Il polietilene (PE) è ampiamente utilizzato nelisolamento e guaina di cavi elettrici e di telecomunicazionigrazie alla sua eccellente resistenza meccanica, tenacità, resistenza al calore, isolamento e stabilità chimica. Tuttavia, a causa delle caratteristiche strutturali del PE stesso, la sua resistenza alle fessurazioni da stress ambientale è relativamente scarsa. Questo problema diventa particolarmente evidente quando il PE viene utilizzato come guaina esterna di cavi armati di larga sezione.
1. Meccanismo di rottura della guaina in PE
La rottura della guaina in PE si verifica principalmente in due situazioni:
UN. Cracking da stress ambientale: si riferisce al fenomeno in cui la guaina subisce rotture fragili dalla superficie a causa di stress combinato o esposizione a mezzi ambientali dopo l'installazione e il funzionamento del cavo. È causato principalmente dallo stress interno alla guaina e dall'esposizione prolungata ai liquidi polari. Ricerche approfondite sulla modificazione dei materiali hanno sostanzialmente risolto questo tipo di fessurazione.
B. Cracking da stress meccanico: si verifica a causa di carenze 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 accentuata nelle guaine esterne dei cavi armati con nastri d'acciaio di grande sezione.
2. Cause di rottura della guaina in PE e misure di miglioramento
2.1 Influenza del cavoNastro d'acciaioStruttura
Nei cavi con diametri esterni maggiori, lo strato armato è tipicamente composto da avvolgimenti di nastro di acciaio a doppio strato. 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 in acciaio corazzato più spessi hanno una maggiore rigidità e una minore plasticità, con conseguente maggiore spaziatura tra gli strati superiore e inferiore. Durante l'estrusione ciò provoca notevoli differenze nello spessore della guaina tra gli strati superiore ed inferiore della superficie dello strato corazzato. Le aree più sottili della guaina 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 mitigare 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 dovrebbe essere uniformemente denso, senza rughe 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, combinato con la contrazione della guaina in PE, riduce lo stress interno.
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2.2 Impatto del processo di produzione dei cavi
I problemi principali con il processo di estrusione delle guaine per cavi armati di grande diametro esterno sono il raffreddamento inadeguato, la preparazione inadeguata dello stampo e il rapporto di allungamento eccessivo, con conseguente eccessivo stress interno all'interno della guaina. I cavi di grandi dimensioni, a causa delle loro guaine spesse e larghe, spesso devono affrontare limitazioni nella lunghezza e nel volume delle vasche d'acqua sulle linee di produzione di estrusione. Il raffreddamento da oltre 200 gradi Celsius durante l'estrusione fino alla temperatura ambiente rappresenta una sfida. Un raffreddamento inadeguato porta a una guaina più morbida vicino allo strato dell'armatura, causando graffi sulla superficie della guaina quando il cavo viene avvolto, 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 ritiro interno dopo l’avvolgimento, aumentando il rischio di rottura della guaina sotto notevoli forze esterne. Per garantire un raffreddamento sufficiente, si consiglia di aumentare la lunghezza o il volume degli abbeveratoi. È essenziale ridurre la velocità di estrusione mantenendo una corretta plastificazione della guaina e consentendo 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 tensioni interne durante il processo di raffreddamento.
2.3 Influenza del raggio di avvolgimento sull'avvolgimento del cavo
Durante l'avvolgimento del cavo, i produttori aderiscono agli standard del settore per la selezione delle bobine di consegna adeguate. Tuttavia, soddisfare lunghezze di consegna elevate per cavi di grande diametro esterno pone sfide nella selezione delle bobine adatte. Per soddisfare le lunghezze di consegna specificate, alcuni produttori riducono i diametri dei cilindri delle bobine, con conseguenti raggi di curvatura insufficienti per il cavo. Una flessione eccessiva porta allo spostamento degli strati dell'armatura, causando notevoli forze di taglio sulla guaina. Nei casi più gravi, le bave del nastro di acciaio corazzato possono perforare lo strato ammortizzante, incastrandosi direttamente nella guaina e provocando crepe o fessure lungo il bordo del nastro di acciaio. Durante la posa del cavo, le forze di flessione e di trazione laterali provocano la fessurazione 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 dei cavi, evitando eccessive pressioni laterali, flessioni, forze di trazione e collisioni superficiali, garantendo un ambiente di costruzione civile. Preferibilmente, prima dell'installazione del cavo, lasciare riposare il cavo a 50-60°C per scaricare la tensione interna dalla guaina. Evitare l'esposizione prolungata dei cavi alla luce solare diretta, poiché le temperature differenziali sui vari lati del cavo possono portare alla concentrazione delle sollecitazioni, aumentando il rischio di rottura della guaina durante la posa del cavo.
Orario di pubblicazione: 18 dicembre 2023