碳纤维复合芯导线应用

2014年，全球碳纤维区域理论产能达到118000吨，而且各大碳纤维制造商还

陆续宣布了大幅扩产计划。国际碳纤维应用市场需求量为53500吨，继续以6%～8%的年增速不断扩大，应用领域进一步拓展，其主要应用领域比例如下：

航空航天29%、体育休闲14%、汽车13%、叶片11%、压力容器5%。国际碳纤维

产业及下游应用市场均呈现欣欣向荣的景象。

国碳纤维应用水平差距

近10年，国产高性能碳纤维及其复合材料在关键技术、装备及应用等方面

取得了突破性进展。我国T300级规模化碳纤维产品性能已经达到国际水平，并在航空航天领域得到了应用;低成本干喷湿纺T700级碳纤维已建成千吨级生产线，产品进入初步应用阶段;T800级碳纤维吨级线建成，并已实现批量生产。

但高模、高模高强碳纤维的工程化制备技术以及更高等级碳纤维的制备关键技

术还有待攻关。

截至2014年底，我国大小碳纤维生产企业有近40家，理论产能19,600吨，实际产量3700吨，主要产品为12K及以下规格小丝束PAN基碳纤维。2014年，国碳纤维总需求量约1.23万吨，其中，60%应用于体育休闲领域，15%应用于建筑领域，8%应用于电力(电缆)领域，3%应用于航空航天。

但国碳纤维应用水平与国外存在较大的差距，尤其国产碳纤维在以下领域

的应用比例偏低。

由于低成本、稳定化、规模化生产技术的欠缺，绝大多数国碳纤维产品的

成本与市场售价倒挂，我国碳纤维企业面临着国企业间竞争和国外企业恶意压

价的忧外患，生存状况不容乐观。

为改善我国碳纤维研发、生产与应用相互脱节，市场应用技术开发滞后，

产业牵引力不足的不利局面，中国碳纤维及复合材料产业发展联盟以碳纤维在

电力方面的应用为突破口，协调组织产业企业和应用单位，联合推进碳纤维复

合芯导线在新建线路中的应用，以期聚焦、突破产业关键和共性技术难题，提

高产业创新能力和竞争能力，扩大我国碳纤维及复合材料产业在工业领域的应用。

碳纤维复合芯导线的应用优势

碳纤维复合芯导线是一种采用环氧树脂浸润碳纤维、玻璃纤维后，固化形

成碳纤维复合芯并在其外层绞合梯形铝线的架空裸导线。

与传统钢芯铝绞线相比，碳纤维复合导线具有重量轻、弛垂小、强度大、

低线损、耐高温、耐腐蚀、与环境亲和等优点，弛度特性良好，实现了电力传

输的节能、环保与安全。

碳纤维复合芯导线载流量大，增容和裕容特性优异。碳纤维复合芯导线通

过以下方法实现增容：它采用软铝替代硬铝，导电率从61%IACS增到63%IACS;

与钢芯铝绞线相比，碳纤维复合芯导线可在160℃下运行，因此可提高运行温度，实现高温增容;与传统圆线结构相比，碳纤维复合芯导线外层采用型线结构，相同外径下，导线铝截面填充率可以增加10%-30%;在单位长度等重量的情况下，碳纤维复合芯导线的铝截面比钢芯铝绞线增加10%-30%。

对已建线路改造工程，在不更换原有杆塔的情况下，采用碳纤维复合芯导线，可以成倍提高线路输送容量。对新建线路，尤其是输送容量不稳定或需求

不明朗的新建线路，采用碳纤维复合芯导线能提供强大的裕容能力，满足未来

区域输送容量的增长要求，并可适应输送容量的大落差波动，增强线路对输送

容量变化的应变能力。

碳纤维复合芯导线重量轻、强度高、安全性好。普通镀锌钢丝的密度为

7.8kg/dm3 ，强度在1240Mpa-1340Mpa之间，而碳纤维复合芯的密度为

2.0kg/dm3，是镀锌钢丝的1/4，强度分为两个等级：2100Mpa和2400Mpa。可

见碳纤维复合芯导线的重量轻，强度高，安全性更好。

碳纤维复合芯导线初始弧垂及弧垂变化小，综合经济性较好。碳纤维复合

芯导线拉重比大，线膨胀系数小，线路架设的初始弧垂小，运行过程中弧垂变

化少，因此可降低杆塔高度，节约杆塔数量，减少塔基占地面积，从而节约土

地资源，降低输电线路综合建造成本。

碳纤维复合芯导线传输损失小，节约能源。在相同外径、相同传输容量下，碳纤维复合芯导线的线损更低，可以节约能源，降低线路运行成本。

碳纤维复合芯导线有较好的防覆冰和耐覆冰特性，环境适应性好。碳纤维

复合芯导线可以输送更大的负荷，运行线温可更高，且外径光滑，因此具有很

好的防冰性能。同时，由于强度高，碳纤维复合芯导线具有更好的耐覆冰性能，可以在北方寒冷环境中使用。

碳纤维复合芯导线耐环境老化性能好，寿命长。碳纤维耐腐蚀，碳纤维复

合芯导线对酸雨等环境具有极强的抵抗力，也避免了传统导线在通电时铝线与

镀锌钢线之间的电化学腐蚀现象，具有优异的介电性能，使用寿命长。

国外生产与应用现状

为解决现有输电线路导线弧垂过大，对地净距离不足的问题，20世纪90

年代，日本开发出新型碳纤维芯铝绞线，以替代传统的钢芯铝绞线。

这种复合材料芯线主要由碳纤维和热硬化性树脂构成。用12000根直径为

7μm的聚丙烯晴碳纤维，涂上未硬化的热硬化性树脂绞在一起，再缠上有机纤

维形成一根股线，然后，用7根股线绞成合成绞线。再经过最后的热处理使树

脂完全硬化，形成复合材料芯线。

美国CTC(Composite Techonology Comporation)公司成功开发了新型复合

材料合成芯导线。其系列ACCC(复合芯铝绞线)导线芯是由碳纤维为中心层，和

玻璃纤维包覆制成的单根芯棒，将碳纤维与玻璃纤维进行预拉伸后，环氧树脂

浸渍，然后在高温模子中固化成型。芯线外层与邻外层为梯形截面铝线股。导

线经常规型试验，证明其具有良好的机械特性和电气特性。

ACCC导线与常规的钢芯铝绞线相比，在外径相同时，复合芯铝绞线外层允

许缠绕超过28%的导电铝线。成品重量与常规的钢芯铝绞线相似，它能够利用

现有线路铁塔而不需改造。碳纤维复合芯铝绞线ACCC能够传输相同外径钢芯铝绞线两倍的电流，而且在容量增加一倍的同时，显著地提高了电网的安全性和

可靠性。

国生产应用现状与市场前景

随着国民经济的持续高速发展、工业化与城镇化步伐不断加快，我国对用

电量的需求急剧增加，原有输电线路面临着成倍扩容的需求。此外，西电东送、南北互供，以及各类特高压联网等工程也需要建设大容量的新电网。若采用多

分裂、大截面的传统钢芯铝绞导线增加输电容量，则因导线荷载加重，需要大