| 远东碳纤维复合导线通过国家节能产品认证 |
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2010-1-19日，远东复合技术有限公司生产销售的碳纤维复合芯软铝导线顺利通过电能（北京）认证有限公司（PCCC）颁发的节能产品认证年度监督审核，这是电缆行业{wy}获得国家认可的节能型电线电缆产品。 远东复合技术有限公司生产销售的碳纤维复合芯软铝导线目前已经广泛应用于电力输电线路中，已经投入运行的有上百条线路。通过实践验证，目前已经在电力系统中投入运行的碳纤维复合芯软铝导线线路，其实际节能效果相当于每年可节约数百万吨标准煤。 碳纤维复合芯软铝导线内部采用合成碳纤维，全部都是非铁磁性，而且不导电，所以不存在钢丝材料引起的磁损和涡流损耗；铝线采用导电率不小于63%IACS的T型软铝；导线表面光滑，结构紧密，运行中电晕损耗小；在输送相同负荷条件下，碳纤维复合芯软铝导线具有更低的运行温度，可减少较大的输电损失。 碳纤维复合芯软铝导线除了本身具有的节能效果显著的特点外，还具有强度高、重量轻、膨胀系数小、耐腐蚀和耐高温等特点。该导线应用在电网输电线路的改造和增容项目中，能够利用现有杆塔等设施，既成倍地大幅度提高传输容量，同时又可以节省通道资源，减少土地资源，节约投资，降低输电线路损耗等。因此，碳纤维复合芯软铝导线的推广应用，具有明显的经济价值和社会效益，对推进国家节能减排战略目标的实现有重大的现实意义。 |
ACCC碳纤维复合芯导线系列主要优点是：
1.强度为普通导线的2倍。普通钢丝的抗拉强度为1240Mpa-1410Mpa，而ACCC导线的碳纤维混合固化芯棒，是前者的两倍。
2.导电率高，节能6%。由于ACCC导线不存在钢丝材料引起的磁损和热效应，而且在输送相同负荷的条件下，具有更低的运行温度，可以减少输电损失约6%。
3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC导线与ACSR导线相比具有显著的低弛度特性，在高温条件下弧垂不到钢芯铝绞线的1/2，能有效减少架空线的绝缘空间走廊，提高了导线运行的安全性和可靠性。
4.重量轻10-20%。碳纤维复合芯导线的比重约为钢的1/4，在相同的外径下,ACCC的铝截面积为常规ACSR导线的1.29倍。ACCC导线单位长度重量比常规ACSR导线轻10-20%，显示了ACCC导线重量轻的优点。
5、耐腐蚀，使用寿命高于普通导线的2倍。碳纤维复合材料与环境亲和，同时避免了导体在通电时铝线与镀锌钢线之间的电化腐蚀问题，有效地延缓导线的老化，使用寿命高于普通导线的2倍。
6、同样容量线路投资成本低于普通导线。由于ACCC碳纤维复合导线倍容量运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，同样容量线路成本比普通导线低。
7、节约一半铝材的消耗。按每年电力电路200万吨铝用量计算，能节约铝材近100万吨。从保护环境、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。
碳纤维复合材料应用于电线电缆中的发展建议
一碳纤维复合材料的发展和战略地位
碳纤维的出现是材料史上的一次革命碳纤维是目前世界{sx}的高性能材料,具有高强度高模量耐高温抗疲劳导电质轻易加工等多种优异性能,正逐步征服和取代传统材料现已广泛应用于航天航空和军事领域世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置碳纤维除了在军事领域上的重要应用外,在民品的发展上有着更加广阔的空间,并已经开始深入到国计民生的各个领域在机械建筑材料文体化工医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势
碳纤维是50年代初应火箭宇航及航空等{jd0}科学技术的需要而产生的80年代初期,高性能及超高性能的碳纤维相继出现,这在技术上是又一次飞跃,同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段经过二十多年的发展,碳纤维及其复合材料已从初创期转入增长发展期,其工业地位已基本确立,美日英法德等国的碳纤维产量已经占世界产量的绝大部分,并已逐步形成垄断优势
我国对碳纤维的研究由于起步较晚,技术力量薄弱,虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划,但总体情况不尽理想,我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术,国防和民用碳纤维产品基本依赖进口
二碳纤维复合材料的性能和用途
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,是由含碳量较高在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理碳化处理及石墨化等工艺制成的其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温耐磨擦导电导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显着的各向异性柔软可加工性好,沿纤维轴方向表现出很高的强度,且碳纤维比重小
