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基本信息

作品名稱:
架空導線用高性能復合材料電纜芯的研制
大類:
科技發明制作A類
小類:
能源化工
簡介:

傳統的架空導線是用鋼芯作為導線的承重部分,現在的趨勢是采用復合材料電纜芯代替傳統的鋼芯,復合芯導線具有強度大、載流量大、耐熱性好、線膨脹系數小、重量輕、耐腐蝕性能好等特點,是一種全新概念的架空輸電導線。截止目前,復合芯的國內外市場主要被美國CTC公司占據。我們采用自制的高性能環氧樹脂為基體,并以碳纖維和玻璃纖維增強此基體,通過拉擠成型工藝制備了可在野外惡劣環境下長期運行的高性能復合材料電纜芯。

詳細介紹:

傳統的架空導線是用鋼芯作為導線的承重部分,現在發展的趨勢是采用高性能復合材料電纜芯代替傳統的鋼芯作為導線的承重部分,復合材料合成芯導線具有強度大、載流量大、耐熱性好、線膨脹系數小、重量輕、耐腐蝕性能好等特點,是一種全新概念的架空輸電導線,它的誕生是架空輸電導線的一場革命(國電電力建設研究所總工程師尤傳永語)。截止目前,復合材料電纜芯的國內外市場主要被美國CTC公司占據。
我們采用自制的有機硅環氧樹脂、固化劑與目前已經商業化生產的環氧樹脂組成了一個高性能環氧樹脂復合體系,并用碳纖維和玻璃纖維增強這個環氧樹脂體系,制備出可以在高溫高濕環境中長期運行的復合材料電纜芯。我們在復合芯的研制過程中創造性地引入了自制有機硅環氧樹脂并成功地改進了拉擠成型工藝。我們研制的樹脂基體價格低(僅為95元/kg左右),自制樹脂基體的熱變形溫度可以達到195℃,能夠耐受復合材料電纜芯在180℃下長期運行。力學性能測試結果表明,樹脂基體的拉伸強度可以達到68.08MPa,彎曲強度為118.83MPa,更具有實際使用價值的是自制樹脂基體經過高溫高濕環境老化50h后,力學性能變化很小,這表明該樹脂基體可以耐受濕熱老化環境的影響;自制復合芯的表觀剪切強度值比CTC公司復合芯更大,且經過60小時的濕熱老化后,自制復合芯的表觀剪切強度值損失量??;在最大彎曲程度時,自制復合芯不折斷,對現場施工無嚴格限制,同時具有巨大的價格競爭優勢;DMA測試結果表明,濕熱老化前,自制復合材料電纜芯的耐熱性可以達到CTC公司復合芯的水平,經過50h濕熱老化后,自制復合芯Tg的損失量相對較小,這表明自制的復合材料電纜芯具有更佳的耐濕熱老化性能。目前已經完成實驗室階段的研制工作,將于近期進行中試生產,進一步驗證產品性能的穩定性和產業化的可行性。
我們制備的高性能復合材料電纜芯所使用的有機硅環氧樹脂和固化劑為自制,合成條件溫和,占地面積不大;所使用的其它環氧樹脂是已經商業化生產的國產環氧樹脂,能夠方便的購買到;所使用拉擠生產設備也為國產設備商提供;經過初步的推算,預計200萬元左右的投資就可以進行商業化生產(不含廠房的建設和土地的費用,僅包含生產設備和原材料的采購)。據報道,高性能復合材料電纜芯具有廣闊的市場空間,僅在中國就將有超過100億美元的市場。未來10年在北美洲按現今水平對電力基礎設施進行維護也需要560億美元的投資。因此,本項目所研制的高性能復合材料電纜芯對國內電線電纜行業的產業升級具有重要的意義。此外,從國家安全的角度看,電力行業為國民經濟的關鍵行業之一,因此也應該逐步實現高性能復合材料電纜芯的國產化目標。本項目所研制的高性能復合材料電纜芯的商業生產及技術推廣將有助于加快這一目標的實現。

獲獎情況:

第十二屆“挑戰杯”作品 二等獎
2011年5月獲得第十二屆全國“挑戰杯”競賽XX大學校級選拔賽唯一的特等獎;
2011年6月獲得第十二屆全國“挑戰杯”競賽XX?。ㄖ陛犑?、自治區)選拔賽特等獎;
2011年5月獲得遠東電纜有限公司對該項目的鑒定報告(見研究報告附錄一)。鑒定報告認為:該項目所研制的復合材料電纜芯性能優異,耐熱性可以達到國外同類產品(CTC公司復合芯)的水平,力學性能和耐濕熱老化性優于CTC公司復合芯,可以滿足架空導線的要求;該產品具有自主核心技術,生產成本低,發展了復合材料新的應用領域,對國內電線電纜行業的產業升級具有重要的意義,具有廣闊的市場前景;目前同類產品的國內外市場主要由美國CTC公司占據,該產品可以有效地解決國內架空輸電導線對進口復合芯的依賴,具有重要的社會價值和經濟效益。

作品圖片

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