ポリエチレン（PE）は、以下の分野で広く使用されています。電力ケーブルおよび通信ケーブルの絶縁および被覆機械的強度、靱性、耐熱性、絶縁性、化学的安定性に優れています。ただし、PE 自体の構造特性により、環境応力亀裂に対する耐性は比較的劣ります。この問題は、断面が大きい外装ケーブルの外側シースとして PE が使用されている場合に特に顕著になります。
1. PEシース割れのメカニズム
PE シースの亀裂は主に 2 つの状況で発生します。
ａ．環境応力亀裂: これは、ケーブルの設置および運用後の複合応力または環境媒体への曝露により、シースが表面から脆性亀裂を起こす現象を指します。これは主に、シース内の内部応力と極性液体への長時間の曝露によって引き起こされます。材料の改質に関する広範な研究により、この種の亀裂は大幅に解決されました。
b.機械的応力亀裂：これは、ケーブルの構造上の欠陥または不適切なシース押出プロセスによって発生し、ケーブル設置中に重大な応力集中や変形による亀裂が発生します。このタイプの亀裂は、断面が大きいスチールテープ外装ケーブルの外側シースでより顕著です。
2. PEシース割れの原因と改善対策
2.1 ケーブルの影響スチールテープ構造
外径が大きいケーブルでは、外装層は通常、二重層のスチールテープラップで構成されます。ケーブルの外径に応じてスチールテープの厚さが異なります（0.2mm、0.5mm、0.8mm）。装甲鋼テープが厚いほど剛性が高く、可塑性が低いため、上層と下層の間の間隔が大きくなります。これにより、押出成形中に、装甲層の表面の上層と下層の間でシースの厚さに大きな差が生じます。外側のスチールテープの端にある薄いシース領域は最大の応力集中を受け、将来亀裂が発生する主な領域です。
外装スチールテープが外側シースに与える影響を軽減するために、スチールテープと PE シースの間に一定の厚さの緩衝層を巻き付けるか、押し出します。この緩衝層は、しわや突起がなく、均一に緻密である必要があります。緩衝層の追加により、スチールテープの 2 層間の平滑性が向上し、PE シースの厚さが均一になり、PE シースの収縮と相まって内部応力が軽減されます。
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2.2 ケーブル製造プロセスの影響
大外径の外装ケーブルシースの押出プロセスにおける主な問題は、不十分な冷却、不適切な金型の準備、過剰な延伸率であり、その結果シース内に過剰な内部応力が発生します。大型ケーブルは、シースが厚く幅が広いため、押出成形生産ラインの水槽の長さと容積の制限に直面することがよくあります。押出中に摂氏 200 度を超える温度から室温まで冷却することが課題となります。冷却が不十分であると、外装層付近のシースが柔らかくなり、ケーブルをコイル状に巻くときにシースの表面に傷がつき、最終的にはケーブル敷設中に外力により亀裂や破損が生じる可能性があります。さらに、冷却が不十分であると、コイル巻き後の内部収縮力が増大し、大きな外力が加わった場合にシースが割れる危険性が高まります。十分な冷却を確保するには、水槽の長さまたは容積を増やすことをお勧めします。適切なシースの可塑化を維持しながら押出速度を下げ、コイリング中の冷却に十分な時間を確保することが重要です。さらに、ポリエチレンを結晶性ポリマーとして考慮すると、70 ～ 75 °C から 50 ～ 55 °C、そして最終的には室温までの段階的な温度降下冷却方法が、冷却プロセス中の内部応力を軽減するのに役立ちます。
2.3 ケーブルの巻き付けに対する巻き付け半径の影響
ケーブルを巻き取る際、メーカーは業界標準に従って適切な配送リールを選択します。ただし、外径の大きなケーブルの長い送出長さに対応するには、適切なリールを選択する際に課題が生じます。指定された配送長を満たすために、一部のメーカーはリールバレルの直径を小さくし、その結果、ケーブルの曲げ半径が不十分になります。過度の曲げは装甲層の変位を引き起こし、鞘に大きなせん断力を引き起こします。ひどい場合には、外装鋼ストリップのバリがクッション層を突き抜け、シースに直接埋め込まれ、鋼ストリップの端に沿って亀裂や亀裂が生じる可能性があります。ケーブルの敷設中、特にリールの内層に近いケーブルの場合、横方向の曲げや引っ張りの力によってシースがこれらの亀裂に沿って亀裂を生じ、破損しやすくなります。
2.4 現場の建設および設置環境の影響
ケーブル構造を標準化するには、ケーブル敷設速度を最小限に抑え、過度の側圧、曲げ、引っ張り力、表面衝突を回避し、文明的な建設環境を確保することが推奨されます。できれば、ケーブルを取り付ける前にケーブルを 50 ～ 60°C で休ませて、シースの内部応力を解放してください。ケーブルのさまざまな側面の温度差により応力が集中し、ケーブル敷設中にシースが割れる危険性が高まるため、ケーブルを直射日光に長時間さらさないでください。
投稿日時: 2023 年 12 月 18 日