記者日前來到這里采訪時，朱波正在與來訪的企業(yè)界人士交流洽談。“碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線已經(jīng)被國家電網(wǎng)公司列入重點推廣技術(shù)目錄，如今許多大企業(yè)紛紛前來與我們開展合作，生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線已在多地掛網(wǎng)運行，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線由此完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化，不僅將大大推動我國電力技術(shù)的發(fā)展，而且將帶動我國碳纖維行業(yè)的快速健康發(fā)展。”朱波語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，國內(nèi)用戶都要向美國等發(fā)達(dá)國家購買。”在山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心實驗室里，朱波拿起一段鋁絞線纏繞的碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線對導(dǎo)報記者介紹說，該導(dǎo)線中間黑色的芯棒由耐高溫改性樹脂基與高性能碳纖維復(fù)合材料制成，與傳統(tǒng)的鋼芯輸電線路相比，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線具有強度高、重量輕、導(dǎo)電率高、耐高溫、耐腐蝕等技術(shù)優(yōu)勢，既能夠用于提高輸送能力，又可有效提高線路安全運行水平。
據(jù)介紹，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的生產(chǎn)過程主要包括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)測試，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線芯棒的抗拉強度分別是一般鋼絲和高強鋼絲的2.1倍和1.85倍，更適合大跨度輸電線路的架設(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)線的重量比常規(guī)鋼芯鋁絞線輕10%-20%。在高溫下，碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線弧垂不到鋼芯鋁絞線的1/10，能有效減小電力桿塔塔頭高度，提高導(dǎo)線運行的安全性和可靠性。
由于碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線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)線的渦流損耗，在輸送相同負(fù)荷的條件下，具有更低的運行溫度，因此可以減少輸電損失約6%。因碳纖維導(dǎo)線可以連續(xù)在高溫條件下運行，故其載流量可達(dá)到常規(guī)導(dǎo)線的兩倍左右;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)線還可以降低線路的改造成本。”朱波說，其高強度、重量輕和低馳度特性可使輸電桿塔高度降低，同時可使鐵塔結(jié)構(gòu)更趨緊湊，節(jié)省桿塔用量20%，實現(xiàn)倍容輸電，在架設(shè)高壓走廊時可以大面積節(jié)省土地占用。另外，對于舊線路改造只需要更換導(dǎo)線，可以大大縮短施工工期，節(jié)省線路綜合造價約30%。
經(jīng)山東省科技廳鑒定，該碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的主要技術(shù)指標(biāo)已全面超越美國CTC公司，其應(yīng)用水平已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并獲得了5項國家專利。
產(chǎn)業(yè)化前景廣闊
“隨著我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力增容擴(kuò)容劇增，每年新增導(dǎo)線需求達(dá)80萬-100萬公里，但目前的導(dǎo)線性能難以滿足要求，因而高性能碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的面世正逢其時。”朱波說。
不僅如此，高性能碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的推廣對我國節(jié)能降耗、改善環(huán)境、推動新興產(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)測算，利用該技術(shù)制備碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線后，全國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，每1萬公里導(dǎo)線需要消耗碳纖維約800噸，可以帶動我國碳纖維行業(yè)的快速健康發(fā)展。
正是看到碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線的巨大市場前景，國內(nèi)眾多企業(yè)紛紛與山東大學(xué)碳纖維工程技術(shù)研究中心展開合作，并已經(jīng)成功實現(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)線芯棒項目，年生產(chǎn)能力達(dá)2萬公里;河北硅谷化工公司年產(chǎn)1.5萬公里的碳纖維芯棒項目，年產(chǎn)值超過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)項目均已或正在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
目前，以我國自主知識產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)的碳纖維導(dǎo)線產(chǎn)品在北京、河北、河南、江蘇、新疆、內(nèi)蒙古、山西等多個省份掛網(wǎng)運行，運行狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。
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)國家，碳纖維大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)外殼、噴管，坦克、裝甲車零部件，穿甲彈彈托，火箭彈尾翼，車輛發(fā)動機(jī)耐熱零部件，型號武器的輕量化部分，衛(wèi)星殼體等，國內(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)，國外碳纖維已經(jīng)滲透到體育器材、娛樂休閑、旅游設(shè)施、汽車構(gòu)件、建筑、冶金、新型材料等多個領(lǐng)域。
世界碳纖維生產(chǎn)主要集中在日本、英國、美國、法國、韓國等少數(shù)幾個發(fā)達(dá)國家和我國臺灣省。西方國家對我國的高性能碳纖維一直實行軍事封鎖和禁運政策，目前我國碳纖維用量的九成以上依賴進(jìn)口。2009年世界碳纖維產(chǎn)量4萬噸左右，預(yù)計2015年需求量將超過8萬噸。
國家科技部、國防科工委、總裝備部、國家發(fā)改委等多個部委共同投資攻關(guān)，連續(xù)設(shè)立“863”、“973”、國債專項等開展相關(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。目前我國國防及航空航天領(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、火箭及型號武器中開始實驗應(yīng)用。
