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碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線是一種新型架空輸電線路用導(dǎo)線，重量輕、耐拉伸、熱穩(wěn)定性好、弛度小、單位面積通流能力強(qiáng)和抗腐蝕是其突出特點(diǎn)。特別適合于公司駐地濱海、礦山地區(qū)腐蝕強(qiáng)度大、污穢強(qiáng)度高、導(dǎo)線易舞動(dòng)的使用環(huán)境。

一、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線用途

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碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，是由含碳量較高、在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。其含碳量隨種類(lèi)不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工性好，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度，且碳纖維比重小。

碳纖維的主要用途

與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，做成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。

人高政樣象位較幾被科整兒際商周。

由碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。

用立活她隊(duì)美目聲，織委精價(jià)。

最神奇的應(yīng)用是采用長(zhǎng)碳纖維制成的“納米繩”可以將“太空電梯”由理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，太空電梯將可以將乘客和各種貨物運(yùn)送到空間軌道站上，也可以用這種“納米繩”將太空中發(fā)射平臺(tái)與地面固定在一起，在這樣的發(fā)射平臺(tái)上發(fā)射人造衛(wèi)星和太空探測(cè)器就可以大大降低發(fā)射成本。

總結(jié)碳纖維復(fù)合材料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：

（1）宇航工業(yè)用作導(dǎo)彈防熱及結(jié)構(gòu)材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛(wèi)星構(gòu)架、天線、太陽(yáng)能翼片底板、衛(wèi)星-火箭結(jié)合部件；航天飛機(jī)機(jī)頭，機(jī)翼前緣和艙門(mén)等制件；哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的測(cè)量構(gòu)架，太陽(yáng)能電池板和無(wú)線電天線。

（2）航空工業(yè)用作主承力結(jié)構(gòu)材料，如主翼、尾翼和機(jī)體；次承力構(gòu)件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩及座板等，此外還有C/C剎車(chē)片。

（3）交通運(yùn)輸用作汽車(chē)傳動(dòng)軸、板簧、構(gòu)架和剎車(chē)片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚(yú)雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達(dá)罩、深海油田的升降器和管道。

（4）運(yùn)動(dòng)器材用作網(wǎng)球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車(chē)、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車(chē)等。

（5）土木建筑幕墻、嵌板、間隔壁板、橋梁、架設(shè)跨度大的管線、海水和水輪結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發(fā)熱嵌板、抗震救災(zāi)用補(bǔ)強(qiáng)材料。

（6）其它工業(yè)化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化劑，吸附劑和密封制品等。生體和醫(yī)療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、X光機(jī)的床板和膠卷盒。編織機(jī)用的劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲(chǔ)能及防靜電等材料也已獲得廣泛應(yīng)用。

碳纖維復(fù)合材料在電線電纜中的應(yīng)用

碳纖維以其固有的特性賦予了其復(fù)合材料優(yōu)異的性能，它具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能，從而為其在電線電纜行業(yè)中的應(yīng)用提供了可能和必然。

碳纖維加熱電纜的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用：

人們?cè)缇椭?，以金屬材料為發(fā)熱體的電加熱技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是金屬絲在高溫狀態(tài)下表面易氧化，由于氧化層不斷的增厚，造成了有效通過(guò)電流的面積減小，增大了電流的負(fù)荷，因此易燒斷。在相同的允許的電流負(fù)荷面積下，金屬絲的強(qiáng)度比碳纖維低6－10倍，在使用過(guò)程中易折斷。

碳纖維是一種石墨的六方晶格層狀結(jié)構(gòu)組成，是一種全黑體材料，因此在電熱應(yīng)用中，表現(xiàn)出來(lái)的電熱轉(zhuǎn)換效率高。在特定的條件下，高溫不氧化，單位面積的電流的負(fù)荷強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度不發(fā)生改變。

目前碳纖維加熱電纜的應(yīng)用如下：

低溫輻射發(fā)熱電纜地板采暖系統(tǒng)。

恒溫育雛箱、花房、苗圃、蔬菜大棚等保溫采暖。

道路化雪、機(jī)場(chǎng)跑道化雪：用于混凝土結(jié)構(gòu)中樓面加熱的理想產(chǎn)品，也可以用在融雪裝置中，對(duì)屋面雨水和排水管進(jìn)行防霜，還可以用于土壤加熱。

管道、罐體保溫防凍：電伴熱產(chǎn)品近幾年在中國(guó)得到了大力的推廣和廣泛的應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在石油、化工、電力、鐵路和民用或商業(yè)建筑等。隨著中國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，以清潔、無(wú)二次污染的電能為主要能源的電伴熱產(chǎn)品市場(chǎng)前景非常廣闊，同時(shí)，也為電伴熱產(chǎn)品的性能提出了更高的要求。

足球場(chǎng)草坪、公共綠地土壤保溫：太陽(yáng)能熱水器電能補(bǔ)充加熱器，主要用于在長(zhǎng)期陰雨天或寒冬季節(jié)，因光照不足而導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水器水溫不能滿(mǎn)足生活、工程需要時(shí)，為補(bǔ)充熱能而設(shè)計(jì)的。它具有較強(qiáng)的耐酷暑、嚴(yán)寒和高溫潮濕環(huán)境的性能，并具有防干燒的功能。即使偶爾水箱缺水誤通電，也不至于燒壞電加熱器和水箱，故能確保安全使用。

碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用：

我國(guó)是個(gè)缺電的國(guó)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(lái)，輸電線路已不堪承受傳輸容量快速擴(kuò)容的需求，由于過(guò)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(guó)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。

與鋼芯鋁絞線相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、和同樣直徑的ACSR電纜相比，可以提供雙倍的載流容量。

