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电缆用高密度聚乙烯护套开裂问题的讨论

来源: 线缆招聘网      作者:cabhr     发布时间:2018-09-15 11:41:54     浏览次数:1108    

  摘 要:文章介绍了高密度聚乙烯的性能及耐环境应力开裂性能,并对作为电缆护套料在使用过程中容易产生开裂的原因,开裂机理和危害展开分析,并提出合理的解决方案。希望通过文章的分析,能够对相关工作提供参考。

  前言

  高密度聚乙烯凭借着优良的机械强度、韧性及优异的耐热性、耐低温性能(最低使用温度-71℃~-100℃)、绝缘和化学稳定性,而且还具有良好的防水性能,已经被广泛用于电缆绝缘和护套。但是聚乙烯有其自身缺陷,即耐环境应力开裂性能比较差。有时在电缆加工过程或在使用敷设过程中,控制不当,都会导致电缆护套的开裂,影响电缆的使用寿命。

  一般而言,当高密度聚乙烯护套用在光缆,通信电缆等小规格外径电缆时,由于厚度较薄,加工过程中。但生产钢带铠装电缆外径比较大,护套厚度在2.5mm以上。如果在加工过程中,冷却不够或方法控制不当,就会在钢带间隙处产生裂纹和裂痕。公司给内蒙古呼伦贝尔地区生产的一批YJY23 26/35kV 3×50电缆,在敷设过程中发现护套开裂,给客户和企业造成很大损失。

电缆用高密度

  高密度聚乙烯护套开裂是困扰其作为电缆护套料的难题。文章基于这个问题,根据实例对高密度聚乙烯护套开裂问题产生的原因、环境条件、开裂机理及危害进行分析,并提出合理的解决方案。

  1、护套开裂问题的现象及危害

  文章对我厂生产的YJY23 26/35kV 3×50电缆出现的外护套开裂问题进行分析。在成品电缆外护套,采用高密度聚乙烯作为护套料,在内蒙古呼伦贝尔地区(1月份当时环境温度-30℃)施工敷设中,电缆护套出现多处裂痕(如图1)。后从电缆开裂护套的边缘取样检测,全部技术指标合格。

  如图1在护套开裂处可以明显的看到里面的钢带。对于这样的问题坚决不能放过,要找出问题的原因。

  裂痕的危害:对护套裂痕直接造成电缆质量不合格,护套开裂会造成电缆进水,钢带腐蚀。从而影响电缆的正常使用。对于没有出现明显的裂痕的电缆,施工当中,由于外力的影响也很容易造成护套开裂。在这种情况下,客户一般也会认为是电缆的问题要求退货,这会造成公司很大的经济损失,甚至造成客户对企业的不信任。即使在施工中没有出现明显裂痕,但是如果在使用过程中,出现裂痕会造成电缆进水,从而影响电缆的使用寿命。所以对于这样的问题,应找出原因,并给予解决。

  2、电缆护套开裂产生的机理

  聚乙烯护套开裂主要有两种情形:一种是耐环境应力开裂,指的是电缆投入使用后,护套在低于其短时机械强度的耐张应力的作用下,发生裂纹和破损的情况。这种开裂发生要两个附加条件,一是护套存在内应力,二是电缆护套长时间接触了极性液体。这种开裂关键取决于聚乙烯本身耐环境应力开裂性能,通过多年材料改性的研究,这种情况已得到根本解决。另一种为机械性应力开裂,因电缆在构造上存在缺陷或护套挤出工艺不合适,电缆护套中存在较大应力,且容易形成应力集中,使电缆在施工放缆时产生变形而开裂。这种开裂常发生在有钢带铠装层的电缆外护套中,当电缆承受较大拉力且局部弯曲半径较小时,护层局部被拉伸变薄而开裂,电缆高密度聚乙烯外护套开裂属于此类状况。文章主要就护套机械性应力开裂的状况进行讨论。

  3、开裂产生的原因

  为讨论电缆护套开裂机理,从高密度聚乙烯护套特点、加工工艺、双钢带铠装电缆结构缺陷、电缆弯曲时护套受力,施工等方面来分析。

  3.1 护套材料特点

  在GB/T15065-2009标准中规定有四种电缆用聚乙烯护套料,如NDH、LDH、MH、GH。综合考虑电缆护套的使用环境、柔韧性和抗拉指标,一般选用GH黑色高密度聚乙烯护套料。虽然GH有较高的机械性能和加工性,但是弹性模量较大,抗冲击力不够理想和挤塑后收缩率大。如果挤塑工艺掌握不合适,就会在护套内部产生较大应力,对外径较大铠装电缆,护套在向铠装层收缩的过程中,钢带对护套造成损伤的几率大大提高了。

  3.2 挤出温度及冷却速度的影响

  温度对聚乙烯料的性能影响很大。温度太低会造成塑料塑化不均,造成熔体破裂,使电缆表面不光滑、无光泽,还会在护套内部残余内应力。温度过高不容易定型,而且会对电缆外表造成影响,易形成表面缺陷,影响电缆表面品质,严重时造成废品。一般在加工大外径电缆护套时,由于冷却水槽长度和体积有限,在生产过程中,熔融的聚乙烯护套料一般直接进入温度很低的水槽中,护套表面先冷却成型,后内层逐渐冷却,因外层冷却过快,产生微孔。一些聚乙烯链段来不及调整就被冻结而产生内应力,使得护套玻璃化温度很高,使护套在较小外力作用下开裂的几率上升。

