Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu composite cáp sưởi trong môi trường điện áp cao và siêu cao áp- Hangzhou Meilin New Materials Technology Co., Ltd.

Vật liệu composite cáp sưởi cao áp và siêu cao áp là vật liệu composite gốc polymer được sử dụng đặc biệt để chuẩn bị cáp sưởi có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt. Vật liệu cần duy trì các đặc tính điện tuyệt vời, độ bền cơ học và độ ổn định nhiệt dưới điện áp và áp suất cực cao. Các kịch bản ứng dụng điển hình của nó bao gồm thăm dò dầu khí ở vùng biển sâu, công nghiệp hóa dầu và môi trường nhiệt độ cực cao hoặc cực lạnh.

Đặc điểm chính và yêu cầu hiệu suất
Để đối phó với môi trường làm việc khắc nghiệt, vật liệu composite cáp sưởi ấm điện áp cao và siêu cao áp cần phải đáp ứng một số yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất, bao gồm nhưng không giới hạn ở các khía cạnh sau:

Hiệu suất cách điện: Cáp sưởi hoạt động trong điều kiện điện áp cao, đòi hỏi vật liệu phải có đặc tính cách điện tuyệt vời để ngăn ngừa rò rỉ dòng điện và đánh thủng lớp cách điện. Điều này đòi hỏi vật liệu composite phải có điện trở suất cao và tổn thất điện môi thấp.

Khả năng chịu nhiệt độ cao: Cáp sưởi sẽ tạo ra nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động và nó cũng cần có khả năng duy trì ổn định trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt, do đó khả năng chịu nhiệt độ cao của vật liệu là đặc biệt quan trọng.

Độ bền cơ học và khả năng chịu áp lực: Dưới điện áp siêu cao, vật liệu cáp cần có độ bền cơ học cao và có khả năng chịu được các ngoại lực như lực căng, nén mà không bị biến dạng, đứt gãy.

Chống ăn mòn hóa học: Trong môi trường hóa dầu hoặc biển sâu, vật liệu cũng phải có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt và có thể hoạt động lâu dài trong môi trường hóa học như axit, kiềm mà không bị hư hại.

Độ dẫn nhiệt: Cáp sưởi cần dẫn nhiệt hiệu quả để đạt được hiệu quả làm nóng ổn định. Vì vậy, độ dẫn nhiệt của vật liệu composite cũng là một chỉ số quan trọng cần được quan tâm trong thiết kế.

Thành phần vật liệu chính
Vật liệu composite cáp sưởi ấm điện áp cao và siêu cao áp thường bao gồm một ma trận polymer và các chất độn chức năng. Các thành phần khác nhau bổ sung cho nhau và mang lại cho vật liệu những đặc tính toàn diện tuyệt vời. Các thành phần vật liệu chính phổ biến bao gồm:

Vật liệu ma trận: Thông thường các vật liệu polymer chịu nhiệt độ cao và chống lão hóa như polyetylen (PE), polyvinylidene florua (PVDF), cao su ethylene propylene (EPR), v.v. được chọn. Những vật liệu này có khả năng cách điện tuyệt vời, độ bền cơ học và độ ổn định hóa học.

Chất độn chức năng: Chất độn thường được sử dụng bao gồm các vật liệu dẫn nhiệt như alumina (Al₂O₃) và magie oxit (MgO), được thiết kế để cải thiện tính dẫn nhiệt của vật liệu composite. Để tăng cường khả năng cách điện, các chất tăng cường cách điện như chất liên kết silane và oxit titan (TiO₂) cũng được thêm vào.

Chất độn nano: Trong những năm gần đây, vật liệu nano (như graphene, ống nano carbon, v.v.) đã được sử dụng để biến đổi vật liệu composite nhằm cải thiện hơn nữa tính dẫn nhiệt và độ bền cơ học của chúng.

Quá trình chuẩn bị
Quá trình chuẩn bị vật liệu composite cáp gia nhiệt cao áp và siêu cao áp là rất quan trọng. Các bước quy trình chính của nó bao gồm trộn, ép đùn, xử lý nhiệt, v.v.:

Trộn: Chất nền polyme và chất độn chức năng được trộn đều để đảm bảo chất độn được phân bố đều trong nền polyme.

Đúc đùn: Hỗn hợp được xử lý thành hình dạng yêu cầu thông qua quá trình ép đùn để ứng dụng trong sản xuất cáp.

Xử lý nhiệt: Để tăng cường độ ổn định nhiệt và tính chất cơ học của vật liệu, một quy trình xử lý nhiệt nhất định thường được thực hiện sau khi chuẩn bị, chẳng hạn như ép nóng hoặc ủ.

Ví dụ ứng dụng
1. Cáp gia nhiệt trong khai thác dầu khí
Hoạt động khai thác dầu khí thường được thực hiện trong môi trường khắc nghiệt. Cáp sưởi ấm cao áp và siêu cao áp có thể cung cấp hỗ trợ sưởi ấm cần thiết cho thiết bị trong môi trường áp suất cao và độ mặn cao dưới biển sâu. Khả năng chịu áp lực và tính dẫn nhiệt tuyệt vời của nó làm cho vật liệu này trở nên phổ biến trong lĩnh vực này.

2. Kỹ thuật biển sâu
Thăm dò và khai thác biển sâu có yêu cầu cực kỳ cao về khả năng chịu áp lực, chống ăn mòn và hiệu suất điện của cáp. Cáp sưởi ấm điện áp cao được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật biển sâu để ngăn chặn đường ống bị đóng băng do nhiệt độ thấp.

3. Hệ thống sưởi ấm trong môi trường cực hoặc nhiệt độ cao
Trong môi trường nhiệt độ cực thấp hoặc cực cao, vật liệu tổng hợp cáp sưởi ấm điện áp cao và siêu cao áp có thể cung cấp hỗ trợ sưởi ấm đáng tin cậy cho các tòa nhà và thiết bị, từ đó đảm bảo hoạt động sản xuất hoặc cuộc sống bình thường.