Polyeteeniä (PE) käytetään laajalti mm.voima- ja tietoliikennekaapeleiden eristys ja vaippauserinomaisen mekaanisen lujuutensa, sitkeytensä, lämmönkestävyytensä, eristyskykynsä ja kemiallisen stabiiliutensa ansiosta. PE:n itsensä rakenteellisten ominaisuuksien vuoksi sen kestävyys ympäristön aiheuttamille jännityshalkeiluille on kuitenkin suhteellisen heikko. Tämä ongelma korostuu erityisesti silloin, kun PE:tä käytetään suuripoikkileikkaukseltaan panssaroitujen kaapeleiden ulkovaippana.
1. PE-kuoren halkeamisen mekanismi
PE-vaipan halkeilua esiintyy pääasiassa kahdessa tilanteessa:
a. Ympäristöllinen jännitysmurtuma: Tämä viittaa ilmiöön, jossa vaippa halkeilee pinnalta alkaen yhdistetyn jännityksen tai ympäristötekijöille altistumisen vuoksi kaapelin asennuksen ja käytön jälkeen. Tämä johtuu pääasiassa vaipan sisäisestä jännityksestä ja pitkäaikaisesta altistumisesta polaarisille nesteille. Laaja materiaalien muokkaamista koskeva tutkimus on ratkaissut tämän tyyppisen murtuman ongelman merkittävästi.
b. Mekaaninen jännityshalkeilu: Tämä johtuu kaapelin rakenteellisista puutteista tai sopimattomista vaipan pursotusprosesseista, jotka johtavat merkittävään jännityskeskittymiseen ja muodonmuutoksen aiheuttamaan halkeiluun kaapelin asennuksen aikana. Tämän tyyppinen halkeilu on voimakkaampaa suuripoikkileikkaukseltaan teräsnauhapanssaroidun kaapelin ulkovaipassa.
2. PE-vaipan halkeilun syyt ja korjaustoimenpiteet
2.1 Kaapelin vaikutusTeräsnauhaRakenne
Suuremmissa ulkohalkaisijoissa panssaroitu kerros koostuu tyypillisesti kaksikerroksisista teräsnauhakääreistä. Teräsnauhan paksuus vaihtelee kaapelin ulkohalkaisijasta riippuen (0,2 mm, 0,5 mm ja 0,8 mm). Paksummilla panssaroiduilla teräsnauhoilla on suurempi jäykkyys ja huonompi plastisuus, mikä johtaa suurempaan etäisyyteen ylemmän ja alemman kerroksen välillä. Pursotuksen aikana tämä aiheuttaa merkittäviä eroja vaipan paksuudessa panssaroidun kerroksen pinnan ylemmän ja alemman kerroksen välillä. Ohuemmat vaippa-alueet ulomman teräsnauhan reunoilla kokevat suurimman jännityksen keskittymisen ja ovat ensisijaisia alueita, joilla tulevaisuudessa tapahtuu halkeilua.
Teräspanssaroidun teräsnauhan ulkovaippaan kohdistuvan vaikutuksen lieventämiseksi teräsnauhan ja PE-vaipan väliin kiedotaan tai puristetaan tietyn paksuinen puskurikerros. Tämän puskurikerroksen tulee olla tasaisen tiheä, ilman ryppyjä tai ulkonemia. Puskurikerroksen lisääminen parantaa kahden teräsnauhakerroksen välistä tasaisuutta, varmistaa PE-vaipan tasaisen paksuuden ja yhdessä PE-vaipan supistumisen kanssa vähentää sisäistä jännitystä.
ONEWORLD tarjoaa käyttäjille eri paksuisiagalvanoitu teräsnauha panssaroituja materiaalejaerilaisten tarpeiden tyydyttämiseksi.
