Problema di rottura del cavo con guaina esterna in PE armato di grande sezione

Il polietilene (PE) è ampiamente utilizzato nell'isolamento e nella guaina di cavi elettrici e telefonici per la sua buona resistenza meccanica, tenacità, resistenza al calore, isolamento e stabilità chimica. Tuttavia, a causa della struttura stessa del PE, la sua resistenza alla fessurazione da stress ambientale è scarsa, soprattutto quando il PE viene utilizzato come guaina esterna di cavi armati di grande sezione, il problema della fessurazione è particolarmente evidente.

1.Meccanismo di rottura della guaina in PE

La fessurazione della guaina in PE presenta principalmente le seguenti due situazioni: una è la fessurazione da stress ambientale, si riferisce al cavo nell'installazione e nel funzionamento, la guaina nella combinazione di stress o contatto con il mezzo ambientale, dalla superficie del fragile fenomeno di fessurazione.

Questa fessurazione è generalmente causata da due fattori: uno è l'esistenza di sollecitazioni interne alla guaina, l'altro è la guaina del cavo per lungo tempo a contatto con liquido polare. Questo tipo di fessurazione dipende principalmente dalla resistenza del materiale stesso alle prestazioni di incrinatura da stress ambientale, attraverso molti anni di ricerca sulla modifica del materiale questa situazione è stata fondamentalmente risolta.

L'altro è lo stress meccanico, poiché il cavo presenta carenze nella struttura o il processo di estrusione della guaina non è appropriato, c'è una grande sollecitazione nella struttura della guaina ed è facile produrre concentrazione di sollecitazione, in modo che la deformazione del cavo e crepe durante la costruzione del rilascio del cavo. Questo tipo di fessurazione è più evidente nella guaina esterna dello strato corazzato di nastro d'acciaio di grande sezione.

2.Cause di fessurazione della guaina in PE e misure migliorative

2.a. Influenza della struttura del nastro d'acciaio del cavo

Quando il diametro esterno del cavo è grande, lo strato corazzato è generalmente costituito da doppi strati di avvolgimento di fessure di cintura d'acciaio. A seconda del diametro esterno del cavo, lo spessore della striscia di acciaio è di 0,2 mm, 0,5 mm e 0,8 mm. Maggiore è lo spessore del nastro d'acciaio corazzato, maggiore è la rigidità, peggiore è la plasticità, maggiore è la distanza tra gli strati inferiori del nastro d'acciaio.

Nel processo di estrusione e stiramento, la differenza di spessore tra le bande di acciaio superiore e inferiore sulla superficie dello strato corazzato è molto ampia. La parte della guaina sul bordo della striscia di acciaio esterna ha lo spessore più sottile e la sollecitazione interna più concentrata, che è il luogo principale di fessurazione in futuro. Per evitare l'influenza della guaina esterna della cintura d'acciaio corazzata, lo strato tampone con un certo spessore deve essere avvolto o estruso tra la cintura d'acciaio e la guaina esterna in PE, e lo strato tampone deve essere strettamente uniforme, senza pieghe, senza protuberanze.

L'aggiunta dello strato tampone, migliora la planarità tra i due strati di cintura d'acciaio, in modo che lo spessore del materiale della guaina in PE sia uniforme, oltre alla contrazione della guaina in PE, in modo che la guaina non appaia il fenomeno della borsa allentata, inoltre lo farà non imballare troppo stretto, riducendo così lo stress interno.

2.b. Influenza del processo di produzione dei cavi

I principali problemi esistenti nel processo di estrusione della guaina per cavi armati di grande diametro sono un raffreddamento insufficiente, una configurazione irragionevole dello stampo, un rapporto di trazione eccessivo e un'eccessiva sollecitazione interna nella guaina. A causa della guaina spessa e del grande diametro esterno, la lunghezza e il volume del serbatoio dell'acqua nella linea di produzione generale dell'estrusione sono limitati. È difficile raffreddare il cavo dall'alta temperatura di oltre 200 gradi alla temperatura normale quando la guaina viene estrusa.