1碳纤维的化学性能
碳纤维是一种纤维状的碳素材料我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一除强氧化性酸等特殊物质外,在常温常压附近,几乎为化学惰性可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用,很难观察到碳纤维发生化学变化根据有关资料介绍,从碳素材料的化学性质分析,在≤250℃环境下,碳素材料既没有明显的氧化发生,也没有生成碳化物和层间化合物生成由于碳素材料具有气孔结构,因此气孔率高达25%左右,在加热过程易产生吸附气体脱气情况,这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用
2碳纤维的物理性能
(a)热学性质;
(b)导热性质
碳素材料热传导机理并不依赖于电子,而是依靠晶格振动导热,因此,不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律根据有关资料介绍,普通的碳素材料导热系数极高,平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美
(c)电学性质
碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关,石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征,电阻率变化主要与载流子的数量变化有关
3碳纤维的主要用途
与树脂金属陶瓷等基体复合,做成结构材料碳纤维增强环氧树脂复合材料,其比强度比模量综合指标,在现有结构材料中是{zg}的在刚度重量疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都颇具优势由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料,由于其比重小刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料最神奇的应用是采用长碳纤维制成的“纳米绳”可以将“太空电梯”由理想变为现实,太空电梯将可以将乘客和各种货物运送到空间轨道站上,也可以用这种“纳米绳”将太空中发射平台与地面固定在一起,在这样的发射平台上发射人造卫星和太空探测器就可以大大降低发射成本
总结碳纤维复合材料的现实应用有以下几个方面:
(1)宇航工业用作导弹防热及结构材料如火箭喷管鼻锥大面积防热层;卫星构架天线太阳能翼片底板卫星-火箭结合部件;航天飞机机头,机翼前缘和舱门等制件;哈勃太空望远镜的测量构架,太阳能电池板和无线电天线
(2)航空工业用作主承力结构材料,如主翼尾翼和机体;次承力构件,如方向舵起落架副翼扰流板发动机舱整流罩及座板等,此外还有C/C刹车片
(3)交通运输用作汽车传动轴板簧构架和刹车片等制件;船舶和海洋工程用作制造渔船鱼雷快艇快艇和巡逻艇,以及赛艇的桅杆航杆壳体及划水浆;海底电缆潜水艇雷达罩深海油田的升降器和管道
(4)运动器材用作网球羽毛球和壁球拍及杆棒球曲棍球和高尔夫球杆自行车赛艇钓杆滑雪板雪车等
(5)土木建筑幕墙嵌板间隔壁板桥梁架设跨度大的管线海水和水轮结构的增强筋地板窗框管道海洋浮杆面状发热嵌板抗震救灾用补强材料
(6)其它工业化工用的防腐泵阀槽罐;催化剂,吸附剂和密封制品等生体和医疗器材如人造骨骼牙齿韧带X光机的床板和胶卷盒编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷其它还有电磁屏蔽电极度音响减磨储能及防静电等材料也已获得广泛应用
三碳纤维复合材料在电线电缆中的应用
碳纤维以其固有的特性赋予了其复合材料优异的性能,它具有高比强度高比模量耐高温耐腐蚀耐疲劳抗蠕变导电传热和热膨胀系数小等一系列优异性能,从而为其在电线电缆行业中的应用提供了可能和必然
(一)碳纤维加热电缆的开发和应用
人们早就知道,以金属材料为发热体的电加热技术已在各个领域得到了广泛的应用但是金属丝在高温状态下表面易氧化,由于氧化层不断的增厚,造成了有效通过电流的面积减小,增大了电流的负荷,因此易烧断在相同的允许的电流负荷面积下,金属丝的强度比碳纤维低6-10倍,在使用过程中易折断
碳纤维是一种石墨的六方晶格层状结构组成,是一种全黑体材料,因此在电热应用中,表现出来的电热转换效率高在特定的条件下,高温不氧化,单位面积的电流的负荷强度和机械强度不发生改变
目前碳纤维加热电缆的应用如下:
低温辐射发热电缆地板采暖系统
恒温育雏箱花房苗圃蔬菜大棚等保温采暖
道路化雪机场跑道化雪:用于混凝土结构中楼面加热的理想产品,也可以用在融雪装置中,对屋面雨水和排水管进行防霜,还可以用于土壤加热
