碳纤维复合材料在电缆行业应用前景如何？

　　2024年10月，美国能源部拨款超20亿美元，用于建设全美电网，日本东丽公司为其提供高质量碳纤维复合材料芯导线。这种芯导线使用高强度碳纤维复合材料制成，可使导体的电流容量翻倍，而且还可以大幅降低线路损耗的问题。为什么碳纤维复合材料可以用于制作特殊的复合电缆？其实跟它的导电性能有着重要的关系，智上新材料来进行一些相关的介绍。

　　碳纤维复合材料的导电性能怎么样？

　　首先需要明确一点，碳纤维本身是导电的，但碳纤维复合材料却不一定导电，而且不同类型的碳纤维复合材料的导电性能差异还比较大。研究发现，碳纤维复合材料的导电性，取决于碳纤维类型、基体材料、纤维取向和纤维体积分数等因素。

　　1、碳纤维：碳纤维本身是良好的导体，它内部是由石墨碳排列组成，而石墨平面中的离域电子具有导电性能，单根碳纤维的电导率范围为10^3至10^5 S/m,具体与碳纤维品类及内部的结构有关。

　　2、基体材料：碳纤维复合材料中的基体材料类型较多，如聚合物、树脂、金属等，常用的树脂（如环氧树脂）本身是绝缘的，形成的复合材料通常导电率都比较低。

　　3、体积分数（渗透阈值）：碳纤维复合材料中的碳纤维体积分数达到临界点（渗滤阈值），复合材料的导电率会有显着的提升。低于该阈值，表现为绝缘体，高于该阈值，纤维形成导电网络。实验发现，渗滤阈值的体积分数通常在5%至10%左右，具体数值与纤维类型、纤维直径和纤维方向有关。

　　4、纤维取向：纤维取向对于复合材料的导电性也起着至关重要的作用，当纤维沿电流方向排列时，与纤维随机取向或垂直于电流取向时相比，复合材料将具有更高的电导率，因此沿电流方向的连续碳纤维通常表现出更好的导电性。

　　碳纤维复合材料在电缆行业应用前景如何？

　　碳纤维复合材料因其高强度重量比、耐用性和多功能性在多个行业里具备不错的应用潜力，而在电缆行业同样如此。文章开篇提到的高质量碳纤维复合材料芯导线只是其中一种，通过对碳纤维复合材料性能的全面了解，能延展出更丰富的应用方向。

　　1、电缆加固：碳纤维复合材料可用作电缆的增强材料，提高机械强度，但不会显着增加重量。可以在航天、航海和高空电力线路中使用，提高整体机械强度，在承载高机械应力下，使得电缆具备更强的耐用性。

　　2、轻质导体：碳纤维本身重量轻，且具有高拉伸强度，可用作高性能电缆的中心芯材料，上文提到日本东丽使用的就是这一类的应用。碳纤维复合材料可以编织成电缆，减轻重量，同时保持结构完整性，改善高压传输电缆的整体设计，大幅改善高空电网的输电效率。

　　3、导电性方向应用：碳纤维复合材料可提高电缆的电气性能，特别是与导电填料或涂层结合使用时效果更明显，另外还可以为增强设计的导电路径作特定的应用，如高频电缆等。

　　4、电磁屏蔽方向应用：碳纤维复合材料具有优异的电磁屏蔽性能，由碳纤维复合材料制成的电缆可用于保护敏感电子设备免受电磁干扰(EMI)或电磁脉冲(EMP)保护，在国防和电信行业中非常重要。

　　5、耐腐蚀性方向应用：传统金属电缆在海洋或高湿度环境中长期使用，会面临腐蚀的问题，碳纤维复合材料具备较好的耐腐蚀性和抗氧化性，可用于海底电缆、海上能源生产电缆等，可有效延长电缆使用寿命。

　　6、耐温性能方向应用：碳纤维复合材料能够承受较高的温度，而不出现性能退化，可在室外高温环境下使用，而且碳纤维复合材料的热膨胀系数较小，在高低温环境中不会发生热胀冷缩，因此在航天领域有一定应用前景。

　　7、电缆保护套：碳纤维复合材料还可用于电缆的保护套，以提供针对机械损伤、紫外线降解和环境应力的保护，同时保持电缆的轻质和柔韧。

　　8、高压电源线：碳纤维复合材料可用于高压输电线路，其轻质特性和机械强度可以减少下垂，并允许在塔之间安装更长的跨度，从而减少所需支撑结构的数量。碳纤维复合材料可以通过在机械和电气性能之间提供更好的平衡，来帮助提高能量传输效率，并减少长距离传输损耗。

　　9、绝缘电缆：当与适当的绝缘材料结合使用时，碳纤维复合材料可用于制造高效绝缘电缆，适用于传统聚合物材料可能随着时间的推移或在恶劣环境中降解的场景中。

　　10、特殊用途的混合电缆：碳纤维复合材料可用于将混合电缆，将导电性较好的金属（如铜或铝）与碳纤维复合材料制成的结构部件结合在一起的，可以为电缆同时提供导电性和机械增强功能，非常适合需要电气和物理性能的应用场景。

　　碳纤维复合材料的导电性虽然不算很好，但实际应用上却存在较多的可能，不仅可以为各种类型的电缆提供助力，而且还可以作为电磁屏蔽的吸收材料使用。可能很多人并不知道，碳纤维还是一种高性能的全球性战略材料，不仅国外很多企业重视碳纤维产业的发展，而且在我国近几个五年发展规划中，都有提到关于碳纤维相关产业的发展计划，重视新型材料和新型技术的发展，是维护我国工业大国的基本国策。