Il polietilene (PE) è ampiamente utilizzato nelisolamento e guaina di cavi di alimentazione e cavi di telecomunicazioneGrazie alla sua eccellente resistenza meccanica, tenacità, resistenza al calore, isolamento e stabilità chimica, il PE presenta tuttavia una resistenza relativamente scarsa alle fessurazioni da stress ambientale, dovute alle caratteristiche strutturali intrinseche del materiale. Questo problema diventa particolarmente evidente quando il PE viene utilizzato come guaina esterna di cavi armati di grande sezione.
1. Meccanismo di fessurazione della guaina in PE
La fessurazione della guaina in PE si verifica principalmente in due situazioni:
a. Fessurazioni da stress ambientale: si riferisce al fenomeno per cui la guaina subisce fessurazioni fragili dalla superficie a causa di stress combinato o esposizione ad agenti ambientali dopo l'installazione e l'esercizio del cavo. È causata principalmente da stress interni alla guaina e da una prolungata esposizione a liquidi polari. Un'ampia ricerca sulla modifica dei materiali ha risolto in gran parte questo tipo di fessurazione.
b. Fessurazioni da stress meccanico: si verificano a causa di difetti strutturali nel cavo o di processi di estrusione della guaina inappropriati, che portano a una significativa concentrazione di stress e a fessurazioni indotte dalla deformazione durante l'installazione del cavo. Questo tipo di fessurazione è più pronunciato nelle guaine esterne dei cavi armati con nastro d'acciaio di grande sezione.
2. Cause di fessurazione della guaina in PE e misure di miglioramento
2.1 Influenza del cavoNastro di acciaioStruttura
Nei cavi con diametro esterno maggiore, lo strato di armatura è tipicamente composto da un doppio strato di nastro d'acciaio. A seconda del diametro esterno del cavo, lo spessore del nastro d'acciaio varia (0,2 mm, 0,5 mm e 0,8 mm). I nastri d'acciaio di armatura più spessi presentano una maggiore rigidità e una minore plasticità, con conseguente maggiore spaziatura tra gli strati superiore e inferiore. Durante l'estrusione, ciò causa differenze significative nello spessore della guaina tra gli strati superiore e inferiore della superficie dell'armatura. Le aree di guaina più sottili ai bordi del nastro d'acciaio esterno subiscono la maggiore concentrazione di stress e sono le aree principali in cui si verificano future fessurazioni.
Per attenuare l'impatto del nastro di acciaio corazzato sulla guaina esterna, uno strato tampone di un certo spessore viene avvolto o estruso tra il nastro di acciaio e la guaina in PE. Questo strato tampone deve essere uniformemente denso, senza pieghe o sporgenze. L'aggiunta di uno strato tampone migliora la levigatezza tra i due strati di nastro di acciaio, garantisce uno spessore uniforme della guaina in PE e, in combinazione con la contrazione della guaina in PE, riduce le tensioni interne.
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2.2 Impatto del processo di produzione dei cavi
I principali problemi del processo di estrusione di guaine per cavi armati di grande diametro esterno sono il raffreddamento inadeguato, la preparazione impropria dello stampo e un rapporto di stiramento eccessivo, che si traducono in un'eccessiva tensione interna all'interno della guaina. I cavi di grandi dimensioni, a causa delle loro guaine spesse e larghe, spesso presentano limitazioni in termini di lunghezza e volume delle vaschette d'acqua sulle linee di produzione per estrusione. Il raffreddamento da oltre 200 gradi Celsius durante l'estrusione alla temperatura ambiente rappresenta una sfida. Un raffreddamento inadeguato porta a una guaina più morbida vicino allo strato di armatura, causando graffi sulla superficie della guaina durante l'avvolgimento del cavo, con conseguenti potenziali crepe e rotture durante la posa del cavo a causa di forze esterne. Inoltre, un raffreddamento insufficiente contribuisce ad aumentare le forze di contrazione interne dopo l'avvolgimento, incrementando il rischio di rottura della guaina sotto l'effetto di forze esterne considerevoli. Per garantire un raffreddamento adeguato, si raccomanda di aumentare la lunghezza o il volume delle vaschette d'acqua. È essenziale ridurre la velocità di estrusione mantenendo una corretta plastificazione della guaina e concedendo un tempo sufficiente per il raffreddamento durante l'avvolgimento. Inoltre, considerando il polietilene come un polimero cristallino, un metodo di raffreddamento a riduzione graduale della temperatura, da 70-75 °C a 50-55 °C e infine a temperatura ambiente, contribuisce ad alleviare le tensioni interne durante il processo di raffreddamento.
2.3 Influenza del raggio di avvolgimento sull'avvolgimento del cavo
Durante l'avvolgimento dei cavi, i produttori si attengono agli standard di settore per la selezione delle bobine di avvolgimento appropriate. Tuttavia, la gestione di lunghezze di avvolgimento elevate per cavi di grande diametro esterno pone delle sfide nella scelta delle bobine idonee. Per soddisfare le lunghezze di avvolgimento specificate, alcuni produttori riducono il diametro del cilindro della bobina, con conseguente insufficiente raggio di curvatura per il cavo. Una curvatura eccessiva provoca lo spostamento degli strati di armatura, generando significative forze di taglio sulla guaina. Nei casi più gravi, le bave della striscia di acciaio corazzata possono perforare lo strato di ammortizzazione, incastrandosi direttamente nella guaina e causando crepe o fessure lungo il bordo della striscia di acciaio. Durante la posa del cavo, le forze di flessione laterale e di trazione provocano la rottura della guaina lungo queste fessure, soprattutto per i cavi più vicini agli strati interni della bobina, rendendoli più soggetti a rotture.
2.4 Impatto dell'ambiente di costruzione e installazione in loco
Per standardizzare la costruzione dei cavi, si consiglia di ridurre al minimo la velocità di posa, evitando pressioni laterali eccessive, piegature, forze di trazione e urti con le superfici, garantendo un ambiente di lavoro ordinato. Preferibilmente, prima dell'installazione, lasciare riposare il cavo a 50-60 °C per rilasciare le tensioni interne della guaina. Evitare l'esposizione prolungata dei cavi alla luce solare diretta, poiché le differenze di temperatura sui vari lati del cavo possono causare concentrazioni di stress, aumentando il rischio di fessurazione della guaina durante la posa.
Data di pubblicazione: 18 dicembre 2023