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基本信息
- 作品名稱：
- 架空導(dǎo)線用高性能復(fù)合材料電纜芯的研制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 小類：
- 能源化工
- 簡(jiǎn)介：
傳統(tǒng)的架空導(dǎo)線是用鋼芯作為導(dǎo)線的承重部分，現(xiàn)在的趨勢(shì)是采用復(fù)合材料電纜芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼芯，復(fù)合芯導(dǎo)線具有強(qiáng)度大、載流量大、耐熱性好、線膨脹系數(shù)小、重量輕、耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，是一種全新概念的架空輸電導(dǎo)線。截止目前，復(fù)合芯的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)主要被美國(guó)CTC公司占據(jù)。我們采用自制的高性能環(huán)氧樹脂為基體，并以碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)此基體，通過拉擠成型工藝制備了可在野外惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期運(yùn)行的高性能復(fù)合材料電纜芯。
- 詳細(xì)介紹：
傳統(tǒng)的架空導(dǎo)線是用鋼芯作為導(dǎo)線的承重部分，現(xiàn)在發(fā)展的趨勢(shì)是采用高性能復(fù)合材料電纜芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼芯作為導(dǎo)線的承重部分，復(fù)合材料合成芯導(dǎo)線具有強(qiáng)度大、載流量大、耐熱性好、線膨脹系數(shù)小、重量輕、耐腐蝕性能好等特點(diǎn)，是一種全新概念的架空輸電導(dǎo)線，它的誕生是架空輸電導(dǎo)線的一場(chǎng)革命（國(guó)電電力建設(shè)研究所總工程師尤傳永語(yǔ)）。截止目前，復(fù)合材料電纜芯的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)主要被美國(guó)CTC公司占據(jù)。
我們采用自制的有機(jī)硅環(huán)氧樹脂、固化劑與目前已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂組成了一個(gè)高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合體系，并用碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)這個(gè)環(huán)氧樹脂體系，制備出可以在高溫高濕環(huán)境中長(zhǎng)期運(yùn)行的復(fù)合材料電纜芯。我們?cè)趶?fù)合芯的研制過程中創(chuàng)造性地引入了自制有機(jī)硅環(huán)氧樹脂并成功地改進(jìn)了拉擠成型工藝。我們研制的樹脂基體價(jià)格低（僅為95元/kg左右），自制樹脂基體的熱變形溫度可以達(dá)到195℃，能夠耐受復(fù)合材料電纜芯在180℃下長(zhǎng)期運(yùn)行。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明，樹脂基體的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到68.08MPa，彎曲強(qiáng)度為118.83MPa，更具有實(shí)際使用價(jià)值的是自制樹脂基體經(jīng)過高溫高濕環(huán)境老化50h后，力學(xué)性能變化很小，這表明該樹脂基體可以耐受濕熱老化環(huán)境的影響；自制復(fù)合芯的表觀剪切強(qiáng)度值比CTC公司復(fù)合芯更大，且經(jīng)過60小時(shí)的濕熱老化后，自制復(fù)合芯的表觀剪切強(qiáng)度值損失量小；在最大彎曲程度時(shí)，自制復(fù)合芯不折斷，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工無嚴(yán)格限制，同時(shí)具有巨大的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；DMA測(cè)試結(jié)果表明，濕熱老化前，自制復(fù)合材料電纜芯的耐熱性可以達(dá)到CTC公司復(fù)合芯的水平，經(jīng)過50h濕熱老化后，自制復(fù)合芯Tg的損失量相對(duì)較小，這表明自制的復(fù)合材料電纜芯具有更佳的耐濕熱老化性能。目前已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室階段的研制工作，將于近期進(jìn)行中試生產(chǎn)，進(jìn)一步驗(yàn)證產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性和產(chǎn)業(yè)化的可行性。
我們制備的高性能復(fù)合材料電纜芯所使用的有機(jī)硅環(huán)氧樹脂和固化劑為自制，合成條件溫和，占地面積不大；所使用的其它環(huán)氧樹脂是已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)環(huán)氧樹脂，能夠方便的購(gòu)買到；所使用拉擠生產(chǎn)設(shè)備也為國(guó)產(chǎn)設(shè)備商提供；經(jīng)過初步的推算，預(yù)計(jì)200萬(wàn)元左右的投資就可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)（不含廠房的建設(shè)和土地的費(fèi)用，僅包含生產(chǎn)設(shè)備和原材料的采購(gòu)）。據(jù)報(bào)道，高性能復(fù)合材料電纜芯具有廣闊的市場(chǎng)空間，僅在中國(guó)就將有超過100億美元的市場(chǎng)。未來10年在北美洲按現(xiàn)今水平對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行維護(hù)也需要560億美元的投資。因此，本項(xiàng)目所研制的高性能復(fù)合材料電纜芯對(duì)國(guó)內(nèi)電線電纜行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要的意義。此外，從國(guó)家安全的角度看，電力行業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵行業(yè)之一，因此也應(yīng)該逐步實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)合材料電纜芯的國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)。本項(xiàng)目所研制的高性能復(fù)合材料電纜芯的商業(yè)生產(chǎn)及技術(shù)推廣將有助于加快這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。- 獲獎(jiǎng)情況：
第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎(jiǎng)
2011年5月獲得第十二屆全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽XX大學(xué)校級(jí)選拔賽唯一的特等獎(jiǎng)；
2011年6月獲得第十二屆全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽XX?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）選拔賽特等獎(jiǎng)；
2011年5月獲得遠(yuǎn)東電纜有限公司對(duì)該項(xiàng)目的鑒定報(bào)告（見研究報(bào)告附錄一）。鑒定報(bào)告認(rèn)為：該項(xiàng)目所研制的復(fù)合材料電纜芯性能優(yōu)異，耐熱性可以達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品（CTC公司復(fù)合芯）的水平，力學(xué)性能和耐濕熱老化性優(yōu)于CTC公司復(fù)合芯，可以滿足架空導(dǎo)線的要求；該產(chǎn)品具有自主核心技術(shù)，生產(chǎn)成本低，發(fā)展了復(fù)合材料新的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)國(guó)內(nèi)電線電纜行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要的意義，具有廣闊的市場(chǎng)前景；目前同類產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)主要由美國(guó)CTC公司占據(jù)，該產(chǎn)品可以有效地解決國(guó)內(nèi)架空輸電導(dǎo)線對(duì)進(jìn)口復(fù)合芯的依賴，具有重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
