بحث وتطبيق المواد المركبة لكابلات التدفئة في بيئات الجهد العالي والفائق الجهد- Hangzhou Meilin New Materials Technology Co., Ltd.

المواد المركبة لكابلات التدفئة ذات الجهد العالي والفائق الجهد هي مواد مركبة قائمة على البوليمر تستخدم خصيصًا لإعداد كابلات التدفئة التي يمكنها تحمل الظروف القاسية. تحتاج المادة إلى الحفاظ على خصائص كهربائية ممتازة وقوة ميكانيكية وثبات حراري تحت ضغط وجهد عاليين للغاية. وتشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية استكشاف النفط والغاز في أعماق البحار، وصناعة البتروكيماويات، والبيئات شديدة البرودة أو درجات الحرارة المرتفعة.

الخصائص الرئيسية ومتطلبات الأداء
من أجل التعامل مع بيئات العمل القاسية، تحتاج المواد المركبة لكابلات التسخين ذات الجهد العالي والفائق الجهد إلى تلبية عدد من متطلبات الأداء الصارمة، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الجوانب التالية:

أداء العزل الكهربائي: تعمل كابلات التسخين تحت ظروف الجهد العالي، مما يتطلب أن تتمتع المواد بخصائص عزل كهربائي ممتازة لمنع تسرب التيار وانهيار العزل. وهذا يتطلب أن تتمتع المادة المركبة بمقاومة عالية وخسارة عازلة منخفضة.

مقاومة درجات الحرارة العالية: سيولد كابل التسخين درجات حرارة عالية أثناء التشغيل، ويحتاج أيضًا إلى أن يكون قادرًا على البقاء مستقرًا في بيئات درجات الحرارة القصوى، وبالتالي فإن مقاومة درجات الحرارة العالية للمادة أمر بالغ الأهمية بشكل خاص.

القوة الميكانيكية ومقاومة الضغط: في ظل الجهد العالي للغاية، تحتاج مادة الكابل إلى قوة ميكانيكية عالية وتكون قادرة على تحمل القوى الخارجية مثل التوتر والضغط دون تشوه أو كسر.

مقاومة التآكل الكيميائي: في البيئات البتروكيماوية أو أعماق البحار، يجب أن تتمتع المواد أيضًا بمقاومة جيدة للتآكل الكيميائي وأن تكون قادرة على العمل لفترة طويلة في الوسائط الكيميائية مثل الأحماض والقلويات دون ضرر.

التوصيل الحراري: يحتاج كابل التسخين إلى توصيل الحرارة بشكل فعال لتحقيق تأثير تسخين مستقر. ولذلك، فإن التوصيل الحراري للمادة المركبة يعد أيضًا مؤشرًا مهمًا يجب أخذه في الاعتبار عند التصميم.

مكونات المواد الرئيسية
تتكون المواد المركبة لكابلات التدفئة ذات الجهد العالي والفائق الجهد عمومًا من مصفوفة بوليمر وحشوات وظيفية. تكمل المكونات المختلفة بعضها البعض وتعطي المادة خصائص شاملة ممتازة. تشمل مكونات المواد الرئيسية المشتركة ما يلي:

مادة المصفوفة: عادةً ما يتم اختيار مواد بوليمر مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومقاومة للشيخوخة مثل البولي إيثيلين (PE)، فلوريد البولي فينيلدين (PVDF)، مطاط الإيثيلين بروبيلين (EPR)، وما إلى ذلك. تتميز هذه المواد بعزل كهربائي ممتاز وقوة ميكانيكية وثبات كيميائي.

الحشوات الوظيفية: تشتمل الحشوات شائعة الاستخدام على مواد موصلة للحرارة مثل الألومينا (Al₂O₃) وأكسيد المغنيسيوم (MgO)، والتي تم تصميمها لتحسين التوصيل الحراري للمواد المركبة. لتعزيز العزل الكهربائي، تتم أيضًا إضافة معززات العزل الكهربائي مثل عوامل اقتران السيلان وأكسيد التيتانيوم (TiO₂).

الحشوات النانوية: في السنوات الأخيرة، تم استخدام المواد النانوية (مثل الجرافين وأنابيب الكربون النانوية وغيرها) لتعديل المواد المركبة لتحسين توصيلها الحراري وقوتها الميكانيكية.

عملية التحضير
تعتبر عملية تحضير المواد المركبة لكابلات التسخين ذات الجهد العالي والفائق أمرًا بالغ الأهمية. وتشمل خطوات العملية الرئيسية الخلط، والقولبة بالبثق، والمعالجة الحرارية، وما إلى ذلك:

الخلط: يتم خلط بوليمر المادة والحشو الوظيفي بالتساوي لضمان توزيع مادة الحشو بالتساوي في مادة البوليمر.

القولبة بالبثق: تتم معالجة الخليط بالشكل المطلوب من خلال عملية البثق لتطبيقه في إنتاج الكابلات.

المعالجة الحرارية: من أجل تعزيز الاستقرار الحراري والخواص الميكانيكية للمادة، عادة ما يتم إجراء معالجة حرارية معينة بعد التحضير، مثل الضغط الساخن أو التلدين.

أمثلة التطبيق
1. كابلات التدفئة في استخراج النفط والغاز
عادة ما يتم تنفيذ عمليات استخراج النفط والغاز في بيئات قاسية. يمكن لكابلات التدفئة ذات الجهد العالي والفائق أن توفر الدعم الحراري اللازم للمعدات في بيئات الضغط العالي والملوحة العالية في أعماق البحار. إن مقاومتها الممتازة للضغط والتوصيل الحراري تجعل هذه المادة شائعة في هذا المجال.

2. هندسة أعماق البحار
يتطلب الاستكشاف والتعدين في أعماق البحار متطلبات عالية للغاية فيما يتعلق بمقاومة الضغط ومقاومة التآكل والأداء الكهربائي للكابلات. تستخدم كابلات التدفئة ذات الجهد العالي على نطاق واسع في هندسة أعماق البحار لمنع الأنابيب من التجمد بسبب درجات الحرارة المنخفضة.

3. أنظمة التدفئة في البيئات القطبية أو ذات درجات الحرارة المرتفعة
في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة أو المرتفعة للغاية، يمكن لمركبات كابلات التسخين ذات الجهد العالي والفائق أن توفر دعمًا موثوقًا للتدفئة للمباني والمعدات، وبالتالي ضمان الإنتاج أو الحياة الطبيعية.