記者日前來(lái)到這里采訪時(shí)，朱波正在與來(lái)訪的企業(yè)界人士交流洽談。“碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)已經(jīng)被國(guó)家電網(wǎng)公司列入重點(diǎn)推廣技術(shù)目錄，如今許多大企業(yè)紛紛前來(lái)與我們開(kāi)展合作，生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)已在多地掛網(wǎng)運(yùn)行，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)由此完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，不僅將大大推動(dòng)我國(guó)電力技術(shù)的發(fā)展，而且將帶動(dòng)我國(guó)碳纖維行業(yè)的快速健康發(fā)展。”朱波語(yǔ)氣中難掩興奮和自豪。
碳纖維引導(dǎo)輸電革命
“小產(chǎn)品”有“大智慧”
“你看，就是這個(gè)貌似不起眼的產(chǎn)品，卻有著極高的技術(shù)含量，在我們研發(fā)成功之前，國(guó)內(nèi)用戶(hù)都要向美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家購(gòu)買(mǎi)。”在山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室里，朱波拿起一段鋁絞線(xiàn)纏繞的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)對(duì)導(dǎo)報(bào)記者介紹說(shuō)，該導(dǎo)線(xiàn)中間黑色的芯棒由耐高溫改性樹(shù)脂基與高性能碳纖維復(fù)合材料制成，與傳統(tǒng)的鋼芯輸電線(xiàn)路相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)具有強(qiáng)度高、重量輕、導(dǎo)電率高、耐高溫、耐腐蝕等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，既能夠用于提高輸送能力，又可有效提高線(xiàn)路安全運(yùn)行水平。
據(jù)介紹，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程主要包括3部分，即碳纖維原絲及碳纖維絲的制備、碳纖維復(fù)合芯的生產(chǎn)和碳纖維復(fù)合芯鋁絞線(xiàn)的生產(chǎn)。目前，山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)研制成功一系列適用于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的生產(chǎn)材料、工具及施工技術(shù)，并正迅速進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。
據(jù)測(cè)試，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)芯棒的抗拉強(qiáng)度分別是一般鋼絲和高強(qiáng)鋼絲的2.1倍和1.85倍，更適合大跨度輸電線(xiàn)路的架設(shè)。由于碳纖維復(fù)合芯材料的比重約為鋼的1/5，在相同的外徑下，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的重量比常規(guī)鋼芯鋁絞線(xiàn)輕10%-20%。在高溫下，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)弧垂不到鋼芯鋁絞線(xiàn)的1/10，能有效減小電力桿塔塔頭高度，提高導(dǎo)線(xiàn)運(yùn)行的安全性和可靠性。
由于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)不存在鋼絲材料引起的磁滯和渦流效應(yīng)，復(fù)合芯的非磁性體結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)導(dǎo)線(xiàn)的渦流損耗，在輸送相同負(fù)荷的條件下，具有更低的運(yùn)行溫度，因此可以減少輸電損失約6%。因碳纖維導(dǎo)線(xiàn)可以連續(xù)在高溫條件下運(yùn)行，故其載流量可達(dá)到常規(guī)導(dǎo)線(xiàn)的兩倍左右;而其耐高溫特性也使得冰雪附著力極差，從而可以有效提高輸電線(xiàn)路的抗冰雪能力，提高并改善電路的安全和可靠性。
“使用碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)還可以降低線(xiàn)路的改造成本。”朱波說(shuō)，其高強(qiáng)度、重量輕和低馳度特性可使輸電桿塔高度降低，同時(shí)可使鐵塔結(jié)構(gòu)更趨緊湊，節(jié)省桿塔用量20%，實(shí)現(xiàn)倍容輸電，在架設(shè)高壓走廊時(shí)可以大面積節(jié)省土地占用。另外，對(duì)于舊線(xiàn)路改造只需要更換導(dǎo)線(xiàn)，可以大大縮短施工工期，節(jié)省線(xiàn)路綜合造價(jià)約30%。
經(jīng)山東省科技廳鑒定，該碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的主要技術(shù)指標(biāo)已全面超越美國(guó)CTC公司，其應(yīng)用水平已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并獲得了5項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利。