Se il raffreddamento della guaina non è sufficiente dopo l'estrusione, la parte della guaina vicina allo strato corazzato risulterà morbida, ed è facile provocare il segno di taglio sulla superficie della guaina causato dal nastro d'acciaio quando il cavo finito la piastra è piegata, provocando la rottura della guaina esterna sotto una maggiore forza esterna durante la costruzione del rilascio del cavo.

D'altra parte, un raffreddamento insufficiente della guaina provocherà una forza di contrazione interna maggiore dopo l'ulteriore raffreddamento del cavo in un disco, cosicché la probabilità di rottura della guaina aumenta sotto l'azione di una forza esterna maggiore. Al fine di garantire un sufficiente raffreddamento del cavo, la lunghezza o il volume del serbatoio può essere opportunamente aumentato e la velocità di estrusione può essere opportunamente ridotta sulla base di una buona plastificazione della guaina, in modo da garantire che gli strati interno ed esterno della guaina del cavo sono completamente raffreddate quando il cavo viene inserito nella bobina.

Allo stesso tempo, considerando che il polietilene è un polimero cristallino, è consigliabile adottare la modalità di raffreddamento ad acqua calda del raffreddamento segmentato per ridurre lo stress interno generato durante il raffreddamento. Generalmente viene raffreddato da 70-75°C a 50-55°C e infine raffreddato a temperatura ambiente.

2.c. Influenza del raggio di curvatura del cavo

Quando il cavo è piegato, il produttore del cavo deve selezionare il vassoio di consegna appropriato secondo lo standard industriale JB/T 8137.1-2013. Tuttavia, quando la lunghezza di consegna richiesta dall'utente è lunga, è molto difficile selezionare la bobina appropriata per il cavo finito con grande diametro esterno e grande lunghezza.

Alcuni produttori per garantire la lunghezza di consegna, hanno dovuto tagliare con un tubo di piccolo diametro, a causa del raggio di curvatura non sufficiente, lo strato corazzato a causa della flessione è uno spostamento troppo grande, grande forza di taglio sulla guaina, grave quando cintura d'acciaio corazzata le sbavature punteranno lo strato tampone direttamente incorporato all'interno della guaina, la guaina lungo le fessure o le crepe del bordo della striscia. Durante la costruzione del rilascio del cavo, il cavo è sottoposto a una grande forza di flessione trasversale e forza di tensione, con conseguente fessurazione lungo la direzione della fessura della guaina dopo che il cavo finito è stato dispiegato dal vassoio e il cavo vicino allo strato del guscio è più soggetto a screpolature.

2.d. L'influenza della costruzione del sito e dell'ambiente di posa

La costruzione del cavo deve essere standardizzata ed eseguita in stretta conformità con i requisiti standard. Si consiglia di ridurre il più possibile la velocità di rilascio del cavo per evitare un'eccessiva pressione laterale, forza di flessione e forza di trazione sul cavo ed evitare la collisione della superficie del cavo per garantire una costruzione sicura.

Allo stesso tempo, assicurarsi che il raggio minimo di curvatura dell'installazione del cavo soddisfi i requisiti di progettazione durante la costruzione. Il raggio di curvatura del cavo armato unipolare è ≥15D e il raggio di curvatura del cavo armato triplo è ≥12D (D è il diametro esterno del cavo).

Prima di posare il cavo, è opportuno posarlo a 50-60°C per un periodo di tempo per scaricare le sollecitazioni interne alla guaina. Allo stesso tempo, il cavo non deve essere esposto al sole per lungo tempo, poiché la temperatura dei diversi lati del cavo non è costante durante l'esposizione, che è soggetta a concentrazione di sollecitazioni, che aumenta il rischio di rottura della guaina durante costruzione e disconnessione dei cavi.

Conclusione

La fessurazione della guaina di un cavo armato in PE di grande sezione è un problema difficile che i produttori di cavi devono affrontare. Al fine di migliorare la resistenza alla rottura della guaina PE del cavo, dovrebbe essere controllata da molti aspetti, come il materiale della guaina stessa, la struttura del cavo, la tecnologia di produzione e l'ambiente di posa, in modo da prolungare la durata del cavo e garantire la qualità di cavo.