随着人们对电力需求的增加,电力公司难以在原基础上通过增加传输线路的方式来增加电流以满足消费者需求,因此,需要对原使用的导线进行革新。碳纤维复合材料由于其优异的性能而广泛应用于航空航天、汽车以及基础设施等领域,有学者将玻璃/碳纤维复合材料应用于电力电缆行业,取得了良好的效果,能够用来替代传统的钢芯/殷钢芯铝绞线,这种混杂纤维增强芯比强度高、弧垂低、耐温性好,运行时能够通过增大电流的方式以满足用户使用要求。但是这种增强芯并非没有缺点,其在生产及安装过程中由于卷绕会产生内部缺陷,导致在使用的过程中发生灾难性断裂。为了增强复合芯导线的安全性能,可通过结构设计的变化,制备复合绳芯来降低内应力以及增加其韧性。本文就制备高可靠性碳纤维复合绳芯关键技术进行了实验及建模研究,主要内容如下:通过选择三种多官能团环氧树脂AG-70、AG-80、AFG-90,两种酸酐固化剂甲基六氢苯酐(MHHPA)和甲基纳迪克酸酐(MNA)以及促进剂组成六种树脂体系,对这六种体系进行详细的热分析,确定以AG-80为主体树脂,MHHPA为固化剂,将AG-80/MHHPA与促进剂和脱模剂进行多种配比下的热分析及凝胶性能测试,确定用于制备碳纤维复合绳芯的树脂基体组成及配比为:AG-80:MHHPA:2,4-EMI:INT-1890M=100:118.5:1.5:5。随后对确定的树脂基体进行非等温DSC测试,计算得到了其固化反应动力学方程,结果表明其反应符合两参数模型。通过测试不同温度下树脂基体的凝胶时间,建立了凝胶时间与设置温度之间的函数关系。通过DMA测试了树脂基体的粘弹性能,结果发现树脂基体的玻璃化转变温度随着测试频率的增加而增加,在测试温度范围内,树脂基体呈现出三个不同的状态。树脂基体的热膨胀性能测试结果表明在升温过程中的热膨胀系数也并非恒定不变,其数值是随着温度的不同而变化的。用非等温DSC方法研究了含/不含碳纤维的树脂基复合材料的放热性能,由于碳纤维的导热性能良好以及脱模剂的扩散作用,AMEI/CF体系比AMEI体系表观活化能低,动力学指前因子减小。通过外推法获得了AMEI/CF体系的特征温度,计算获得了两个体系的固化反应动力学方程,联合特征温度方程及凝胶时间与温度的函数关系可以对拉挤工艺参数的设置进行指导。对AMEI/CF体系进行了热失重测试,发现在300 oC以下时,碳纤维体积分数为58.8%的AMEI/CF体系稳定性最好。测试了不同碳纤维体积分数时的线膨胀系数,发现其随着温度的变化区别很大,当碳纤维体积分数含量为58.8%时,其线膨胀系数随着温度的变化波动最小。用DMA测试了AMEI/CF体系的粘弹性能,由于碳纤维的刚性作用,储能模量和损耗模量在玻璃态变化极小,而且其值比AMEI体系的值大得多。用数值模拟方法研究了拉挤工艺模具内碳纤维/树脂体系在非稳态情况下固化度及温度随时间的变化关系,由于孔直径(2mm)较小,且碳纤维传热性能好,发现在同一拉挤速度下,模具孔内截面上设定位置的三点温度变化趋势相同,而且温度差极小;在不同的拉挤速度下,孔内中心线的温度分布几乎相同。在30cm/min的拉挤速度下,距中心线不同距离处的固化度曲线几乎重合,在整个模具内固化度沿着牵引方向一直增大。用数值模拟方法分析了碳纤维复合芯在不同条件下的弯曲性能,发现在所给定的弯曲模式下,其应力及总位移与载荷呈线性关系,应力与样品长度呈线性关系,但是总位移与样品长度呈三次函数关系,应力及总位移与样品直径既不满足线性关系,也不满足三次函数关系,而是呈现指数函数关系,说明了应力及总位移与直径的关系更加复杂,同时给出了各种函数关系表达式。