机械工程材料论文碳纤维复合芯在输电导线中的应用.doc

碳纤维复合芯在输电导线中的应用 摘要：本文分析了碳纤维的研究现状，从碳纤维的强度，弛度，导电率出发，全方面阐述了碳纤维的特点及优点，通过对国内外对碳纤维的具体应用实例，了解到了碳纤维的应用前景和优点。 关键词：碳纤维 ; 性能 ; 导线 ; 应用 Abstract：This paper analyzes the carbon fiber research status, from the carbon fiber strength, sag, conductivity of departure, all aspects of the carbon-fiber characteristics and advantages of home and abroad through the carbon fiber concrete examples, understand the application of carbon fiber prospects and benefits. Keywords：Carbon fiber; performance; conductor; Application 0引言 架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来，架空导线主要使用钢芯铝绞线。为安全可靠地多输送电力，各国的科技工作者不断努力寻求理想的架空输电线路用导线，以取代传统的各种导线，如：为提高防腐性能而开发的铝包钢芯铝绞线，为提高强度而开发的钢芯铝合金绞线、全铝合金绞线、铝包钢芯铝合金绞线等，为提高导线耐热性能和输送容量而开发的各种耐热铝合金导线，为降低导线弛度而开发的用殷钢芯代替普通钢芯的低弛度导线等。 20世纪90年代，人们尝试用有机复合材料代替金属材料来制作导线的芯材，并已开发出几种复合材料合成芯导线。其中，碳纤维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线路用导线，它的诞生是架空输电导线的一场革命。 1碳纤维复合材料简介 高分子有机复合材料是20世纪70年代后期开发出来的新型材料，是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。高分子化合物一般具有长链结构，每个分子都像一条长长的线，许多分子纠集在一起形成了一个扯不开的线团，这就是高分子化合物具有较高强度，可作为结构材料使用的根本原因。此外，人们还可以通过各种手段，用物理的或化学的方法，或者使高分子与其他物质相互作用后产生物理或化学变化，从而使高分子化合物成为能完成特殊功能的高分子材料。作为增强型材料的碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维，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，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。 2复合芯的应用领域 新型复合材料合成芯导线是一种全新概念的架空输电线路用导线，与同等直径的常规导线相比，具有许多优越性，在以下有特别要求的应用场合具有应用和推广的价值： (1)具有与传统钢芯铝绞线相当的重量和刚度，合成芯材重量轻，在选用与原ACSR相同重量的导线时，相当于导线上有更多的铝材。 (2)合成芯导线可运行在远高于ACSR导线的运行温度下，具有更高的载流容量，以及复合材料导线更高的强度和小得多的弛度，因此允许对现有铁塔不作修改，仅用复合材料导线替换原有常规线路，可实现大幅增大现有走廊的输送功率。从而避免大范围的重建，减少停电时间。 (3)由于弛度小，可采用较矮的铁塔实现新建的大跨越以及普通线路工程，并可有效减小风偏，在特殊气候条件下保证输送容量。 (4)降低线路电晕损耗和减小电磁场辐射。 (5)由于复合材料增强的耐热特性，可减少冰的集结，或在重覆冰地区，可采用更小直径的复合导线，在不改变输送容量的情况下实现安全输送。 (6)由于导线中的金属材料仅有铝材，可用在高腐蚀的地区。 3碳纤维复合芯导线及其应用情况 一．日本的碳纤维芯铝绞线 20世纪90年代日本采用碳纤维和热硬化性树脂构成的复合材料芯线代替钢芯，开发出了一种新型复合材料合成芯导线，即碳纤维芯铝绞线。先将12000根直径为7衄1的PAN系碳纤维丝涂上未硬化的热硬化性树脂绞在一起，再缠上有机纤维形成1根股线，7根这样的股线绞合起来，最后热处理使树脂完全硬化形成复合材料芯线。这种碳纤维芯铝绞线，最早是作为一种改进型低弛度导线提出的。除碳纤维芯铝绞线以外，又开发了耐热碳纤维芯铝合金