2、有效解決電纜下垂問(wèn)題。

3、可以在更高的溫度下工作，最高可達(dá)200攝氏度。

4、線芯可以抗腐蝕，而且沒(méi)有雙金屬間腐蝕問(wèn)題。

5、因?yàn)榭梢蕴峁└叩妮d流容量，所以同時(shí)也有效的降低了工程成本。

6、與相同直徑傳統(tǒng)電纜相比可以多容納28%的導(dǎo)體。

7、高強(qiáng)度線芯可以有效減少電纜架的數(shù)量，或降低電纜架的高度。

8、有效減少電纜下垂，使地面生物更加安全。

除了上述提及的優(yōu)點(diǎn)外，還可減少傳輸中電力的損耗，減少20%的塔桿，節(jié)省用地，減少有色金屬資源消耗，有助于構(gòu)造安全、環(huán)保、高效節(jié)約型輸電網(wǎng)絡(luò)。

目前世界上只有美國(guó)和日本開(kāi)發(fā)出這種新型導(dǎo)線，他們還達(dá)成默契：不向第三國(guó)輸出，日本一家碳纖維導(dǎo)線企業(yè)的產(chǎn)量就占到世界40%左右。

目前我國(guó)電線電纜研究所、電力建筑研究院以及國(guó)家電網(wǎng)有限公司都已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)ACCC導(dǎo)線的試驗(yàn)研究工作。國(guó)內(nèi)電纜廠家也加大與外方合作，將這種新型電纜引進(jìn)到中國(guó)生產(chǎn)，積極推動(dòng)我國(guó)架空輸電線路的技術(shù)革命。最近福建電網(wǎng)已經(jīng)將該新型導(dǎo)線架設(shè)運(yùn)行。

碳纖維細(xì)如蛛絲，三型碳纖維比強(qiáng)度是鋼的62倍以上，成形工藝性好，是一代新型工程材料，其彈性量高，抗變性能力比鋼大2倍多，抗拉強(qiáng)度30～40t/cm2pa,而比重還不到鋼的四分之一，是鋁合金的二分之一，高彈模量比鋼鐵大16倍，比鋁合金大12倍。且碳纖維比鋼等柔軟。因此，碳纖維可用于要求能承重、不易損傷內(nèi)部件的電纜的加強(qiáng)芯，如海底光纜等。

碳纖維可以耐－180℃的低溫，在此條件下，許多材料都變的很脆，連堅(jiān)固的鋼鐵也變的比玻璃還容易碎，而碳纖維在此條件下依舊很柔軟。因此，碳纖維復(fù)合芯可用于極寒（如南極考察研究等）條件下輸電載體的設(shè)計(jì)和制造。

碳纖維又可以耐3000℃～3500℃的高溫，在此高溫下最好的耐熱鋼也變成鋼水，但在沒(méi)有氧氣的情況下，碳纖維沒(méi)有變化。碳纖維即使從3000℃的高溫快速冷卻到室溫也不會(huì)炸裂，因而可在急冷急熱的環(huán)境中工作。這為鋼鐵、冶金、鍋爐等行業(yè)中高溫特高溫場(chǎng)合電纜的設(shè)計(jì)提供了可能。此外，碳纖維紗、碳纖維繩、碳纖維布都可用于消防電纜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)選用。

碳纖維有超強(qiáng)的耐腐蝕性。金屬中耐腐蝕性最強(qiáng)的是黃金和鉑，在一份硝酸（濃度70%）和三份硫酸（濃度39%）配成的稱(chēng)“王水”的溶液中黃金、鉑會(huì)被腐蝕的千瘡百孔，而“王水”中的碳纖維卻安然無(wú)恙。為各種化學(xué)環(huán)境下輕型耐化學(xué)腐蝕電纜的設(shè)計(jì)提供了新的思路。

二、碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線優(yōu)點(diǎn)

1.強(qiáng)度為普通導(dǎo)線的2倍。普通鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1240Mpa-1410Mpa，而ACCC導(dǎo)線的碳纖維混合固化芯棒，是前者的兩倍。

2.導(dǎo)電率高，節(jié)能6%。由于ACCC導(dǎo)線不存在鋼絲材料引起的磁損和熱效應(yīng)，而且在輸送相同負(fù)荷的條件下，具有更低的運(yùn)行溫度，可以減少輸電損失約6%。

3.低弧垂，降低2倍以上垂度。ACCC導(dǎo)線與ACSR導(dǎo)線相比具有顯著的低弛度特性，在高溫條件下弧垂不到鋼芯鋁絞線的1/2，能有效減少架空線的絕緣空間走廊，提高了導(dǎo)線運(yùn)行的安全性和可靠性。

4.重量輕10-20%。碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的比重約為鋼的1/4，在相同的外徑下,ACCC的鋁截面積為常規(guī)ACSR導(dǎo)線的1.29倍。ACCC導(dǎo)線單位長(zhǎng)度重量比常規(guī)ACSR導(dǎo)線輕10-20%，顯示了ACCC導(dǎo)線重量輕的優(yōu)點(diǎn)。

5、耐腐蝕，使用壽命高于普通導(dǎo)線的2倍。碳纖維復(fù)合材料與環(huán)境親和，同時(shí)避免了導(dǎo)體在通電時(shí)鋁線與鍍鋅鋼線之間的電化腐蝕問(wèn)題，有效地延緩導(dǎo)線的老化，使用壽命高于普通導(dǎo)線的2倍。

6、同樣容量線路投資成本低于普通導(dǎo)線。由于ACCC碳纖維復(fù)合導(dǎo)線倍容量運(yùn)行，而且抗拉強(qiáng)度高、弛度小、重量輕等特點(diǎn)，可使桿、塔之間的跨距增大，高度降低，同樣容量線路成本比普通導(dǎo)線低。

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