大、低線損、耐高溫、耐腐蝕、與環境親和等優點，弛度特性良好，實現了電力傳輸的節能、環保與安全。

    碳纖維復合芯導線載流量大，增容和裕容特性優異。碳纖維復合芯導線通過以下方法實現增容：它采用軟鋁替代硬鋁，導電率從61%IACS增到63%IACS；與鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復合芯導線可在160℃下運行，因此可提高運行溫度，實現高溫增容；與傳統圓線結構相比，碳纖維復合芯導線外層采用型線結構，相同外徑下，導線鋁截面填充率可以增加10%-30%；在單位長度等重量的情況下，碳纖維復合芯導線的鋁截面比鋼芯鋁絞線增加10%-30%。

    對已建線路改造工程，在不更換原有桿塔的情況下，采用碳纖維復合芯導線，可以成倍提高線路輸送容量。對新建線路，尤其是輸送容量不穩定或需求不明朗的新建線路，采用碳纖維復合芯導線能提供強大的裕容能力，滿足未來區域輸送容量的增長要求，并可適應輸送容量的大落差波動，增強線路對輸送容量變化的應變能力。

    碳纖維復合芯導線重量輕、強度高、安全性好。普通鍍鋅鋼絲的密度為7.8kg/dm3，強度在1240Mpa-1340Mpa之間，而碳纖維復合芯的密度為2.0kg/dm3，是鍍鋅鋼絲的1/4，強度分為兩個等級：2100Mpa和2400Mpa。可見碳纖維復合芯導線的重量輕，強度高，安全性更好。

    碳纖維復合芯導線初始弧垂及弧垂變化小，綜合經濟性較好。碳纖維復合芯導線拉重比大，線膨脹系數小，線路架設的初始弧垂小，運行過程中弧垂變化少，因此可降低桿塔高度，節約桿塔數量，減少塔基占地面積，從而節約土地資源，降低輸電線路綜合建造成本。

    碳纖維復合芯導線傳輸損失小，節約能源。在相同外徑、相同傳輸容量下，碳纖維復合芯導線的線損更低，可以節約能源，降低線路運行成本。

    碳纖維復合芯導線有較好的防覆冰和耐覆冰特性，環境適應性好。碳纖維復合芯導線可以輸送更大的負荷，運行線溫可更高，且外徑光滑，因此具有很好的防冰性能。同時，由于強度高，碳纖維復合芯導線具有更好的耐覆冰性能，可以在北方寒冷環境中使用。

    碳纖維復合芯導線耐環境老化性能好，壽命長。碳纖維耐腐蝕，碳纖維復合芯導線對酸雨等環境具有極強的抵抗力，也避免了傳統導線在通電時鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化學腐蝕現象，具有優異的介電性能，使用壽命長。