2.2 Kaapelin tuotantoprosessin vaikutus
Suurikokoisten ulkohalkaisijaltaan olevien panssaroitujen kaapelivaippojen ekstruusioprosessin ensisijaisia ongelmia ovat riittämätön jäähdytys, virheellinen muotin valmistelu ja liiallinen venytyssuhde, jotka johtavat liialliseen sisäiseen jännitykseen vaipan sisällä. Suurikokoisilla kaapeleilla on paksujen ja leveiden vaippojensa vuoksi usein rajoituksia vesikourujen pituudessa ja tilavuudessa ekstruusiotuotantolinjoilla. Jäähdytys yli 200 celsiusasteesta ekstruusion aikana huoneenlämpötilaan aiheuttaa haasteita. Riittämätön jäähdytys johtaa pehmeämpään vaippaan lähellä panssarikerrosta, mikä aiheuttaa naarmuja vaipan pintaan kaapelia kelattaessa ja lopulta halkeamia ja rikkoutumisia kaapelin asennuksen aikana ulkoisten voimien vuoksi. Lisäksi riittämätön jäähdytys lisää sisäisiä kutistumisvoimia kelaamisen jälkeen, mikä lisää vaipan halkeiluriskiä huomattavien ulkoisten voimien vaikutuksesta. Riittävän jäähdytyksen varmistamiseksi on suositeltavaa lisätä vesikourujen pituutta tai tilavuutta. Ekstruusionopeuden hidastaminen samalla, kun säilytetään asianmukainen vaipan plastisaatio ja annetaan riittävästi aikaa jäähdytykselle kelaamisen aikana. Lisäksi, kun polyeteeniä pidetään kiteisenä polymeerinä, segmentoitu lämpötilan alentaminen jäähdytysmenetelmällä 70–75 °C:sta 50–55 °C:seen ja lopulta huoneenlämpötilaan auttaa lievittämään sisäisiä jännityksiä jäähdytysprosessin aikana.
2.3 Käämityssäteen vaikutus kaapelin käämitykseen
Kaapelien kelaamisen aikana valmistajat noudattavat alan standardeja valitessaan sopivia toimituskeloja. Pitkien toimituspituuksien sopiminen suurille ulkohalkaisijoille aiheuttaa kuitenkin haasteita sopivien kelojen valinnassa. Jotta voidaan saavuttaa määritellyt toimituspituudet, jotkut valmistajat pienentävät kelan sylinterin halkaisijoita, mikä johtaa kaapelin riittämättömiin taivutussäteisiin. Liiallinen taivutus johtaa panssarikerrosten siirtymään, mikä aiheuttaa merkittäviä leikkausvoimia vaippaan. Vakavissa tapauksissa panssaroidun teräsnauhan purseet voivat lävistää pehmustekerroksen, uppoutua suoraan vaippaan ja aiheuttaa halkeamia tai halkeamia teräsnauhan reunaan. Kaapelin asennuksen aikana sivuttaissuuntaiset taivutus- ja vetovoimat aiheuttavat vaipan halkeilun näitä halkeamia pitkin, erityisesti kelan sisäkerroksia lähempänä olevissa kaapeleissa, mikä tekee niistä alttiimpia rikkoutumiselle.
2.4 Paikan päällä tapahtuvan rakennus- ja asennusympäristön vaikutus
Kaapelin rakentamisen standardoimiseksi on suositeltavaa minimoida kaapelin asennusnopeus välttäen liiallista sivuttaispainetta, taivutusta, vetovoimia ja pintatörmäyksiä, mikä varmistaa sivistyneen rakennusympäristön. Ennen kaapelin asennusta on suositeltavaa antaa kaapelin levätä 50–60 °C:ssa, jotta sisäinen jännitys vapautuu vaipasta. Vältä kaapeleiden pitkäaikaista altistumista suoralle auringonvalolle, koska lämpötilaerot kaapelin eri puolilla voivat johtaa jännityksen keskittymiseen ja lisätä vaipan halkeamisen riskiä kaapelin asennuksen aikana.
Julkaisun aika: 18.12.2023