O polietileno (PE) é amplamente utilizado emIsolamento e revestimento de cabos de energia e cabos de telecomunicaçõesDevido à sua excelente resistência mecânica, tenacidade, resistência ao calor, isolamento e estabilidade química, o PE apresenta algumas vantagens. No entanto, devido às características estruturais do próprio PE, sua resistência à fissuração por tensão ambiental é relativamente baixa. Esse problema torna-se particularmente evidente quando o PE é utilizado como revestimento externo de cabos blindados de grande seção transversal.
1. Mecanismo de fissuração da bainha de PE
O rompimento da bainha de PE ocorre principalmente em duas situações:
a. Trincas por Tensão Ambiental: Refere-se ao fenômeno em que a bainha sofre fissuras frágeis a partir da superfície devido à combinação de tensão ou exposição a meios ambientais após a instalação e operação do cabo. É causada principalmente por tensão interna na bainha e exposição prolongada a líquidos polares. Pesquisas extensivas sobre modificação de materiais resolveram substancialmente esse tipo de fissura.
b. Trincas por Tensão Mecânica: Ocorrem devido a deficiências estruturais no cabo ou a processos inadequados de extrusão da bainha, levando a uma significativa concentração de tensão e trincas induzidas por deformação durante a instalação do cabo. Esse tipo de trinca é mais pronunciado nas bainhas externas de cabos blindados com fita de aço de grande seção transversal.
2. Causas de fissuras na bainha de PE e medidas de melhoria
2.1 Influência do CaboFita de açoEstrutura
Em cabos com diâmetros externos maiores, a camada de blindagem é tipicamente composta por fitas de aço de camada dupla. Dependendo do diâmetro externo do cabo, a espessura da fita de aço varia (0,2 mm, 0,5 mm e 0,8 mm). Fitas de aço mais espessas apresentam maior rigidez e menor plasticidade, resultando em maior espaçamento entre as camadas superior e inferior. Durante a extrusão, isso causa diferenças significativas na espessura da bainha entre as camadas superior e inferior da superfície da blindagem. As áreas de bainha mais fina nas bordas da fita de aço externa sofrem maior concentração de tensão e são as principais áreas onde ocorrem trincas futuras.
Para mitigar o impacto da fita de aço blindada na bainha externa, uma camada de amortecimento de determinada espessura é enrolada ou extrudada entre a fita de aço e a bainha de PE. Essa camada de amortecimento deve ser uniformemente densa, sem rugas ou saliências. A adição de uma camada de amortecimento melhora a suavidade entre as duas camadas de fita de aço, garante uma espessura uniforme da bainha de PE e, combinada com a contração da bainha de PE, reduz a tensão interna.
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2.2 Impacto do Processo de Produção de Cabos
Os principais problemas no processo de extrusão de bainhas de cabos blindados de grande diâmetro externo são o resfriamento inadequado, a preparação incorreta do molde e a taxa de estiramento excessiva, resultando em tensão interna excessiva na bainha. Cabos de grande porte, devido às suas bainhas espessas e largas, frequentemente enfrentam limitações no comprimento e volume das calhas de água nas linhas de produção de extrusão. O resfriamento de mais de 200 graus Celsius durante a extrusão até a temperatura ambiente representa um desafio. O resfriamento inadequado leva a uma bainha mais macia próxima à camada de armadura, causando arranhões na superfície da bainha quando o cabo é enrolado, o que pode resultar em rachaduras e quebras durante a instalação do cabo devido a forças externas. Além disso, o resfriamento insuficiente contribui para o aumento das forças de contração interna após o enrolamento, elevando o risco de rachaduras na bainha sob forças externas substanciais. Para garantir um resfriamento adequado, recomenda-se aumentar o comprimento ou o volume das calhas de água. É essencial reduzir a velocidade de extrusão, mantendo a plastificação adequada da bainha e permitindo tempo suficiente para o resfriamento durante o enrolamento. Além disso, considerando o polietileno como um polímero cristalino, um método de resfriamento segmentado com redução de temperatura, de 70-75°C para 50-55°C e, finalmente, para a temperatura ambiente, ajuda a aliviar as tensões internas durante o processo de resfriamento.
2.3 Influência do raio de enrolamento no enrolamento do cabo
Durante o enrolamento de cabos, os fabricantes seguem os padrões da indústria para selecionar bobinas de entrega apropriadas. No entanto, acomodar comprimentos de entrega longos para cabos de grande diâmetro externo apresenta desafios na seleção de bobinas adequadas. Para atender aos comprimentos de entrega especificados, alguns fabricantes reduzem o diâmetro do corpo da bobina, resultando em raios de curvatura insuficientes para o cabo. A curvatura excessiva leva ao deslocamento das camadas da armadura, causando forças de cisalhamento significativas na bainha. Em casos graves, as rebarbas da fita de aço da armadura podem perfurar a camada de amortecimento, incrustando-se diretamente na bainha e causando rachaduras ou fissuras ao longo da borda da fita de aço. Durante o lançamento do cabo, as forças laterais de flexão e tração fazem com que a bainha rache ao longo dessas fissuras, especialmente para cabos mais próximos das camadas internas da bobina, tornando-os mais propensos a rupturas.
2.4 Impacto do ambiente de construção e instalação no local
Para padronizar a construção de cabos, recomenda-se minimizar a velocidade de instalação, evitando pressão lateral excessiva, flexão, forças de tração e colisões com a superfície, garantindo um ambiente de trabalho seguro. De preferência, antes da instalação, permita que o cabo permaneça em repouso a 50-60 °C para aliviar a tensão interna da bainha. Evite a exposição prolongada dos cabos à luz solar direta, pois as diferenças de temperatura em seus lados podem levar à concentração de tensão, aumentando o risco de fissuras na bainha durante a instalação.
Data da publicação: 18/12/2023