管道罐体保温防冻:电伴热产品近几年在中国得到了大力的推广和广泛的应用其应用领域主要集中在石油化工电力铁路和民用或商业建筑等随着中国电力工业的发展,以清洁无二次污染的电能为主要能源的电伴热产品市场前景非常广阔,同时,也为电伴热产品的性能提出了更高的要求
公共绿地土壤保温:太阳能热水器电能补充加热器,主要用于在长期阴雨天或寒冬季节,因光照不足而导致太阳能热水器水温不能满足生活工程需要时,为补充热能而设计的它具有较强的耐酷暑严寒和高温潮湿环境的性能,并具有防干烧的功能即使偶尔水箱缺水误通电,也不至于烧坏电加热器和水箱,故能确保安全使用
(二)碳纤维复合芯导线的开发和应用
我国是个缺电的国家,不仅发电业的发展滞后,输电业的弊端也凸现出来,输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求,由于过负荷造成的停电断电故障频频发生,电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”,各国均在研究新型架空输电路用导线,以取代传统的钢芯铝绞线,碳纤维复合芯导线由此应运而生
与钢芯铝绞线相比,碳纤维复合芯导线具有以下优点:
1和同样直径的ACSR电缆相比,可以提供双倍的载流容量
2有效解决电缆下垂问题
3可以在更高的温度下工作,{zg}可达200摄氏度
4线芯可以抗腐蚀,而且没有双金属间腐蚀问题
5因为可以提供更高的载流容量,所以同时也有效的降低了工程成本
6与相同直径传统电缆相比可以多容纳28%的导体
7高强度线芯可以有效减少电缆架的数量,或降低电缆架的高度
8有效减少电缆下垂,使地面生物更加安全
除了上述提及的优点外,还可减少传输中电力的损耗,减少20%的塔杆,节省用地,减少有色金属资源消耗,有助于构造安全环保高效节约型输电网络
目前世界上只有美国和日本开发出这种新型导线,他们还达成默契:不向第三国输出,日本一家碳纤维导线企业的产量就占到世界40%左右
目前我国电线电缆研究所电力建筑研究院以及国家电网有限公司都已经开始了对ACCC导线的试验研究工作国内电缆厂家也加大与外方合作,将这种新型电缆引进到中国生产,积极推动我国架空输电线路的技术革命最近福建电网已经将该新型导线架设运行
(三)在高低温腐蚀等苛刻环境应用的可能
碳纤维细如蛛丝,三型碳纤维比强度是钢的62倍以上,成形工艺性好,是一代新型工程材料,其弹性量高,抗变性能力比钢大2倍多,抗拉强度30~40t/cm2pa,而比重还不到钢的四分之一,是铝合金的二分之一,高弹模量比钢铁大16倍,比铝合金大12倍且碳纤维比钢等柔软因此,碳纤维可用于要求能承重不易损伤内部元件的电缆的加强芯,如海底光缆等
碳纤维可以耐-180℃的低温,在此条件下,许多材料都变的很脆,连坚固的钢铁也变的比玻璃还容易碎,而碳纤维在此条件下依旧很柔软因此,碳纤维复合芯可用于极寒(如南极考察研究等)条件下输电载体的设计和制造
碳纤维又可以耐3000℃~3500℃的高温,在此高温下{zh0}的耐热钢也变成钢水,但在没有氧气的情况下,碳纤维没有变化碳纤维即使从3000℃的高温快速冷却到室温也不会炸裂,因而可在急冷急热的环境中工作这为钢铁冶金锅炉等行业中高温特高温场合电缆的设计提供了可能此外,碳纤维纱碳纤维绳碳纤维布都可用于消防电缆产品的设计选用
碳纤维有超强的耐腐蚀性金属中耐腐蚀性最强的是黄金和铂,在一份硝酸(浓度70%)和三份硫酸(浓度39%)配成的称“王水”的溶液中黄金铂会被腐蚀的千疮百孔,而“王水”中的碳纤维却安然无恙为各种化学环境下轻型耐化学腐蚀电缆的设计提供了新的思路
四发展建议
碳纤维材料的产业化是实现碳纤维导线在国内输电行业的产业化的前提和保证。碳纤维材料价格则是制约产业化应用的关键。
我国从八十年代初期开始起步，加大了对碳纤维材料的研究和开发力度，并也着力于碳纤维材料产业化基地的建设，但由于国外设备、技术封锁，至今未见重大突破，产品质量不稳定性，预计今后每年至少一万吨的缺口。
2000年前碳纤维材料的价格水平为5万美圆/吨左右,比铝的价格要高20倍多但是近两年,由于国际政治形势和军事格局的变化,碳纤维材料价格受其影响,大幅度上升这无疑都将对我国现代化的建设成本形成巨大的压力和负担最近,我国福建电网从美国复合材料工程公司(CTC)购置了60公里ACCC导线(铝导体复合芯架空导线)应用在福建省厦门和福州电网中,其价格水平为15万元人民币/公里这比我们一直使用的钢芯铝绞线的价格要高几倍
各科研院所应进一步加大碳纤维材料的基础应用研究和开发,建立我国自主知识产权,实现碳纤维材料的质量稳定,降低成本同时要采用国家投入和民间投入相结合的方式,加大碳纤维在航天和军工以外的民品应用,有助于碳纤维产业的健康持续发展
最近,我国国内碳纤维产业发展面临重大机遇辽宁圣华科技有限公司落户抚顺经济开发区后,可以把现有抚顺部分企业培育成碳纤维及复合材料的xxxx,发挥其带动和辐射功能,把抚顺建设成为全国碳纤维研发基地和产业基地
目前我国电线电缆研究所电力建筑研究院以及国家电网有限公司都已经开始了对ACCC导线的试验研究工作
希望国内同行积极研究和开发,为加快碳纤维复合材料在我国线缆行业应用和产业化发展共同努力
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