什么是碳纖維復(fù)合芯電纜

我國是個缺電的國家，不僅發(fā)電業(yè)的發(fā)展滯后，輸電業(yè)的弊端也凸現(xiàn)出來，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求，由于過負(fù)荷造成的停電、斷電故障頻頻發(fā)生，電力傳輸成為電力工業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，各國均在研究新型架空輸電路用導(dǎo)線，以取代傳統(tǒng)的鋼芯鋁絞線，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線由此應(yīng)運(yùn)而生。 　　碳纖維復(fù)合芯鋁絞電纜 (見圖1)① ( ACCC--Alu-minum conductor composite core reinforced cable) 是傳統(tǒng)鋼芯鋁絞電纜 ( ACSR) 的更新?lián)Q代產(chǎn)品。這種新型電纜具有一系列優(yōu)異性能，是電纜的高端產(chǎn)品。日本和美國已經(jīng)研發(fā)成功ACCC 電纜，并在電網(wǎng)中得到實(shí)際應(yīng)用。我國從美國已購買這種電纜，在多種電網(wǎng)中開始試用。同時，我國已開始研制 ACCC，以取代傳統(tǒng)的ACSR 電纜，這必將使我國架空輸電技術(shù)提高到一個新水平。         　　技術(shù)關(guān)鍵 　　碳纖維和玻璃纖維復(fù)合芯鋁絞電纜，主要采用連續(xù)拉擠法。核心技術(shù)是芯棒的制造，關(guān)鍵材料是高溫韌性環(huán)氧樹脂。在碳纖維復(fù)合芯棒中，碳纖維占 35%，玻璃纖維占35%，高溫韌性環(huán)氧樹脂占30%。所用碳纖維的拉伸強(qiáng)度高和斷裂伸長大，因而為所制芯棒提供韌性和耐沖擊性能。所用環(huán)氧樹脂為高溫型的韌性樹脂。這是制造復(fù)合芯棒的又一技術(shù)核心。這種樹脂固化溫度高達(dá)260℃，一般環(huán)氧樹脂648或AG80的固化溫度都低于此值。換言之，這種高溫固化型環(huán)氧樹脂具有特殊的耐熱結(jié)構(gòu)。此外，還需要增韌改性，使所制芯棒具有韌性，而不是硬棒。否則不會通過放線滑輪試驗(yàn)。連續(xù)拉擠成型是成熟工藝。但制造碳纖維復(fù)合芯棒具有一定的特殊性。 　　工藝流程 　　將碳纖維筒放在整理架上，單向(0°)集束，包覆玻璃纖維，浸漬環(huán)氧樹脂膠液，通過鋼制模口，以控制直徑，然后通過固化爐，固化成型。芯棒直徑可在0.19~19mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，拉擠速度可在2.7-18m/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 　　性能分析 　　1. 與ACSR電纜相比，可有效提高29%載流容量，減少輸電損失6% 　　一方面，由于碳纖維復(fù)合芯強(qiáng)度高于鋼芯，因而芯棒直徑比鋼芯細(xì)，可容納的鋁線多，加之，ACCC的梯形截面，導(dǎo)線排列更緊密，因此總體上導(dǎo)電截面更大。與傳統(tǒng)的ACSR相比，載流量提高29%左右的載流量。此外，ACCC不存在傳統(tǒng)鋼絲的磁損和熱效應(yīng)，可有效減少輸電損失6%。 　　2. 線膨脹系數(shù)小、弛度小 　　首先，ACCC導(dǎo)線具有顯著的低弛度特性，ACCC的線膨脹變化僅為ACSR的9.6%，下垂度不到ACSR的1/2;其次，ACCC復(fù)合芯可在急冷急熱的環(huán)境中工作，例如，上至200℃，下至-180℃的極寒低溫，任然可以用于輸電載體的設(shè)計和制造。因此，碳纖維復(fù)合芯不僅能夠適應(yīng)溫差變化，還有效減少架空電纜的絕緣空間，提高導(dǎo)線運(yùn)行的安全性。 　　3. 重量輕、強(qiáng)度高、破斷力大 　　ACCC的復(fù)合芯的密度約為1.9g/cm3 ，而ACSR的芯材密度要高出4倍(約為7.8 g /cm3 )，同時，ACCC的拉伸強(qiáng)度為2399MPa，是ACSR的1.97倍。要知道，電纜的承載外力主要由芯材承擔(dān)。而碳纖維復(fù)合芯相比鋼絲不僅具有重量輕、強(qiáng)度高的優(yōu)勢，還大大提高了30%的破斷力。 　　4. 耐腐蝕性 　　ACCC復(fù)合芯可以避免ACSR線芯的雙金屬間腐蝕的問題。更重要的是，ACCC芯棒外層包覆著玻璃纖維層，該層能起到絕緣功能，有的產(chǎn)品還在玻璃纖維外層包覆四氟乙烯使芯棒與鋁線完全絕緣，免受電腐蝕(見圖2：碳纖維復(fù)合芯鋁絞電纜的界面圖)①。          　　圖2：1、碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料內(nèi)芯;2、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料外芯;3、第一層梯形鋁導(dǎo)線;4、第二層梯形鋁導(dǎo)線;5、保護(hù)性涂層。 參考文獻(xiàn)：① 孫微等，高端新產(chǎn)品--碳纖維復(fù)合芯電纜，《化工新型材料》。