تحليل تشقق غلاف البولي إيثيلين في الكابلات المدرعة ذات المقاطع الكبيرة

يستخدم البولي ايثيلين (PE) على نطاق واسع فيعزل وتغليف كابلات الطاقة وكابلات الاتصالات السلكية واللاسلكيةنظرًا لقوتها الميكانيكية الممتازة وصلابتها ومقاومتها للحرارة وعزلها وثباتها الكيميائي. ومع ذلك، نظرًا للخصائص الهيكلية للـ PE نفسه، فإن مقاومته للتشقق الناتج عن الإجهاد البيئي تكون ضعيفة نسبيًا. تصبح هذه المشكلة بارزة بشكل خاص عند استخدام PE كغلاف خارجي للكابلات المدرعة ذات المقطع الكبير.

1. آلية تكسير غلاف PE
يحدث تكسير غمد PE بشكل رئيسي في حالتين:

أ. تكسير الإجهاد البيئي: يشير هذا إلى الظاهرة التي يتعرض فيها الغلاف للتشقق الهش من السطح بسبب الضغط المشترك أو التعرض للوسائط البيئية بعد تركيب الكابل وتشغيله. يحدث هذا في المقام الأول بسبب الإجهاد الداخلي داخل الغلاف والتعرض لفترات طويلة للسوائل القطبية. لقد أدت الأبحاث المكثفة حول تعديل المواد إلى حل هذا النوع من التشقق بشكل كبير.

ب. تكسير الإجهاد الميكانيكي: يحدث هذا بسبب أوجه القصور الهيكلية في الكابل أو عمليات بثق الغلاف غير المناسبة، مما يؤدي إلى تركيز إجهاد كبير وتشوه ناتج عن التشقق أثناء تركيب الكابل. يكون هذا النوع من التشقق أكثر وضوحًا في الأغلفة الخارجية للكابلات المدرعة ذات الشريط الفولاذي ذات المقطع الكبير.

2. أسباب تشقق غلاف PE وتدابير التحسين
2.1 تأثير الكابلاتالشريط الصلببناء
في الكابلات ذات الأقطار الخارجية الأكبر، تتكون الطبقة المدرعة عادةً من أغلفة شريطية فولاذية مزدوجة الطبقة. اعتمادًا على القطر الخارجي للكابل، يختلف سمك الشريط الفولاذي (0.2 مم، 0.5 مم، و0.8 مم). تتميز الأشرطة الفولاذية المدرعة السميكة بصلابة أعلى ولدونة أقل، مما يؤدي إلى تباعد أكبر بين الطبقات العلوية والسفلية. أثناء البثق، يؤدي ذلك إلى اختلافات كبيرة في سمك الغلاف بين الطبقات العلوية والسفلية لسطح الطبقة المدرعة. تشهد مناطق الغلاف الرقيقة عند حواف الشريط الفولاذي الخارجي أكبر تركيز للضغط وهي المناطق الأساسية التي يحدث فيها التشقق في المستقبل.

للتخفيف من تأثير الشريط الفولاذي المدرع على الغلاف الخارجي، يتم لف أو بثق طبقة عازلة بسماكة معينة بين الشريط الفولاذي والغلاف PE. يجب أن تكون طبقة التخزين المؤقت هذه كثيفة بشكل موحد، دون تجاعيد أو نتوءات. تعمل إضافة طبقة عازلة على تحسين النعومة بين طبقتين من الشريط الفولاذي، وتضمن سماكة موحدة لغلاف PE، بالإضافة إلى انكماش غمد PE، مما يقلل من الضغط الداخلي.

يوفر ONEWORLD للمستخدمين سمكًا مختلفًاالمواد المدرعة الشريط الصلب المجلفنلتلبية الاحتياجات المتنوعة.

