Le polyéthylène (PE) est largement utilisé dans leisolation et gainage des câbles d'énergie et des câbles de télécommunicationen raison de son excellente résistance mécanique, de sa ténacité, de sa résistance à la chaleur, de son isolation et de sa stabilité chimique. Cependant, en raison des caractéristiques structurelles du PE lui-même, sa résistance à la fissuration sous contrainte environnementale est relativement faible. Ce problème devient particulièrement important lorsque le PE est utilisé comme gaine extérieure de câbles armés de grande section.
1. Mécanisme de fissuration de la gaine PE
La fissuration de la gaine PE se produit principalement dans deux situations :
un. Fissuration sous contrainte environnementale : il s'agit du phénomène dans lequel la gaine subit une fissuration fragile à partir de la surface en raison de contraintes combinées ou d'une exposition à des milieux environnementaux après l'installation et le fonctionnement du câble. Elle est principalement causée par un stress interne à l'intérieur de la gaine et une exposition prolongée à des liquides polaires. Des recherches approfondies sur la modification des matériaux ont largement résolu ce type de fissuration.
b. Fissuration sous contrainte mécanique : elle se produit en raison de défauts structurels du câble ou de processus d'extrusion de gaine inappropriés, entraînant une concentration de contraintes importante et des fissures induites par la déformation lors de l'installation du câble. Ce type de fissuration est plus prononcé dans les gaines extérieures des câbles armés en ruban d'acier de grande section.
2. Causes de fissuration de la gaine PE et mesures d'amélioration
2.1 Influence du câbleRuban d'acierStructure
Dans les câbles de plus grand diamètre extérieur, la couche blindée est généralement composée de rubans d'acier à double couche. En fonction du diamètre extérieur du câble, l'épaisseur du ruban d'acier varie (0,2 mm, 0,5 mm et 0,8 mm). Les rubans d'acier blindés plus épais ont une rigidité plus élevée et une plasticité plus faible, ce qui entraîne un plus grand espacement entre les couches supérieure et inférieure. Lors de l'extrusion, cela provoque des différences significatives d'épaisseur de gaine entre les couches supérieure et inférieure de la surface de la couche blindée. Les zones de gaine plus minces sur les bords du ruban d'acier extérieur subissent la plus grande concentration de contraintes et constituent les principales zones où se produisent de futures fissures.
Pour atténuer l'impact du ruban d'acier blindé sur la gaine extérieure, une couche tampon d'une certaine épaisseur est enveloppée ou extrudée entre le ruban d'acier et la gaine PE. Cette couche tampon doit être uniformément dense, sans rides ni saillies. L'ajout d'une couche tampon améliore la douceur entre les deux couches de ruban d'acier, garantit une épaisseur uniforme de la gaine PE et, combinée à la contraction de la gaine PE, réduit les contraintes internes.
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2.2 Impact du processus de production de câbles
Les principaux problèmes liés au processus d'extrusion de gaines de câbles armés de grand diamètre extérieur sont un refroidissement inadéquat, une mauvaise préparation du moule et un taux d'étirement excessif, entraînant une contrainte interne excessive à l'intérieur de la gaine. Les câbles de grande taille, en raison de leurs gaines épaisses et larges, sont souvent confrontés à des limitations en termes de longueur et de volume des bacs à eau sur les lignes de production par extrusion. Le refroidissement de plus de 200 degrés Celsius pendant l'extrusion à température ambiante pose des défis. Un refroidissement inadéquat conduit à une gaine plus molle à proximité de la couche d'armure, provoquant des rayures sur la surface de la gaine lorsque le câble est enroulé, entraînant éventuellement des fissures et des ruptures potentielles lors de la pose du câble en raison de forces externes. De plus, un refroidissement insuffisant contribue à augmenter les forces de retrait internes après l’enroulement, augmentant ainsi le risque de fissuration de la gaine sous l’effet de forces externes importantes. Pour assurer un refroidissement suffisant, il est recommandé d'augmenter la longueur ou le volume des abreuvoirs. Il est essentiel de réduire la vitesse d'extrusion tout en maintenant une plastification appropriée de la gaine et en laissant suffisamment de temps pour le refroidissement pendant l'enroulement. De plus, considérant le polyéthylène comme un polymère cristallin, une méthode de refroidissement par réduction de température segmentée, de 70-75°C à 50-55°C, et enfin à température ambiante, permet d'atténuer les contraintes internes pendant le processus de refroidissement.
2.3 Influence du rayon d'enroulement sur l'enroulement du câble
Lors de l'enroulement des câbles, les fabricants respectent les normes de l'industrie pour sélectionner les bobines de livraison appropriées. Cependant, s'adapter à de longues longueurs de livraison pour des câbles de grand diamètre extérieur pose des défis dans la sélection des enrouleurs appropriés. Pour respecter les longueurs de livraison spécifiées, certains fabricants réduisent les diamètres des cylindres des bobines, ce qui entraîne des rayons de courbure insuffisants pour le câble. Une flexion excessive entraîne un déplacement des couches d'armure, provoquant des efforts de cisaillement importants sur la gaine. Dans les cas graves, les bavures de la bande d'acier blindée peuvent percer la couche de rembourrage, s'incruster directement dans la gaine et provoquer des fissures ou des fissures le long du bord de la bande d'acier. Lors de la pose des câbles, les forces latérales de flexion et de traction provoquent des fissures dans la gaine le long de ces fissures, en particulier pour les câbles plus proches des couches internes de la bobine, les rendant plus sujettes à la rupture.
2.4 Impact de l'environnement de construction et d'installation sur site
Pour normaliser la construction des câbles, il est conseillé de minimiser la vitesse de pose des câbles, en évitant les pressions latérales excessives, les forces de flexion, de traction et les collisions de surface, garantissant ainsi un environnement de construction civilisé. De préférence, avant l'installation du câble, laissez le câble reposer à 50-60°C pour libérer les contraintes internes de la gaine. Évitez l'exposition prolongée des câbles à la lumière directe du soleil, car les températures différentielles sur les différents côtés du câble peuvent entraîner une concentration de contraintes, augmentant ainsi le risque de fissuration de la gaine lors de la pose du câble.
Heure de publication : 18 décembre 2023