Làm chủ công nghệ
“Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu polymer compozit sử dụng hạt oxit nhôm ứng dụng sản xuất vỏ cáp điện lực cao cấp” được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu thuộc Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Vũ Giang chủ nhiệm.
Mục tiêu của nhóm là chế tạo vật liệu polymer nanocompozit trên cở sở nhựa nền PVC và phụ gia oxit nhôm (Al2O3) kích thước nanomet (n-Al2O3) và micromet (m-Al2O3).
PGS.TS Nguyễn Vũ Giang cho biết, truyền tải điện đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng và nâng cao hiệu suất của mạng lưới điện hiện nay. Sự phát triển của ngành truyền tải điện không thể tách rời với công nghệ chế tạo vật liệu cách điện tiên tiến dùng để sản xuất lớp vỏ cho cáp điện lực.
Các nghiên cứu về vật liệu cách điện tập trung vào việc tối ưu hóa các tính chất như điện trở suất, độ bền cơ học, độ bền thời tiết, độ bền nhiệt… để đảm bảo cáp điện hoạt động ổn định và an toàn trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.
Vật liệu polymer từ lâu đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện và điện môi nhờ những đặc tính ưu việt như độ bền nhiệt, bền cơ học và tính dẻo. Trong số các polymer thương mại được sử dụng làm vật liệu cách điện, polyvinyl clorua (PVC) là loại nhựa được ứng dụng sản xuất vỏ bọc cáp điện lực, cáp viễn thông với số lượng lớn nhờ sở hữu các ưu điểm nổi trội như dễ dàng gia công, chi phí chế tạo thấp, tính chất cơ học cao, có độ cứng cao hơn các vật liệu nhiệt dẻo thông thường khác.
Tuy nhiên, việc sử dụng nhựa PVC làm vỏ cáp thường phải đưa vào lượng lớn chất hóa dẻo, chất trợ gia công trong thành phần, những phụ gia này làm giảm đáng kể khả năng cách điện và các tính chất khác của sản phẩm cáp.
Để đáp ứng với những yêu cầu cao về chất lượng sản xuất cáp điện lực, cáp viễn thông… các chỉ tiêu kỹ thuật của nhựa PVC thông thường cần được cải tiến bằng cách bổ sung các phụ gia chức năng.
Vật liệu nanocompozit trên nền polymer nhiệt dẻo PVC gia cường bởi các hạt kích thước nanomet γ-Al2O3 có khả năng nâng cao hiệu suất làm việc của sản phẩm, cải thiện khả năng cách điện và các tính chất khác cho vật liệu bọc cáp.
Công nghệ biến tính và phối trộn các hạt nano γ-Al2O3 trên nền PVC bằng phương pháp nóng chảy dẫn tới việc tạo thành ma trận bẫy các hạt dẫn điện trong khối nanocompozit, cản trở chuyển động của các hạt này, nhờ đó nâng cao khả năng cách điện cho sản phẩm cáp điện.
Bên cạnh đó, các hạt nano oxit kim loại còn tăng cường khả năng chống cháy, ổn định nhiệt, độ bền thời tiết, giảm tỷ trọng, giảm độ dày của vỏ cáp, cải thiện các tính chất cơ học và không làm tăng nhiều giá thành của sản phẩm…
Cải thiện khả năng cách điện
PGS.TS Nguyễn Vũ Giang cho biết, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu polymer nanocompozit với điện áp đánh thủng, điện trở bề mặt và điện trở suất khối tăng lần lượt là 1,75 lần, 177 lần và 264 lần so với nền nhựa PVC ban đầu. Độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt tương ứng là 30,79 MPa và 282%, đạt tiêu chuẩn ứng dụng cho vật liệu bọc cáp điện lực cao cấp
Nhóm cũng xây dựng thành công 3 quy trình: Biến tính hữu cơ hạt nanomet γ-Al2O3 tương hợp với nhựa nền PVC; chế tạo polyme nanocompozit PVC/ γ-Al2O3 để sản xuất cáp điện lực chất lượng cao và chế tạo cáp điện sử dụng vật liệu PVC/ γ-Al₂O₃ với tính ổn định cao và chất lượng sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 6610…
Đề tài đã được Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học công nghệ cấp 01 quyết định chấp nhận hợp lệ hồ sơ đăng ký độc quyền sáng chế: “Vật liệu nanocompozit có độ bền cơ học và khả năng cách điện được cải thiện”. Đề tài đã công bố 01 bài báo khoa học được đăng trên tạp chí chuyên ngành quốc tế SCIE.
PGS.TS Nguyễn Vũ Giang cho biết, thành công này của nhóm nghiên cứu mở ra triển vọng làm chủ công nghệ sản xuất vỏ cáp điện lực cao cấp có khả năng cách điện cao, độ bền tốt, giá thành phù hợp với thực tế.
Trong điều kiện thiên nhiên khắc nghiệt như ở Việt Nam, việc vận hành lưới điện an toàn cần thiết có sản phẩm vỏ cáp điện lực chất lượng cao, chống chịu được với thời tiết. Nhóm nghiên cứu dự định với bằng độc quyền sáng chế này, nhóm sẽ tiếp tục tìm kiếm đối tác để triển khai sản xuất đưa vào thực tiễn, góp phần vận hành ổn định và an toàn lưới điện.
Vật liệu polyme nanocompozit PVC/ γ-Al2O3 là vật liệu bọc cáp điện tiên tiến, có khả năng ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. Việc tiếp tục nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo vật liệu này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho doanh nghiệp sản xuất, đồng thời đóng góp vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế.
