摘要：石墨烯憑借其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和力學(xué)性能，近年來在各個領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，目前廣泛的應(yīng)用在金屬、航空、電池等領(lǐng)域。傳統(tǒng)電線電纜行業(yè)發(fā)展處于低價競爭的瓶頸期中，亟需新技術(shù)、新材料的切入，石墨烯復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，是發(fā)展高端電線電纜的絕佳材料。本文主要闡述了石墨烯在電線電纜上應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出了目前存在的問題，并簡述了該產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢。

近年來，石墨烯材料憑借其優(yōu)異的特性吸引了眾多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的青睞，石墨烯在電線電纜行業(yè)的應(yīng)用可以減少傳統(tǒng)電纜傳輸電量的損耗，增加其抗拉強度，也獲得了資本的追逐。但目前該產(chǎn)業(yè)大都在研發(fā)階段，僅有部分企業(yè)開始小批量生產(chǎn)，同時業(yè)內(nèi)還有一些問題制約著產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。

石墨烯電纜可有效避免傳輸損耗，增加電線抗拉強度

電力行業(yè)電線電纜主要用于電力系統(tǒng)的主干線路，用在連接傳輸大功率電能的電纜產(chǎn)品。傳統(tǒng)電纜有著屏蔽材料強度不夠的缺點，使電纜常處于不均勻電場的中(圖1)，電芯相互感應(yīng)會產(chǎn)生噪聲電壓，對內(nèi)會造成電纜內(nèi)部傳輸電量的損失，對外會產(chǎn)生電磁輻射污染。而加入石墨烯復(fù)合高半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽材料及絕緣屏蔽材料后，屏蔽層與電芯等電位，可以有效避免導(dǎo)體和絕緣層之間的局部放電，避免內(nèi)部傳輸電量的損失。

　　圖1 一般電纜與石墨烯中間層電纜電廠均勻?qū)Ρ?/strong>

由于在電纜中加入了兩個石墨烯層(圖2)，根據(jù)石墨烯自身的力學(xué)特性，在減少電纜電量損耗的同時，也增加了其抗拉強度，如應(yīng)用于冬天電纜易結(jié)冰產(chǎn)生懸掛冰凌的環(huán)境，會較大改善工作環(huán)境，減少故障率。

　　圖2 石墨烯電纜內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)截面圖

資本紛紛進入石墨烯電纜領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)整體處于研發(fā)階段

近年來，我國電線電纜行業(yè)對銅、鋁電纜較為依賴，造成上游銅鋁的需求量激增，進而導(dǎo)致銅鋁資源短缺、價格飛漲，眾多企業(yè)低價競爭、利潤較低，行業(yè)出現(xiàn)瓶頸期。目前已有一些行業(yè)巨頭公司如杭州電纜股份有限公司等，開始從新材料、新技術(shù)方面切入，針對電線電纜材料已有的問題，研究開發(fā)新的、具備產(chǎn)業(yè)化的材料，企圖尋找企業(yè)的新的利潤點。石墨烯憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電及力學(xué)性能，可以有效解決電量傳輸損失和抗拉強度不足的問題，是眾多電線電纜企業(yè)尋求突破的關(guān)鍵點。

目前國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)處于資本追逐的研發(fā)階段，部分企業(yè)尚處于資本投入研發(fā)未發(fā)布成果階段，部分企業(yè)已取得實際突破，正在為產(chǎn)業(yè)化做研究，其中，江蘇的中超控股股份有限公司已進入小批量生產(chǎn)階段。

江蘇中天科技股份有限公司與中國科學(xué)院過程工程研究所合作，共同研究了鋁基石墨烯復(fù)合材料，其研發(fā)的產(chǎn)品，在抗拉強度方面，比傳統(tǒng)電纜提升25%～50%;在浸潤方面，解決了石墨烯與鋁難浸潤的問題，為石墨烯在架空導(dǎo)線用鋁材領(lǐng)域奠定了基石，使電纜更加輕量化。

杭州電纜股份有限公司與新南威爾士大學(xué)于2016年4月開展合作，共同成立了杭電石墨烯科技有限公司，并設(shè)立了石墨烯專項實驗室，開展“石墨烯導(dǎo)線及其制備技術(shù)”專項研究。

江蘇中超控股股份有限公司已實現(xiàn)石墨烯復(fù)合材料電線電纜的小批量生產(chǎn)，并采用客戶體驗的方式投入市場。其旗下子公司常州中超石墨烯電力科技有限公司也已完成了《生產(chǎn)過氧化物交聯(lián)型低電阻熱穩(wěn)定石墨烯復(fù)合半導(dǎo)電屏蔽材料》的研發(fā)，并投入石墨烯電線電纜產(chǎn)品中，目前該產(chǎn)品已投入市場銷售。

人才匱乏、標(biāo)準(zhǔn)缺失，實現(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化還需時日

業(yè)內(nèi)企業(yè)盲目照搬生產(chǎn)技術(shù)，忽視人才的培養(yǎng)與引進。電線電纜行業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)品較為成熟，產(chǎn)品更替較慢，研發(fā)人員匱乏。目前，業(yè)內(nèi)較多企業(yè)照搬傳統(tǒng)電線電纜的生產(chǎn)方法及工藝，忽視了人才培養(yǎng)，導(dǎo)致市場中產(chǎn)品集中度過高，引發(fā)產(chǎn)能過剩，企業(yè)盈利能力大幅下降。加強研發(fā)人員的引進和培養(yǎng)，加強與科研院所及高校合作，是當(dāng)前電線電纜行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級亟需解決的關(guān)鍵問題。

石墨烯行業(yè)本身標(biāo)準(zhǔn)已頒布，但在電線電纜行業(yè)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布。中國石墨烯標(biāo)準(zhǔn)委員會于2016年在國家標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)公布了《石墨烯材料的術(shù)語、定義及代號》，涉及石墨烯生產(chǎn)及檢驗等方面，為石墨烯的行業(yè)發(fā)展奠定了標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。但石墨烯在電線電纜的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)還未出臺，產(chǎn)品的研發(fā)方向及類型較為混亂。

專利多，但實際工業(yè)化應(yīng)用少。國內(nèi)石墨烯在電線電纜的應(yīng)用專利已有規(guī)模，但研發(fā)及小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品還未形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)，且研究主要由高校及研究所開展，企業(yè)要實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)尚需時日。

未來繼續(xù)以電纜抗拉、減損方向為主，降低成本推進產(chǎn)業(yè)化

相比傳統(tǒng)電線電纜，石墨烯電線電纜產(chǎn)品具有更加優(yōu)異的性能，目前技術(shù)已在銅、鋁電纜，煤改電散熱，電纜抗冰凌、抗污等方面有了多項應(yīng)用，但產(chǎn)業(yè)化成本較高，未來相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品短期內(nèi)主要用于示范應(yīng)用及特殊電器電纜，長期則以技術(shù)優(yōu)化等方式來降低生產(chǎn)成本，推進產(chǎn)品規(guī)模化應(yīng)用。

小結(jié)

石墨烯復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，是發(fā)展高端電線電纜的絕佳材料。資本紛紛進入石墨烯電纜領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)整體處于研發(fā)階段，但人才匱乏、標(biāo)準(zhǔn)缺失，實現(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化還需時日，未來產(chǎn)業(yè)繼續(xù)以電纜抗拉、減損方向為主，降低成本推進產(chǎn)業(yè)化。