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全面提升數(shù)據(jù)價值
賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效
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。
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