Il polietilene (PE) è ampiamente utilizzato nelisolamento e guaina di cavi elettrici e cavi per telecomunicazioniGrazie alla sua eccellente resistenza meccanica, tenacità, resistenza al calore, proprietà isolanti e stabilità chimica, il PE è un materiale molto apprezzato. Tuttavia, a causa delle caratteristiche strutturali del PE stesso, la sua resistenza alle cricche da stress ambientale è relativamente scarsa. Questo problema diventa particolarmente evidente quando il PE viene utilizzato come guaina esterna di cavi armati di grande sezione.
1. Meccanismo di rottura della guaina in PE
Le crepe nella guaina in PE si verificano principalmente in due situazioni:
a. Criccatura da stress ambientale: si riferisce al fenomeno per cui la guaina subisce una frattura fragile superficiale a causa di stress combinato o esposizione a sostanze ambientali dopo l'installazione e il funzionamento del cavo. È causata principalmente da stress interno alla guaina e da un'esposizione prolungata a liquidi polari. Ricerche approfondite sulla modifica dei materiali hanno sostanzialmente risolto questo tipo di criccatura.
b. Cricche da stress meccanico: si verificano a causa di carenze strutturali del cavo o di processi di estrusione della guaina inappropriati, che portano a una significativa concentrazione di stress e a cricche indotte da deformazione durante l'installazione del cavo. Questo tipo di cricca è più pronunciato nelle guaine esterne dei cavi con armatura a nastro d'acciaio di grande sezione.
2. Cause di fessurazione della guaina in PE e misure di miglioramento
2.1 Influenza del cavoNastro d'acciaioStruttura
Nei cavi con diametri esterni maggiori, lo strato corazzato è in genere composto da avvolgimenti a 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 corazzati più spessi presentano una maggiore rigidità e una minore plasticità, con conseguente maggiore spaziatura tra gli strati superiori e inferiori. Durante l'estrusione, ciò causa differenze significative nello spessore della guaina tra gli strati superiori e inferiori della superficie dello strato corazzato. Le aree di guaina più sottili ai bordi del nastro d'acciaio esterno subiscono la maggiore concentrazione di sollecitazioni e sono le principali aree in cui si verificano le cricche future.
Per attenuare l'impatto del nastro d'acciaio corazzato sulla guaina esterna, uno strato tampone di un certo spessore viene avvolto o estruso tra il nastro d'acciaio e la guaina in PE. Questo strato tampone deve essere uniformemente denso, senza grinze o sporgenze. L'aggiunta di uno strato tampone migliora la scorrevolezza tra i due strati di nastro d'acciaio, garantisce uno spessore uniforme della guaina in PE e, in combinazione con la contrazione della guaina in PE, riduce le sollecitazioni 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 un raffreddamento inadeguato, una preparazione dello stampo non idonea e un rapporto di allungamento eccessivo, che si traduce in eccessive sollecitazioni interne all'interno della guaina. I cavi di grandi dimensioni, a causa delle loro guaine spesse e larghe, spesso presentano limitazioni nella lunghezza e nel volume delle vasche di raccolta dell'acqua sulle linee di produzione di estrusione. Il raffreddamento da oltre 200 °C durante l'estrusione a temperatura ambiente pone delle sfide. Un raffreddamento inadeguato porta a una guaina più morbida in prossimità dello 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 restringimento interne dopo l'avvolgimento, aumentando il rischio di cricche della guaina sotto l'azione di forze esterne sostanziali. Per garantire un raffreddamento sufficiente, si raccomanda di aumentare la lunghezza o il volume delle vasche di raccolta dell'acqua. È essenziale ridurre la velocità di estrusione mantenendo una corretta plastificazione della guaina e lasciando ampio tempo per il raffreddamento durante l'avvolgimento. Inoltre, considerando il polietilene come un polimero cristallino, un metodo di raffreddamento con riduzione segmentata della temperatura, da 70-75°C a 50-55°C e infine a temperatura ambiente, aiuta ad alleviare le sollecitazioni interne durante il processo di raffreddamento.
2.3 Influenza del raggio di avvolgimento sull'avvolgimento del cavo
Durante l'avvolgimento dei cavi, i produttori aderiscono agli standard di settore per la selezione di bobine di consegna appropriate. Tuttavia, la gestione di lunghe distanze di consegna per cavi di grande diametro esterno pone delle sfide nella scelta delle bobine adatte. Per soddisfare le lunghezze di consegna specifiche, alcuni produttori riducono il diametro del tamburo della bobina, con conseguente raggio di curvatura insufficiente per il cavo. Una curvatura eccessiva porta allo spostamento degli strati di armatura, causando significative forze di taglio sulla guaina. Nei casi più gravi, le sbavature della striscia di acciaio corazzata possono perforare lo strato di imbottitura, 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 e trazione laterali causano 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 eccessive pressioni laterali, flessioni, forze di trazione e collisioni superficiali, garantendo un ambiente di costruzione a norma. Preferibilmente, prima dell'installazione, lasciare riposare il cavo a 50-60 °C per rilasciare le tensioni interne dalla guaina. Evitare l'esposizione prolungata dei cavi alla luce solare diretta, poiché le differenze di temperatura sui vari lati del cavo possono portare alla concentrazione delle tensioni, aumentando il rischio di fessurazioni della guaina durante la posa.
Data di pubblicazione: 18-12-2023