浅谈复合材料电缆支架

    长期以来，架设电缆均采用金属制电缆支架。金属电缆支架通常是用角钢切割加工，经焊接成型后，再与预埋铁焊接紧固而成。金属电缆支架在实际应用中存在的一些缺陷：

    1.金属件质量密度高，支架制作过程能耗大，加工工序多，周期长。

    2.在许多恶劣环境条件下，例如地铁、隧道、化工企业、多雨潮湿或沿海盐雾等场合，使用金属支架极易锈蚀，有的不到10年就需要更换，维护费用高，使用寿命也较短。钢铁材料的内在本质决定，它的抗蚀性能是有一定限度，尽管在腐蚀方面都采用了外涂油漆或热镀锌等处理，但仍不能从根本上解决支架的锈蚀问题，影响了电力、通信设施的安全和无故障使用期。

    3.电缆支架在金属支架上 ，电流流经电缆过程会产生磁场，导致两支金属架之间形成磁场闭合回路而引起环流，使电缆温度升高，降低了电缆单位载流量，电流损失加大，并进一步使环流温度升高，加速电缆绝缘层老化，缩短电缆的使用寿命。尤其是当电缆通过大电流时，温度会迅速升高。为了安全输电，主要采取选用加大电缆截面的措施，但使输配电设施的投资成本增大。

    考虑腐蚀的防护问题，曾经也使用了无机陶瓷非金属材料承载电缆。但由于无机材料与大地电位一样，相当于把电缆直接置于地面上，使电缆在输电时产生磁场导致温度上升，仍不能解决电流损失与电缆绝缘老化问题。原国家电力部在上海召开的电缆标准会议上指出，研制使用有机复合材料代替。

    针对这些问题，各发达国家一直努力通过各种途径研制质量密度低、比强度高、不锈蚀的新型防火高分子材料来替代传统材料。前些年，美国一家公司在这方面取得了成功，他们在英法海底隧道中使用了复合材料（FRP）作电缆、管道等的支撑材料，这种材料具有耐腐蚀，并符合防火、低烟、无毒的安全标准，容易安装，维护费用低，并有效延长电缆使用寿命等优异特性。

    下面对热固性高分子（聚合物基）复合材料电缆支架的开发应用和经济效益作一些探讨。

    1. 热固性聚合物基复合材料的优点：

    1.1 比强度高、不蠕变

    复合材料中承受载荷的组合成分增强体的纤维，具有高比强、高比模、耐高温、耐化学腐蚀等性能。增强纤维复合材料不容易发生弹性变形、刚度大，抗拉强度与其体积质量比，比强度高，质量密度低比重量轻。在常温和长期载荷（应力）下不发生形变，具有不蠕变的特性。

    1.2 耐腐蚀

    热固性聚合物基复合材料耐腐蚀性能优异，它与金属腐蚀有本质的区别，金属是导体，腐蚀过程由表面发生，并逐步向深处发展，而对于高分子复合材料的腐蚀，则是周围的试剂（气体、液体等）向材料内渗透扩散，习惯上称之为老化，其过程十分缓慢。

    1.3 防火

    热固性聚合物基复合材料在限定的时间内被燃烧，能保持防火完整性和防火隔热性的特性。在试验结束仍能保持防火作用，燃烧背火面的平均温升不超过规定值。符合防火，低烟、无毒的安全要求。

    1.4 电缆绝缘性优良

    绝缘电阻：4.9 × 1012Ω

    耐电弧：185s；

    耐漏电起痕指数：PTI600通过。

    2.  生产工艺

    有手糊、拉挤、模压、真空袋等成型工艺。

    模压成型工艺生产效率比较高，质量稳定，按模具设计成型不同形状的产品。模压成型工艺是在热和压力作用下，借助模具是聚合物基复合材料成型的工艺过程。模压时需控制好温度、压力、时间三项主要工艺参数。

目前，襄阳厚德复合材料有限公司专业生产各种复合材料电缆支架，按照安装方式的不同，有直埋式、插入式、组合式、整体式4种类型。

    3.1 直埋式

    支架端部尺寸与砖的厚度一样，采用直接砌筑安装。支架分有埋置部分与外露托臂部分。安装时，将埋置部分与砌电缆沟红砖同步进行砌筑，施工方便，简化工序，提高施工效率。

    3.2 插入式

    支架的埋置部分是条 φ 12园型碳钢，圆钢与外露托臂连体。安装采用在电缆沟墙壁冲击φ 18的孔，在孔眼里灌注水泥砂浆膨胀剂（在水泥砂浆加入8%的UEA膨胀剂，充分搅拌），即可开始插入安装支架。

    3.3 组合式

组合式复合材料电缆支架由垂直支撑架与横臂支架两部分组合而成。垂直支撑架可以在土建施工时预埋，也可以采用膨胀螺栓紧固，然后再垂直支撑架上插入拼装横臂支架。垂直支撑架上，125mm为一个拼装模数，横臂支架个数、长度与支架的层间距可根据工程设计要求和工程改造的需要随时进行调整。横臂支架的水平不受土建施工影响，并且每个支架的层间距都是模数的规定尺寸，其整体效果更为理想。

3.4 整体式

整体式复合材料电缆支架由垂直支撑架与横臂经高温高压一次性模压而成，紧固性好，美观，施工方便等特点。

    4. 经济效益

根据国外的工业发达国家的调查，腐蚀所造成的直接经济损失都约占各国国民总产值的2% ~ 4%。我国云南石龙坝水电厂，近来河水污染呈高度酸性原因，不仅发电设备受到腐蚀损坏，而且水工建筑也腐蚀严重，致使面临垮坝的危险，2003年10月不得不宣布停产。遍布全国的广播电视钢塔有部分台站在腐蚀性强的地区仅建成十余年就遭到严重腐蚀，已无法正常运转，被迫拆除重建。材料腐蚀造成巨大的直接经济损失。