產(chǎn)業(yè)化前景廣闊
“隨著我國(guó)工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力增容擴(kuò)容劇增，每年新增導(dǎo)線(xiàn)需求達(dá)80萬(wàn)-100萬(wàn)公里，但目前的導(dǎo)線(xiàn)性能難以滿(mǎn)足要求，因而高性能碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的面世正逢其時(shí)。”朱波說(shuō)。
不僅如此，高性能碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的推廣對(duì)我國(guó)節(jié)能降耗、改善環(huán)境、推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展還有著非常重要的意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。據(jù)測(cè)算，利用該技術(shù)制備碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)后，全國(guó)可以在同等輸電能力下節(jié)省導(dǎo)電鋁材近一半，大量降低有色金屬消耗。同時(shí)，每1萬(wàn)公里導(dǎo)線(xiàn)需要消耗碳纖維約800噸，可以帶動(dòng)我國(guó)碳纖維行業(yè)的快速健康發(fā)展。
正是看到碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)的巨大市場(chǎng)前景，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)紛紛與山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心展開(kāi)合作，并已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其中，山東魯發(fā)碳纖維復(fù)合材料公司在濟(jì)南市天橋區(qū)建設(shè)的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線(xiàn)芯棒項(xiàng)目，年生產(chǎn)能力達(dá)2萬(wàn)公里;河北硅谷化工公司年產(chǎn)1.5萬(wàn)公里的碳纖維芯棒項(xiàng)目，年產(chǎn)值超過(guò)1.3億元;此外，青島漢纜公司、河南科信電纜公司、內(nèi)蒙古浩源碳纖維公司的相關(guān)項(xiàng)目均已或正在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
目前，以我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)的碳纖維導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)品在北京、河北、河南、江蘇、新疆、內(nèi)蒙古、山西等多個(gè)省份掛網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。
碳纖維：21世紀(jì)最有生命力新型材料
碳纖維及其復(fù)合材料被稱(chēng)為“21世紀(jì)最有生命力的新型材料”。
作為重要的軍用物資，在發(fā)達(dá)國(guó)家，碳纖維大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、噴管，坦克、裝甲車(chē)零部件，穿甲彈彈托，火箭彈尾翼，車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱零部件，型號(hào)武器的輕量化部分，衛(wèi)星殼體等，國(guó)內(nèi)高性能戰(zhàn)斗機(jī)上也已經(jīng)大量使用了碳纖維復(fù)合材料。
在民用行業(yè)，國(guó)外碳纖維已經(jīng)滲透到體育器材、娛樂(lè)休閑、旅游設(shè)施、汽車(chē)構(gòu)件、建筑、冶金、新型材料等多個(gè)領(lǐng)域。
世界碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本、英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)臺(tái)灣省。西方國(guó)家對(duì)我國(guó)的高性能碳纖維一直實(shí)行軍事封鎖和禁運(yùn)政策，目前我國(guó)碳纖維用量的九成以上依賴(lài)進(jìn)口。2009年世界碳纖維產(chǎn)量4萬(wàn)噸左右，預(yù)計(jì)2015年需求量將超過(guò)8萬(wàn)噸。
國(guó)家科技部、國(guó)防科工委、總裝備部、國(guó)家發(fā)改委等多個(gè)部委共同投資攻關(guān)，連續(xù)設(shè)立“863”、“973”、國(guó)債專(zhuān)項(xiàng)等開(kāi)展相關(guān)工作，確立以中科院山西煤化所、北京化工大學(xué)國(guó)家碳纖維工程技術(shù)中心、山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心3家科研單位為科研核心，系統(tǒng)開(kāi)展碳纖維及其原絲的機(jī)理及產(chǎn)業(yè)化工作，取得了很大進(jìn)展。目前我國(guó)國(guó)防及航空航天領(lǐng)域中所用的碳纖維基本達(dá)到T300的水平，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的T300碳纖維已經(jīng)在飛機(jī)、導(dǎo)彈、火箭及型號(hào)武器中開(kāi)始實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。
