Polyethyleen (PE) wordt veel gebruikt in deisolatie en ommanteling van stroomkabels en telecommunicatiekabelsVanwege de uitstekende mechanische sterkte, taaiheid, hittebestendigheid, isolatie en chemische stabiliteit. Vanwege de structurele eigenschappen van PE zelf is de weerstand tegen scheurvorming door omgevingsstress echter relatief laag. Dit probleem treedt met name op wanneer PE wordt gebruikt als buitenmantel voor gepantserde kabels met grote doorsneden.
1. Mechanisme van PE-mantelscheuren
Het scheuren van de PE-mantel treedt voornamelijk op in twee situaties:
a. Omgevingsspanningsscheuren: Dit verwijst naar het fenomeen waarbij de mantel brosse scheuren ondergaat vanaf het oppervlak als gevolg van gecombineerde spanning of blootstelling aan omgevingsmedia na de installatie en het gebruik van de kabel. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door interne spanning in de mantel en langdurige blootstelling aan polaire vloeistoffen. Uitgebreid onderzoek naar materiaalmodificatie heeft dit type scheurvorming aanzienlijk verholpen.
b. Mechanische spanningsscheuren: Deze scheuren ontstaan door structurele tekortkomingen in de kabel of onjuiste extrusieprocessen van de mantel, wat leidt tot aanzienlijke spanningsconcentratie en vervormingsgeïnduceerde scheuren tijdens de installatie van de kabel. Dit type scheurvorming is het meest uitgesproken in de buitenmantels van stalen kabels met een grote diameter.
2. Oorzaken van scheuren in de PE-mantel en verbeteringsmaatregelen
2.1 Invloed van kabelStalen tapeStructuur
Bij kabels met grotere buitendiameters bestaat de gepantserde laag doorgaans uit dubbellaagse staalbandwikkelingen. Afhankelijk van de buitendiameter van de kabel varieert de dikte van de staalband (0,2 mm, 0,5 mm en 0,8 mm). Dikkere gepantserde staalbanden hebben een hogere stijfheid en een lagere plasticiteit, wat resulteert in een grotere afstand tussen de bovenste en onderste lagen. Tijdens extrusie veroorzaakt dit aanzienlijke verschillen in de manteldikte tussen de bovenste en onderste lagen van het gepantserde oppervlak. Dunnere mantelgebieden aan de randen van de buitenste staalband ondervinden de grootste spanningsconcentratie en zijn de belangrijkste plekken waar in de toekomst scheurvorming optreedt.
Om de impact van de gepantserde staalband op de buitenmantel te verzachten, wordt een bufferlaag van een bepaalde dikte tussen de staalband en de PE-mantel gewikkeld of geëxtrudeerd. Deze bufferlaag moet een gelijkmatige dichtheid hebben, zonder rimpels of uitsteeksels. De toevoeging van een bufferlaag verbetert de gladheid tussen de twee lagen staalband, zorgt voor een gelijkmatige PE-manteldikte en vermindert, in combinatie met de krimp van de PE-mantel, de interne spanning.
ONEWORLD biedt gebruikers verschillende diktes vangegalvaniseerde stalen band gepantserde materialenom aan uiteenlopende behoeften te voldoen.
2.2 Impact van het kabelproductieproces
De belangrijkste problemen bij het extrusieproces van gepantserde kabelmantels met een grote buitendiameter zijn onvoldoende koeling, onjuiste matrijsvoorbereiding en een te hoge rekverhouding, wat resulteert in overmatige interne spanning in de mantel. Grote kabels ondervinden, vanwege hun dikke en brede mantels, vaak beperkingen in de lengte en het volume van waterbakken op extrusieproductielijnen. Afkoeling van meer dan 200 graden Celsius tijdens de extrusie naar kamertemperatuur brengt uitdagingen met zich mee. Onvoldoende koeling leidt tot een zachtere mantel nabij de pantserlaag, waardoor krassen op het manteloppervlak ontstaan wanneer de kabel wordt opgerold. Dit kan uiteindelijk leiden tot scheuren en breuken tijdens het leggen van de kabel door externe krachten. Bovendien draagt onvoldoende koeling bij aan verhoogde interne krimpkrachten na het oprollen, waardoor het risico op scheurvorming in de mantel onder aanzienlijke externe krachten toeneemt. Om voldoende koeling te garanderen, wordt aanbevolen de lengte of het volume van de waterbakken te vergroten. Het is essentieel om de extrusiesnelheid te verlagen, terwijl de juiste plastificering van de mantel behouden blijft en er voldoende tijd is voor afkoeling tijdens het oprollen. Bovendien kan, door polyethyleen als een kristallijn polymeer te beschouwen, een gesegmenteerde temperatuurverlagingskoelmethode worden toegepast, van 70-75°C naar 50-55°C en uiteindelijk naar kamertemperatuur. Dit helpt om de interne spanningen tijdens het koelproces te verlichten.
2.3 Invloed van de wikkelradius op de kabelwikkeling
Tijdens het oprollen van kabels houden fabrikanten zich aan industrienormen voor het selecteren van geschikte haspels. Het aanpassen van lange leveringslengtes voor kabels met een grote buitendiameter vormt echter een uitdaging bij het selecteren van geschikte haspels. Om aan de gespecificeerde leveringslengtes te voldoen, verkleinen sommige fabrikanten de diameter van de haspel, wat resulteert in onvoldoende buigradii voor de kabel. Overmatige buiging leidt tot verschuiving in de pantserlagen, wat aanzienlijke schuifkrachten op de mantel veroorzaakt. In ernstige gevallen kunnen de bramen van de gepantserde stalen strip de dempingslaag doorboren, zich direct in de mantel nestelen en scheuren of barsten langs de rand van de stalen strip veroorzaken. Tijdens het leggen van kabels zorgen de laterale buig- en trekkrachten ervoor dat de mantel langs deze barsten scheurt, vooral bij kabels dichter bij de binnenlagen van de haspel, waardoor ze gevoeliger zijn voor breuk.
2.4 Impact van de bouw- en installatieomgeving op locatie
Om de kabelconstructie te standaardiseren, is het raadzaam de kabellegsnelheid te minimaliseren en overmatige laterale druk, buiging, trekkrachten en botsingen met het oppervlak te vermijden. Zo zorgt u voor een beschaafde bouwomgeving. Laat de kabel vóór de installatie bij voorkeur rusten bij 50-60 °C om interne spanning uit de mantel te halen. Vermijd langdurige blootstelling van kabels aan direct zonlicht, aangezien temperatuurverschillen aan verschillende zijden van de kabel kunnen leiden tot spanningsconcentraties, waardoor het risico op scheurvorming in de mantel tijdens het leggen van de kabel toeneemt.
Plaatsingstijd: 18-12-2023