国产12K T700级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
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项目 (5455DW160001) 作者简介: 孙晓光 (1983 ̄) ꎬ 男ꎬ 硕士ꎬ 工程师ꎬ 主要从事碳纤维及其复合材料方面的研究和应用ꎬ sunnyxiaoguang@hotmail������ comꎮ
FRP / CM 2018������ No������ 7
70
国产 12K T700 级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
2 试 验 2������ 1 实验材料
试验选用三种国产 12K T700 级碳纤维ꎬ分别将 其编号为 CF1、CF2 和 CF3ꎮ 上浆量为 1������ 0% ~ 1������ 5%ꎮ
采用拉挤工艺将碳纤维制备成复合芯棒ꎬ所用 树脂为国产常熟佳发化学有限责任公司生产的 JEh ̄ 012 改性多元缩水甘油胺耐高温环氧树脂和改性四 氢苯酐固化剂ꎬ促进剂为上海理亿科技发展有限公 司生产的 LMY ̄2404 改性液态咪唑促进剂ꎬ脱模剂 为美国 AXEL 公司生产的 INT ̄1890Mꎬ上述四组分 的质量比为 100 ∶130 ∶8 ∶1ꎮ 玻璃纤维为中国巨石股 份有限公司生产的 1200 tex 无捻外抽 S4C 玻纤ꎮ 拉 挤模具温度为 180 ℃ ~ 200 ℃ ꎬ后固化温度为 200 ℃ ~ 230 ℃ ꎮ
2������ 2 实验设备及方法
碳纤维以复丝形式按照 GB / T 3362—2005 进行 拉伸强度测试ꎬ测试仪器为 Instron 2282 电子万能材 料试验机ꎻ复合芯棒按照 GB / T 29324—2012 进行拉 伸强度测试ꎬ测试仪器采用 WDW ̄E2000 微机控制
收稿日期: 2017 ̄12 ̄21 基金项目: 内蒙古自治区科技重大专项课题 “ 国产碳纤维在复合材料导线中的应用技术研究” ( 5455DW160001) ꎻ 国家电网公司科技
关键词: 碳纤维复合芯导线ꎻ 国产 T700 级碳纤维 中图分类号: TB332 文献标识码: A 文章编号: 1003-0999(2018)07-0069-05
1 前 言
碳纤维复合芯导线是一种用于替代传统钢芯铝 绞线的架空输电线路用导线ꎬ具备强度高、耐腐蚀、 导电率高、 载 流 量 大、 线 膨 胀 系 数 小、 弧 垂 小、 重 量 轻、使用寿命长等优异性能ꎬ能有效满足输变电领域 节能、安全、环保和经济性的更高要求ꎮ 该型导线是 高性能复合材料在输电导线中的创新性应用ꎬ在新 建线路或老旧线路的改造上都有明显经济价值和社 会效益[1 ̄3] ꎮ 截止到 2015 年年底ꎬ碳纤维复合芯导 线单线总里程已逾 30000 kmꎮ 按照国家电网公司 推广计划ꎬ2016 年至 2017 年年底ꎬ将陆续有 7 条碳 纤维复合芯导线应用在 500 kV 输电线路中ꎬ线路总 里程约为 1440 kmꎬ导线总长为 17000 kmꎮ 随着碳 纤维复合芯导线在增容改造线路中的大面积推广ꎬ 以及在新建线路尤其是超 / 特高压线路中的使用ꎬ导 线价格已成为制约工程化推广应用的主要因素ꎮ 据 国家电网公司相关部门组织的工程技术经济性分析 结果表明ꎬ如果碳纤维复合芯导线的价格能控制在 等直径钢芯铝绞线的 2������ 2 倍以内ꎬ则有望在电网输 电线路中进行大面积的推广应用[4ꎬ5] ꎮ 而在复合芯 原材料成本构成中ꎬ碳纤维占 60% 以上ꎬ因此ꎬ采取 将复合芯用关键原材料 12K T700 级碳纤维的国产 化替代是行之有效的途径ꎮ
电子式万能试验机ꎮ 按照 Q / ZHFC 4403 ̄2014 对碳纤维进行耐磨性
2018 年 7 月
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国产 12K T700 级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
孙晓光ꎬ 何州文ꎬ 兰逢涛ꎬ 杨 青
( 全球能源互联网研究院有限公司ꎬ 北京 102209)
摘要: 在碳纤维复合芯原材料成本构成中ꎬ碳纤维占 60%以上ꎬ采取将复合芯用关键原材料 12K T700 级碳纤维国产化替 代是降低成本行之有效的途径ꎮ 优选三家国内具有代表性的碳纤维生产企业的 12K T700 级 PAN 基碳纤维ꎬ制得的三种碳纤 维复合芯棒主要性能指标均能满足标准要求ꎬ能够替代进口东丽 T700S 碳纤维ꎬ价格约为其 70% ~ 80%ꎬ有利于碳纤维复合芯 导线的推广应用ꎮ
2018 年第 7 期
玻璃钢 / 复合材料
69
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国内目前碳纤维生产企业有 30 余家ꎬ其中已研 发出 T700 级碳纤维生产企业有近十家ꎮ 本文优选
