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基本信息

作品名称:
架空导线用高性能复合材料电缆芯的研制
大类:
科技发明制作A类
小类:
能源化工
简介:

传统的架空导线是用钢芯作为导线的承重部分,现在的趋势是采用复合材料电缆芯代替传统的钢芯,复合芯导线具有强度大、载流量大、耐热性好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点,是一种全新概念的架空输电导线。截止目前,复合芯的国内外市场主要被美国CTC公司占据。我们采用自制的高性能环氧树脂为基体,并以碳纤维和玻璃纤维增强此基体,通过拉挤成型工艺制备了可在野外恶劣环境下长期运行的高性能复合材料电缆芯。

详细介绍:

传统的架空导线是用钢芯作为导线的承重部分,现在发展的趋势是采用高性能复合材料电缆芯代替传统的钢芯作为导线的承重部分,复合材料合成芯导线具有强度大、载流量大、耐热性好、线膨胀系数小、重量轻、耐腐蚀性能好等特点,是一种全新概念的架空输电导线,它的诞生是架空输电导线的一场革命(国电电力建设研究所总工程师尤传永语)。截止目前,复合材料电缆芯的国内外市场主要被美国CTC公司占据。
我们采用自制的有机硅环氧树脂、固化剂与目前已经商业化生产的环氧树脂组成了一个高性能环氧树脂复合体系,并用碳纤维和玻璃纤维增强这个环氧树脂体系,制备出可以在高温高湿环境中长期运行的复合材料电缆芯。我们在复合芯的研制过程中创造性地引入了自制有机硅环氧树脂并成功地改进了拉挤成型工艺。我们研制的树脂基体价格低(仅为95元/kg左右),自制树脂基体的热变形温度可以达到195℃,能够耐受复合材料电缆芯在180℃下长期运行。力学性能测试结果表明,树脂基体的拉伸强度可以达到68.08MPa,弯曲强度为118.83MPa,更具有实际使用价值的是自制树脂基体经过高温高湿环境老化50h后,力学性能变化很小,这表明该树脂基体可以耐受湿热老化环境的影响;自制复合芯的表观剪切强度值比CTC公司复合芯更大,且经过60小时的湿热老化后,自制复合芯的表观剪切强度值损失量小;在最大弯曲程度时,自制复合芯不折断,对现场施工无严格限制,同时具有巨大的价格竞争优势;DMA测试结果表明,湿热老化前,自制复合材料电缆芯的耐热性可以达到CTC公司复合芯的水平,经过50h湿热老化后,自制复合芯Tg的损失量相对较小,这表明自制的复合材料电缆芯具有更佳的耐湿热老化性能。目前已经完成实验室阶段的研制工作,将于近期进行中试生产,进一步验证产品性能的稳定性和产业化的可行性。
我们制备的高性能复合材料电缆芯所使用的有机硅环氧树脂和固化剂为自制,合成条件温和,占地面积不大;所使用的其它环氧树脂是已经商业化生产的国产环氧树脂,能够方便的购买到;所使用拉挤生产设备也为国产设备商提供;经过初步的推算,预计200万元左右的投资就可以进行商业化生产(不含厂房的建设和土地的费用,仅包含生产设备和原材料的采购)。据报道,高性能复合材料电缆芯具有广阔的市场空间,仅在中国就将有超过100亿美元的市场。未来10年在北美洲按现今水平对电力基础设施进行维护也需要560亿美元的投资。因此,本项目所研制的高性能复合材料电缆芯对国内电线电缆行业的产业升级具有重要的意义。此外,从国家安全的角度看,电力行业为国民经济的关键行业之一,因此也应该逐步实现高性能复合材料电缆芯的国产化目标。本项目所研制的高性能复合材料电缆芯的商业生产及技术推广将有助于加快这一目标的实现。

获奖情况:

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
2011年5月获得第十二届全国“挑战杯”竞赛XX大学校级选拔赛唯一的特等奖;
2011年6月获得第十二届全国“挑战杯”竞赛XX省(直辖市、自治区)选拔赛特等奖;
2011年5月获得远东电缆有限公司对该项目的鉴定报告(见研究报告附录一)。鉴定报告认为:该项目所研制的复合材料电缆芯性能优异,耐热性可以达到国外同类产品(CTC公司复合芯)的水平,力学性能和耐湿热老化性优于CTC公司复合芯,可以满足架空导线的要求;该产品具有自主核心技术,生产成本低,发展了复合材料新的应用领域,对国内电线电缆行业的产业升级具有重要的意义,具有广阔的市场前景;目前同类产品的国内外市场主要由美国CTC公司占据,该产品可以有效地解决国内架空输电导线对进口复合芯的依赖,具有重要的社会价值和经济效益。

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