2.2 تأثير عملية إنتاج الكابلات

تتمثل المشكلات الأساسية في عملية بثق أغلفة الكابلات المدرعة ذات القطر الخارجي الكبير في التبريد غير الكافي، والتحضير غير المناسب للقالب، ونسبة التمدد المفرطة، مما يؤدي إلى إجهاد داخلي مفرط داخل الغلاف. غالبًا ما تواجه الكابلات كبيرة الحجم، نظرًا لأغلفتها السميكة والواسعة، قيودًا في طول وحجم أحواض المياه في خطوط إنتاج البثق. التبريد من أكثر من 200 درجة مئوية أثناء البثق إلى درجة حرارة الغرفة يشكل تحديات. يؤدي التبريد غير الكافي إلى وجود غلاف أكثر ليونة بالقرب من طبقة الدرع، مما يتسبب في خدش سطح الغلاف عند لف الكابل، مما يؤدي في النهاية إلى حدوث تشققات وكسر محتمل أثناء مد الكابل بسبب قوى خارجية. علاوة على ذلك، يساهم التبريد غير الكافي في زيادة قوى الانكماش الداخلية بعد اللف، مما يزيد من خطر تشقق الغلاف تحت قوى خارجية كبيرة. لضمان التبريد الكافي، يوصى بزيادة طول أو حجم أحواض المياه. يعد خفض سرعة البثق مع الحفاظ على تلدين الغلاف المناسب وإتاحة الوقت الكافي للتبريد أثناء اللف أمرًا ضروريًا. بالإضافة إلى ذلك، باعتبار البولي إيثيلين بوليمر بلوري، فإن طريقة التبريد المجزأة لخفض درجة الحرارة، من 70-75 درجة مئوية إلى 50-55 درجة مئوية، وأخيرًا إلى درجة حرارة الغرفة، تساعد على تخفيف الضغوط الداخلية أثناء عملية التبريد.

2.3 تأثير نصف قطر اللف على لف الكابل

أثناء عملية لف الكابلات، يلتزم المصنعون بمعايير الصناعة لاختيار بكرات التوصيل المناسبة. ومع ذلك، فإن استيعاب أطوال التسليم الطويلة للكابلات ذات القطر الخارجي الكبير يشكل تحديات في اختيار البكرات المناسبة. لتلبية أطوال التسليم المحددة، تقوم بعض الشركات المصنعة بتقليل أقطار أسطوانة البكرة، مما يؤدي إلى عدم كفاية نصف قطر الانحناء للكابل. يؤدي الانحناء المفرط إلى إزاحة طبقات الدرع، مما يسبب قوى قص كبيرة على الغلاف. في الحالات الشديدة، يمكن أن تخترق نتوءات الشريط الفولاذي المدرع طبقة الوسادة، وتندمج مباشرة في الغلاف وتسبب تشققات أو شقوق على طول حافة الشريط الفولاذي. أثناء مد الكابلات، تتسبب قوى الانحناء والسحب الجانبية في تشقق الغلاف على طول هذه الشقوق، خاصة بالنسبة للكابلات الأقرب إلى الطبقات الداخلية للبكرة، مما يجعلها أكثر عرضة للكسر.

2.4 تأثير بيئة البناء والتركيب في الموقع

لتوحيد بناء الكابلات، يُنصح بتقليل سرعة مد الكابلات، وتجنب الضغط الجانبي المفرط، والانحناء، وقوى السحب، والاصطدامات السطحية، مما يضمن بيئة بناء متحضرة. ويفضل، قبل تركيب الكابل، السماح للكابل بالراحة عند درجة حرارة 50-60 درجة مئوية لتحرير الضغط الداخلي من الغلاف. تجنب تعريض الكابلات لأشعة الشمس المباشرة لفترات طويلة، حيث أن درجات الحرارة التفاضلية على جوانب مختلفة من الكابل قد تؤدي إلى تركيز الضغط، مما يزيد من خطر تشقق الغلاف أثناء مد الكابل.