国内具有代表性的三家碳纤维生产企业的 12K T700 级 PAN 基碳纤维ꎬ对比研究国产碳纤维与日本 Toray 12K T700S 的综合性能ꎬ采用拉挤工艺将其制备成 碳纤维复合芯棒ꎬ通过研究复合芯的性能验证国产 碳纤维在复合芯导线中应用的可行性ꎮ
FRP / CM 2018������ No������ 7
70
国产 12K T700 级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
2 试 验 2������ 1 实验材料
试验选用三种国产 12K T700 级碳纤维ꎬ分别将 其编号为 CF1、CF2 和 CF3ꎮ 上浆量为 1������ 0% ~ 1������ 5%ꎮ
采用拉挤工艺将碳纤维制备成复合芯棒ꎬ所用 树脂为国产常熟佳发化学有限责任公司生产的 JEh ̄ 012 改性多元缩水甘油胺耐高温环氧树脂和改性四 氢苯酐固化剂ꎬ促进剂为上海理亿科技发展有限公 司生产的 LMY ̄2404 改性液态咪唑促进剂ꎬ脱模剂 为美国 AXEL 公司生产的 INT ̄1890Mꎬ上述四组分 的质量比为 100 ∶130 ∶8 ∶1ꎮ 玻璃纤维为中国巨石股 份有限公司生产的 1200 tex 无捻外抽 S4C 玻纤ꎮ 拉 挤模具温度为 180 ℃ ~ 200 ℃ ꎬ后固化温度为 200 ℃ ~ 230 ℃ ꎮ
2������ 2 实验设备及方法
碳纤维以复丝形式按照 GB / T 3362—2005 进行 拉伸强度测试ꎬ测试仪器为 Instron 2282 电子万能材 料试验机ꎻ复合芯棒按照 GB / T 29324—2012 进行拉 伸强度测试ꎬ测试仪器采用 WDW ̄E2000 微机控制
收稿日期: 2017 ̄12 ̄21 基金项目: 内蒙古自治区科技重大专项课题 “ 国产碳纤维在复合材料导线中的应用技术研究” ( 5455DW160001) ꎻ 国家电网公司科技
关键词: 碳纤维复合芯导线ꎻ 国产 T700 级碳纤维 中图分类号: TB332 文献标识码: A 文章编号: 1003-0999(2018)07-0069-05
1 前 言
碳纤维复合芯导线是一种用于替代传统钢芯铝 绞线的架空输电线路用导线ꎬ具备强度高、耐腐蚀、 导电率高、 载 流 量 大、 线 膨 胀 系 数 小、 弧 垂 小、 重 量 轻、使用寿命长等优异性能ꎬ能有效满足输变电领域 节能、安全、环保和经济性的更高要求ꎮ 该型导线是 高性能复合材料在输电导线中的创新性应用ꎬ在新 建线路或老旧线路的改造上都有明显经济价值和社 会效益[1 ̄3] ꎮ 截止到 2015 年年底ꎬ碳纤维复合芯导 线单线总里程已逾 30000 kmꎮ 按照国家电网公司 推广计划ꎬ2016 年至 2017 年年底ꎬ将陆续有 7 条碳 纤维复合芯导线应用在 500 kV 输电线路中ꎬ线路总 里程约为 1440 kmꎬ导线总长为 17000 kmꎮ 随着碳 纤维复合芯导线在增容改造线路中的大面积推广ꎬ 以及在新建线路尤其是超 / 特高压线路中的使用ꎬ导 线价格已成为制约工程化推广应用的主要因素ꎮ 据 国家电网公司相关部门组织的工程技术经济性分析 结果表明ꎬ如果碳纤维复合芯导线的价格能控制在 等直径钢芯铝绞线的 2������ 2 倍以内ꎬ则有望在电网输 电线路中进行大面积的推广应用[4ꎬ5] ꎮ 而在复合芯 原材料成本构成中ꎬ碳纤维占 60% 以上ꎬ因此ꎬ采取 将复合芯用关键原材料 12K T700 级碳纤维的国产 化替代是行之有效的途径ꎮ
电子式万能试验机ꎮ 按照 Q / ZHFC 4403 ̄2014 对碳纤维进行耐磨性
2018 年 7 月
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国产 12K T700 级碳纤维在复合芯导线中的替代应用研究
孙晓光ꎬ 何州文ꎬ 兰逢涛ꎬ 杨 青
( 全球能源互联网研究院有限公司ꎬ 北京 102209)
摘要: 在碳纤维复合芯原材料成本构成中ꎬ碳纤维占 60%以上ꎬ采取将复合芯用关键原材料 12K T700 级碳纤维国产化替 代是降低成本行之有效的途径ꎮ 优选三家国内具有代表性的碳纤维生产企业的 12K T700 级 PAN 基碳纤维ꎬ制得的三种碳纤 维复合芯棒主要性能指标均能满足标准要求ꎬ能够替代进口东丽 T700S 碳纤维ꎬ价格约为其 70% ~ 80%ꎬ有利于碳纤维复合芯 导线的推广应用ꎮ
2018 年第 7 期
玻璃钢 / 复合材料
69
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国内目前碳纤维生产企业有 30 余家ꎬ其中已研 发出 T700 级碳纤维生产企业有近十家ꎮ 本文优选
国内具有代表性的三家碳纤维生产企业的 12K T700 级 PAN 基碳纤维ꎬ对比研究国产碳纤维与日本 Toray 12K T700S 的综合性能ꎬ采用拉挤工艺将其制备成 碳纤维复合芯棒ꎬ通过研究复合芯的性能验证国产 碳纤维在复合芯导线中应用的可行性ꎮ