  3.3 钢带铠装的影响

  大外径铠装电缆一般采用挤管式模具挤制外护套。大外径电缆铠装一般采用双钢带看间隙绕包形式,因为钢带厚度大,硬度大,绕包时会较大的反弹趋势,加剧了护套层所承受的外界张力,钢带表面会形成高度差,表面平整度较差,经过拉伸后包覆在铠装表面的护套厚度不一样。如电缆铠装外径76.3mm,护套平均值3.7mm,最薄出也有3.1mm;但对护套开裂处采集到数据:2.4、2.3、2.5、2.1、2.3、2.4mm。可见在断裂处护套厚度是明显不够的,这些位置的机械强度比较低,在应力作用下最容易出现开裂现象。

  3.4 电缆成盘弯曲半径的影响

  因受运输限高和成本的影响,当用户要求的交货长度较长时,外径较大长度较长的电缆选用合适的盘具十分不容易。有时为按照合同交货,不得不减小盘具的筒体直径,这样会造成电缆的弯曲半径变小,铠装层因电缆弯曲过大而产生位移,对护套产生较大的剪切力,铠装钢带毛边会扎破缓冲层嵌入护套层,使护套层沿钢带边缘产生裂痕。

  3.5 施工的影响

  相比小外径的电缆的施工,有些施工单位对中高电缆的施工认识不够,施工队伍水平不够,施工流程,施工方法不够规范。很多施工单位缺少卷扬机,履带牵引机等设备,施工方法比较落后,靠一些原始的方法、使放线张力无法控制,易造成放线过程中张力过大,弯曲半径过小等问题,这会加剧电缆护套开裂。   

  4 解决方案

  根据高密度聚乙烯护套开裂机理和产生的原因,采取以下措施来控制开裂现象的再次发生。

  4.1 选用合适的聚乙烯护套料

  为了提高护套耐磨性和缩小其收缩率,双峰聚乙烯料是一个比较好的选择。双峰聚乙烯是经过特殊加工工艺而得到的一种产品。其示意图(如图2)普通高密度聚乙烯的分子量分布有一个峰,而双峰聚乙烯的分子量曲线却有两个峰值,分子量分布比单峰宽,高低分子量的含量比例合理,使双峰聚乙烯塑料具备优异的机械物理性能,同时其收缩率也大大的缩小了。

  4.2 采取温水分段冷却

  为避免聚乙烯骤冷而引起的残留内应力,并导致后期应力开裂,一般要求冷却水槽分段降温,第一段水温控制为90℃~60℃,第二段水温控制在45-40℃,最后到室温,即进行高低温分段冷却。但实际生产过程中,发现90℃的水温过高,当温度很高的熔融聚乙烯进入90℃水中会使聚乙烯界面处的水温骤然升高,导致部分的水汽化,而这饱和蒸汽将在电缆外表形成大密度的气泡。我厂实际采用第一段水温控制在65℃左右,第二段水温控制在45℃,最后到室温。

  4.3 在电缆铠装层上增加缓冲层的措施

  通过研究分析,我们提出了在电缆护套中增加缓冲层的措施;缓冲层夹在钢带和护套之间,使护套不与钢带粘结,钢带边缘存在的快口、卷边不与护套接触;电缆弯曲或伸缩时,环境和外部应力等引起钢带间隙变化所产生的局部应力,不直接通过钢带传递到护套内侧。因此,该缓冲层使护套内侧不容易产生小裂口,而由缓冲层承受主要应力,避免护套受到局部应力,起到保护护套的作用。

  我们采用在电缆上绕包2层的无纺布或非吸湿性材料。由于无纺布和钢带铠装层有一定的间隙缓解了钢带的表面平坦性,使得钢带表面的护套厚度均匀一致。再利用聚乙烯自身的热收缩性,使厚度一致的护套进入温水后逐渐冷却进行收缩,使绕包无纺布聚乙烯护套不会出现松包现象,同时也不会包覆的太紧减少了内应力。

  4.4 在选配模具时采用较小的拉伸比

  电缆护套挤塑需严格控制,防止护套材料内部残余应力过大,通常挤塑过程需注意的工艺措施有如下几方面:(1)采用低压缩比螺杆,以减少护套料内摩擦生热,防止挤塑时机筒内升温过高而引起护套材料分解、起泡。(2)机头和模具设计要合理料道流畅,采用挤管式模具,则拉伸比控制在2.0以下,必要时抽真空,以利护套包紧电缆。经过以上措施,很好的解决电缆护套开裂的问题,保障了产品的质量。

  5、结束语

  通过以上措施,很好的解决了电缆在生产和使用中产生的护套开裂问题,使护套开裂现象不再发生。但是我们还要对生产中的生产设备进行不断改进完善,严格按生产工艺,确保冷却水槽完好性。前段水槽尽量采用可移动式,还要在水槽中增加除汽泡的软毛刷。还有生产过程一定按照工艺要求生产,在施工过程中严格按照有关规范进行施工,保证电缆完好铺设,为企业和客户创造更好的效益。

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