تحقیق و کاربرد مواد کامپوزیتی کابل گرمایش در محیط های فشار قوی و فوق فشار قوی-Hangzhou Meilin New Materials Technology Co., Ltd.

مواد کامپوزیتی کابل گرمایش ولتاژ بالا و فشار بالا مواد کامپوزیتی مبتنی بر پلیمر هستند که مخصوصاً برای تهیه کابل های گرمایشی استفاده می شوند که می توانند در شرایط سخت مقاومت کنند. این ماده نیاز به حفظ خواص الکتریکی عالی، استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی تحت ولتاژ و فشار بسیار بالا دارد. سناریوهای کاربردی معمول آن عبارتند از اکتشاف نفت و گاز در اعماق دریا، صنعت پتروشیمی و محیط های بسیار سرد یا دمای بالا.

ویژگی های کلیدی و الزامات عملکرد
برای رویارویی با محیط‌های کاری شدید، مواد کامپوزیتی کابل گرمایش با ولتاژ بالا و ولتاژ فوق‌العاده باید تعدادی از الزامات عملکرد سخت‌گیرانه را برآورده کنند، از جمله جنبه‌های زیر، اما نه محدود به آنها:

عملکرد عایق الکتریکی: کابل‌های گرمایشی در شرایط ولتاژ بالا کار می‌کنند و به موادی نیاز دارند که خواص عایق الکتریکی عالی داشته باشند تا از نشت جریان و خرابی عایق جلوگیری شود. این امر مستلزم آن است که ماده کامپوزیت دارای مقاومت بالا و تلفات دی الکتریک کم باشد.

مقاومت در برابر دمای بالا: کابل گرمایش دماهای بالایی را در حین کار ایجاد می کند و همچنین باید بتواند در محیط های با دمای شدید ثابت بماند، بنابراین مقاومت در برابر دمای بالا مواد به ویژه حیاتی است.

مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر فشار: در شرایط ولتاژ فوق العاده بالا، مواد کابل باید استحکام مکانیکی بالایی داشته باشد و بتواند در برابر نیروهای خارجی مانند کشش و فشار بدون تغییر شکل یا شکستگی مقاومت کند.

مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی: در محیط های پتروشیمی یا اعماق دریا، مواد باید مقاومت شیمیایی خوبی نیز داشته باشند و بتوانند برای مدت طولانی در محیط های شیمیایی مانند اسیدها و قلیاها بدون آسیب کار کنند.

هدایت حرارتی: کابل گرمایش برای دستیابی به اثر گرمایش پایدار باید گرما را به طور مؤثر هدایت کند. بنابراین، هدایت حرارتی مواد کامپوزیت نیز یک شاخص مهم است که باید در طراحی در نظر گرفته شود.

اجزای اصلی مواد
مواد کامپوزیتی کابل گرمایش ولتاژ بالا و فوق ولتاژ بالا معمولاً از یک ماتریس پلیمری و پرکننده‌های کاربردی تشکیل شده‌اند. اجزای مختلف مکمل یکدیگر هستند و خواص جامع عالی را به مواد می دهند. اجزای اصلی مواد متداول عبارتند از:

مواد ماتریکس: معمولاً مواد پلیمری مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و مقاوم در برابر پیری مانند پلی اتیلن (PE)، پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF)، لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR) و غیره انتخاب می شوند. این مواد دارای عایق الکتریکی عالی، استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی هستند.

پرکننده‌های عملکردی: پرکننده‌های رایج شامل مواد رسانای حرارتی مانند آلومینا (Al2O3) و اکسید منیزیم (MgO) هستند که برای بهبود هدایت حرارتی مواد کامپوزیتی طراحی شده‌اند. برای تقویت عایق الکتریکی، تقویت کننده های عایق الکتریکی مانند عوامل جفت کننده سیلان و اکسید تیتانیوم (TiO2) نیز اضافه می شوند.

نانوپرکننده ها: در سال های اخیر، نانومواد (مانند گرافن، نانولوله های کربنی و غیره) برای اصلاح مواد کامپوزیتی به منظور بهبود بیشتر هدایت حرارتی و استحکام مکانیکی آنها استفاده شده است.

فرآیند آماده سازی
فرآیند آماده سازی مواد کامپوزیتی کابل گرمایش با ولتاژ بالا و فشار بالا بسیار مهم است. مراحل اصلی فرآیند آن شامل مخلوط کردن، قالب گیری اکستروژن، عملیات حرارتی و غیره است:

مخلوط کردن: پلیمر ماتریکس و پرکننده عملکردی به طور مساوی مخلوط می شوند تا اطمینان حاصل شود که پرکننده به طور یکنواخت در ماتریس پلیمری توزیع شده است.

قالب گیری اکستروژن: مخلوط از طریق فرآیند اکستروژن برای کاربرد در تولید کابل به شکل مورد نیاز پردازش می شود.

عملیات حرارتی: به منظور افزایش پایداری حرارتی و خواص مکانیکی مواد، معمولاً پس از آماده‌سازی، عملیات حرارتی خاصی مانند پرس گرم یا بازپخت انجام می‌شود.

نمونه های کاربردی
1. کابل های گرمایش در استخراج نفت و گاز
عملیات استخراج نفت و گاز معمولاً در محیط های شدید انجام می شود. کابل های گرمایش با ولتاژ بالا و ولتاژ فوق العاده بالا می توانند پشتیبانی گرمایشی لازم را برای تجهیزات در محیط های پرفشار و با شوری بالا در اعماق دریا فراهم کنند. مقاومت عالی در برابر فشار و هدایت حرارتی آن باعث محبوبیت این ماده در این زمینه شده است.

2. مهندسی اعماق دریا
اکتشاف و استخراج در اعماق دریا برای مقاومت فشاری، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد الکتریکی کابل ها الزامات بسیار بالایی دارد. کابل های گرمایش ولتاژ بالا به طور گسترده در مهندسی اعماق دریا برای جلوگیری از یخ زدگی لوله ها به دلیل دمای پایین استفاده می شود.

3. سیستم های گرمایش در محیط های قطبی یا با دمای بالا
در محیط‌های بسیار کم یا زیاد دمای بالا، کامپوزیت‌های کابل گرمایش با ولتاژ بالا و ولتاژ فوق‌العاده می‌توانند پشتیبانی گرمایشی قابل اعتمادی را برای ساختمان‌ها و تجهیزات فراهم کنند و در نتیجه تولید یا عمر طبیعی را تضمین کنند.