Výskum a aplikácia kompozitných materiálov vykurovacích káblov vo vysokonapäťových a ultravysokonapäťových prostrediach-Hangzhou Meilin New Materials Technology Co., Ltd.

Kompozitné materiály pre vysokonapäťové a ultra vysokonapäťové vykurovacie káble sú kompozitné materiály na báze polymérov špeciálne používané na prípravu vykurovacích káblov, ktoré odolajú extrémnym podmienkam. Materiál si musí zachovať vynikajúce elektrické vlastnosti, mechanickú pevnosť a tepelnú stabilitu pri extrémne vysokom napätí a tlaku. Jeho typické aplikačné scenáre zahŕňajú hlbokomorský prieskum ropy a zemného plynu, petrochemický priemysel a extrémne chladné alebo vysokoteplotné prostredia.

Kľúčové vlastnosti a požiadavky na výkon
Aby sa vyrovnali s extrémnym pracovným prostredím, musia kompozitné materiály vykurovacích káblov vysokého napätia a ultravysokého napätia spĺňať množstvo prísnych požiadaviek na výkon, vrátane, ale nie výlučne, nasledujúcich aspektov:

Elektrický izolačný výkon: Vykurovacie káble fungujú v podmienkach vysokého napätia a vyžadujú materiály, ktoré majú vynikajúce elektrické izolačné vlastnosti, aby sa zabránilo úniku prúdu a poruche izolácie. To vyžaduje, aby kompozitný materiál mal vysoký odpor a nízke dielektrické straty.

Odolnosť voči vysokej teplote: Vykurovací kábel bude počas prevádzky generovať vysoké teploty a tiež musí byť schopný zostať stabilný v extrémnych teplotných prostrediach, takže odolnosť materiálu voči vysokej teplote je obzvlášť dôležitá.

Mechanická pevnosť a odolnosť voči tlaku: Pri ultravysokom napätí musí mať materiál kábla vysokú mechanickú pevnosť a musí byť schopný odolať vonkajším silám, ako je napätie a stlačenie, bez deformácie alebo zlomenia.

Odolnosť proti chemickej korózii: V petrochemickom alebo hlbokomorskom prostredí musia mať materiály tiež dobrú chemickú odolnosť proti korózii a musia byť schopné pracovať po dlhú dobu v chemických médiách, ako sú kyseliny a zásady, bez poškodenia.

Tepelná vodivosť: Vykurovací kábel potrebuje efektívne viesť teplo, aby sa dosiahol stabilný vykurovací efekt. Dôležitým ukazovateľom, ktorý je potrebné zohľadniť pri návrhu, je preto aj tepelná vodivosť kompozitného materiálu.

Hlavné zložky materiálu
Vysokonapäťové a ultravysokonapäťové kompozitné materiály vykurovacích káblov sa vo všeobecnosti skladajú z polymérnej matrice a funkčných plnív. Rôzne komponenty sa navzájom dopĺňajú a dávajú materiálu vynikajúce komplexné vlastnosti. Bežné hlavné zložky materiálu zahŕňajú:

Materiál matrice: Zvyčajne sa vyberajú polymérne materiály odolné voči vysokej teplote a starnutiu, ako je polyetylén (PE), polyvinylidénfluorid (PVDF), etylénpropylénový kaučuk (EPR) atď. Tieto materiály majú vynikajúcu elektrickú izoláciu, mechanickú pevnosť a chemickú stabilitu.

Funkčné plnivá: Bežne používané plnivá zahŕňajú tepelne vodivé materiály, ako je oxid hlinitý (Al₂O₃) a oxid horečnatý (MgO), ktoré sú určené na zlepšenie tepelnej vodivosti kompozitných materiálov. Na zlepšenie elektrickej izolácie sa pridávajú aj látky na zlepšenie elektrickej izolácie, ako sú silánové spojovacie činidlá a oxid titánu (TiO₂).

Nanoplnivá: V posledných rokoch sa nanomateriály (ako grafén, uhlíkové nanorúrky atď.) používajú na úpravu kompozitných materiálov, aby sa ďalej zlepšila ich tepelná vodivosť a mechanická pevnosť.

Proces prípravy
Rozhodujúci je proces prípravy vysokonapäťových a ultravysokonapäťových kompozitných materiálov vykurovacích káblov. Jeho hlavné procesné kroky zahŕňajú miešanie, vytláčanie, tepelné spracovanie atď.:

Miešanie: Matricový polymér a funkčné plnivo sú rovnomerne zmiešané, aby sa zabezpečilo, že plnivo je rovnomerne rozložené v polymérnej matrici.

Vytláčanie: Zmes sa procesom vytláčania spracuje do požadovaného tvaru pre aplikáciu pri výrobe káblov.

Tepelné spracovanie: Na zvýšenie tepelnej stability a mechanických vlastností materiálu sa zvyčajne po príprave vykonáva určité tepelné spracovanie, ako je lisovanie za tepla alebo žíhanie.

Príklady aplikácií
1. Vykurovacie káble pri ťažbe ropy a plynu
Operácie ťažby ropy a plynu sa zvyčajne vykonávajú v extrémnych prostrediach. Vysokonapäťové a ultravysokonapäťové vykurovacie káble môžu poskytnúť potrebnú podporu vykurovania pre zariadenia v hlbokomorských vysokotlakových a slaných prostrediach. Vďaka vynikajúcej odolnosti voči tlaku a tepelnej vodivosti je tento materiál obľúbený v tejto oblasti.

2. Hlbokomorské inžinierstvo
Hlbokomorský prieskum a ťažba majú extrémne vysoké požiadavky na odolnosť voči tlaku, korózii a elektrický výkon káblov. Vysokonapäťové vykurovacie káble sú široko používané v hlbokomorskom inžinierstve, aby sa zabránilo zamrznutiu potrubia v dôsledku nízkych teplôt.

3. Vykurovacie systémy v polárnych alebo vysokoteplotných prostrediach
V prostredí s extrémne nízkou alebo vysokou teplotou môžu kompozity vysokonapäťových a ultravysokonapäťových vykurovacích káblov poskytnúť spoľahlivú podporu vykurovania budov a zariadení, čím sa zabezpečí normálna výroba alebo životnosť.