Vật liệu cách nhiệt mới xây dựng hàng rào bảo vệ hiệu suất cho Cáp điện chịu nhiệt độ cao

Bên cạnh ngọn lửa của các lò luyện kim và giữa các thiết bị nhiệt độ cao trong các nhà máy điện năng lượng mới, hệ thống truyền tải điện còn phải đối mặt với các bài kiểm tra nhiệt độ vượt xa tiêu chuẩn. Là “huyết mạch” đảm bảo truyền tải năng lượng ổn định, năng lực cạnh tranh cốt lõi của Cáp điện chịu nhiệt độ cao tập trung vào hiệu suất cách nhiệt của nó. Hiệu suất này không phải là sự chồng chất đơn giản của các đặc tính chịu nhiệt mà thông qua thiết kế chính xác cấu trúc phân tử của vật liệu, mang lại cho cáp khả năng chống lão hóa và duy trì lớp cách điện trong môi trường nhiệt độ cao, giải quyết căn bản các mối nguy hiểm về an toàn của cáp truyền thống trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Vật liệu cách điện polyvinyl clorua (PVC) thường được sử dụng trong cáp điện truyền thống có thể đáp ứng các yêu cầu cách điện cơ bản ở nhiệt độ phòng, nhưng đặc điểm cấu trúc phân tử của chúng quyết định những thiếu sót cố hữu về khả năng thích ứng ở nhiệt độ cao. Chuỗi phân tử PVC bao gồm các monome vinyl clorua trùng hợp, có lực liên chuỗi yếu và chứa một số lượng lớn các nguyên tử clo dễ bị phân hủy. Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 70°C, chuỗi phân tử PVC bắt đầu trải qua quá trình phân hủy nhiệt, giải phóng các khí ăn mòn như hydro clorua; nếu nhiệt độ tiếp tục tăng lên trên 100°C, vật liệu sẽ nhanh chóng mềm đi và biến dạng, tính toàn vẹn của lớp cách nhiệt bị phá hủy và nguy cơ rò rỉ tăng mạnh.
Bước đột phá mang tính cách mạng của Cáp điện chịu nhiệt độ cao đến từ việc nghiên cứu phát triển và ứng dụng các vật liệu cách điện mới. Cao su silicon, polyimide và các vật liệu khác đã trở thành lực lượng chính trong lĩnh vực cách nhiệt ở nhiệt độ cao nhờ cấu trúc phân tử độc đáo của chúng. Cấu trúc này mang lại cho vật liệu ba ưu điểm cốt lõi: đám mây điện tử π trong hệ thống liên hợp được phân bố đều và năng lượng liên kết hóa học được tăng cường đáng kể, do đó nhiệt độ phân hủy nhiệt của polyimide cao tới 500oC trở lên và nhiệt độ sử dụng lâu dài được duy trì ổn định ở 260oC; chuỗi phân tử cứng không dễ bị xoắn và đứt do chuyển động nhiệt, ngay cả trong môi trường nhiệt độ cao, tính toàn vẹn của chuỗi phân tử có thể được duy trì để đảm bảo không có lỗ hoặc vết nứt trên lớp cách nhiệt; giữa các phân tử có lực van der Waals mạnh và liên kết hydro, tạo thành cấu trúc xếp chồng phân tử dày đặc, ngăn chặn hiệu quả sự di chuyển của điện tử và duy trì tính chất điện môi tuyệt vời. Khi cáp chạy trong môi trường nhiệt độ cao 300oC trong xưởng luyện kim, lớp cách điện polyimide giống như một tấm áo giáp vững chắc, cách ly nhiệt khỏi làm xói mòn dây dẫn và ngăn ngừa tai nạn đoản mạch do hỏng lớp cách điện.
Ngoài polyimide, vật liệu cách nhiệt cao su silicone còn cho thấy khả năng thích ứng nhiệt độ cao độc đáo. Chuỗi phân tử chính của nó bao gồm các liên kết silicon-oxy (Si-O). Năng lượng liên kết của liên kết Si-O cao tới 460kJ/mol, cao hơn nhiều so với liên kết cacbon-cacbon thông thường (C-C) và có độ ổn định nhiệt tự nhiên. Tính linh hoạt của chuỗi phân tử cao su silicon giúp duy trì độ đàn hồi tốt ở nhiệt độ cao, tránh nứt lớp cách nhiệt do vật liệu bị cứng và giòn. Cao su silicon có năng lượng bề mặt thấp và không dễ hấp thụ độ ẩm và tạp chất, đảm bảo hơn nữa độ tin cậy cách nhiệt trong môi trường nhiệt độ cao. Trong cáp kết nối biến tần của nhà máy quang điện, lớp cách điện bằng cao su silicon có thể chịu được nhiệt độ cao do ánh nắng trực tiếp tạo ra và chống xói mòn do gió và cát để đảm bảo truyền năng lượng điện ổn định.
Từ thiết kế cấu trúc phân tử đến hiện thực hóa hiệu suất vật liệu, bước đột phá về công nghệ cách nhiệt của Cáp nguồn chịu nhiệt độ cao đã xác định lại tiêu chuẩn truyền tải điện trong môi trường khắc nghiệt. Bằng cách loại bỏ những khiếm khuyết vốn có của vật liệu truyền thống và sử dụng vật liệu mới có cấu trúc phân tử ổn định nhiệt, cáp có thể tiếp tục duy trì hiệu suất cách điện trong điều kiện nhiệt độ cao.