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聚乙烯(PE)由于具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性、耐熱性、絕緣和化學(xué)穩(wěn)定性,被廣泛地應(yīng)用于電力電纜、市話電纜的絕緣和護(hù)套上。但是由于聚乙烯本身的結(jié)構(gòu)原因,使得它的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能較差,特別是聚乙烯用作大截面的鎧裝電纜外護(hù)套時(shí),開裂問題尤為突出。
一、PE護(hù)套開裂的機(jī)理
PE護(hù)套開裂主要有以下兩種情況:一種是耐環(huán)境應(yīng)力開裂,指的是電纜在安裝運(yùn)行后,護(hù)套在組合應(yīng)力的作用或者環(huán)境介質(zhì)接觸時(shí),從表面開始產(chǎn)生的脆性開裂現(xiàn)象。這種開裂一般是由兩個(gè)因素造成的:一是護(hù)套存在內(nèi)應(yīng)力,二是電纜護(hù)套長(zhǎng)時(shí)間接觸了極性液體。這種開裂主要取決于材料本身耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能,通過(guò)多年的材料改性研究這種情況已得到根本解決。另一種是機(jī)械應(yīng)力開裂,是因?yàn)殡娎|在結(jié)構(gòu)上存在缺點(diǎn)或者護(hù)套擠出工藝不合適,護(hù)套在結(jié)構(gòu)上存在較大的應(yīng)力,且容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,使電纜在施工放纜時(shí)產(chǎn)生變形而開裂。這種開裂在大截面的鋼帶鎧裝層的外護(hù)套中更為明顯。
二、PE護(hù)套開裂原因及改善措施
2.1 電纜鋼帶結(jié)構(gòu)的影響
當(dāng)電纜的外徑較大時(shí),鎧裝層一般采用雙層鋼帶間隙繞包而成。根據(jù)電纜外徑的不同,鋼帶厚度有0.2mm、0.5mm和0.8mm之分。鎧裝鋼帶的厚度越大,剛性越強(qiáng),塑性就越差,鋼帶上下層的間距越大。在擠出拉伸過(guò)程中,導(dǎo)致鎧裝層的表面上下層鋼帶之間的護(hù)套厚度差很大。在外層鋼帶邊緣的部分護(hù)套厚度最薄,內(nèi)部應(yīng)力最集中,是未來(lái)發(fā)生開裂的主要位置。為避免鎧裝鋼帶對(duì)外護(hù)套的影響,在鋼帶和PE外護(hù)套間繞包或擠包一定厚度的緩沖層,緩沖層應(yīng)緊密均勻、無(wú)褶皺、無(wú)凸起。緩沖層的加入,改善了兩層鋼帶之間的平整度,使PE護(hù)套料的厚度均勻,在加上PE護(hù)套的收縮作用,使得護(hù)套既不會(huì)出現(xiàn)松包現(xiàn)象,也不會(huì)包的太緊,從而減小了內(nèi)應(yīng)力。
2.2 電纜生產(chǎn)工藝的影響
大外徑鎧裝電纜護(hù)套擠塑工藝存在的主要問題是護(hù)套擠出時(shí)冷卻不夠,模具配制不合理,拉伸比過(guò)大,造成護(hù)套中內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。大規(guī)格電纜因護(hù)套厚、外徑大,一般擠出生產(chǎn)線水槽的長(zhǎng)度和體積有限,護(hù)套擠出時(shí)從二百多度的高溫冷卻至常溫比較困難。擠出后若護(hù)套冷卻不充分,靠近鎧裝層的護(hù)套部分會(huì)比較軟,電纜在成品盤彎曲時(shí)很容易造成鋼帶在護(hù)套表面造成切痕,致使在施工放纜時(shí),外護(hù)套承受較大外力而開裂。另一方面護(hù)套冷卻不夠,會(huì)造成電纜成盤后進(jìn)一步冷卻產(chǎn)生較大內(nèi)收縮力,使護(hù)套在較大外力作用下開裂的幾率上升。為了保證電纜充分冷卻,可適當(dāng)增加水槽的長(zhǎng)度或者體積,在保證護(hù)套塑化良好的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低擠出速度,保證上盤時(shí)電纜護(hù)套內(nèi)外層已冷卻充分。同時(shí)考慮到聚乙烯為結(jié)晶型聚合物,宜采用分段降溫的溫水冷卻方式,以減小冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。一般采用由70-75℃冷卻至50-55℃,最后冷卻至室溫的方法。
2.3 電纜成盤彎曲半徑的影響
電纜成盤時(shí),電纜廠家需要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 8137.1-2013規(guī)定,選擇合適的交貨盤。但是當(dāng)用戶要求的交貨長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí),大外徑大段長(zhǎng)的成品電纜,選用適宜的盤具十分困難。有些生產(chǎn)廠家為保證交貨長(zhǎng)度,不得不減小盤具的筒體直徑,造成電纜彎曲半徑不夠,鎧裝層因電纜彎曲過(guò)大而產(chǎn)生位移,對(duì)護(hù)套產(chǎn)生較大的剪切力,嚴(yán)重時(shí)鎧裝鋼帶毛邊會(huì)扎破緩沖層直接嵌入護(hù)套內(nèi),使護(hù)套沿鋼帶邊沿產(chǎn)生裂紋或裂縫。在施工放纜時(shí),電纜受到橫向彎切力和拉力很大,造成成品電纜從盤上展開后護(hù)套沿裂紋方向開裂,電纜盤靠近筒體層的電纜更易開裂。
2.4 現(xiàn)場(chǎng)施工及敷設(shè)環(huán)境的影響
規(guī)范電纜施工,嚴(yán)格按照GB/T 50168-2006要求進(jìn)行施工,建議盡量降低放纜速度,避免對(duì)電纜產(chǎn)生過(guò)大的側(cè)壓力、彎切力和拉力,避免電纜表面的碰撞,文明施工。同時(shí)保證施工時(shí)電纜的最小安裝彎曲半徑符合國(guó)標(biāo)GB/T 12706.1-2008的規(guī)定,單芯鎧裝電纜彎曲半徑≥15D,三芯鎧裝電纜彎曲半徑≥12D(D為電纜外徑)。電纜敷設(shè)前最好在50-60℃條件下放置一段時(shí)間,使護(hù)套中的內(nèi)應(yīng)力得到釋放。同時(shí)避免電纜長(zhǎng)時(shí)間在太陽(yáng)下暴曬,因?yàn)楸駮r(shí),電纜不同側(cè)面溫度不一致,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,在電纜施工放纜時(shí),增加了護(hù)套開裂的風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)束語(yǔ)
大截面鎧裝聚乙烯電纜護(hù)套開裂問題是電纜廠家須面對(duì)的一個(gè)難題。為提高電纜PE外護(hù)套的耐開裂性能,應(yīng)從護(hù)套材料本身、電纜結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝及敷設(shè)環(huán)境等多方面控制,延長(zhǎng)電纜的使用壽命,保證電纜的質(zhì)量。
青島華強(qiáng)電纜是一家專注生產(chǎn)電線電纜的廠家,公司生產(chǎn)的華宇牌電線電纜各項(xiàng)性能均達(dá)到國(guó)際電工委員會(huì)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,主導(dǎo)產(chǎn)品有:鋁合金電纜、交聯(lián)電力電纜、聚氯乙烯絕緣電力電纜、控制電纜、計(jì)算機(jī)電纜、礦物絕緣電纜、電氣裝備用電線電纜等多種型號(hào)電纜,還可以根據(jù)用戶需求加工定做需要的特種電纜
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