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[挤塑工序] 如何解决钢带铠装外的聚乙烯外护套开裂问题

P:2008-05-27 05:56:08
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聚乙烯是现代塑料中使用量最大的原材料之一。由于它具有良好的机械强度、韧性及其优异的耐热性、绝缘和化学稳定性，目前已被广泛地应用于电线电缆、市话电缆的绝缘和护套上。聚乙烯另一个优点就是具有较好的防水性能，因此在设计阻水电缆的结构时，常用聚乙烯材料作为电缆的护层。
有些客户根据电缆敷设的环境，要求电缆必须有较好的防水性能，不仅要求用聚乙烯材料作为电缆的内垫层，而且要求外护套材料也采用聚乙烯。但是聚乙烯材料还有一个更为重要的缺点就是耐环境应力开裂差。由于其材料本身的结构原因，使得它对外应力非常敏感，特殊情况下在很小的应力下短期发生开裂，影响材料的使用寿命。我公司曾两次接到该类合同(YJY23 8.7/10kV 3*400)，在挤制聚乙烯外护套上收线盘后均在外层钢带的钢带边缘位置出现护套开裂现象，而与对方协商采用聚氯乙烯作为电缆的外护套。
那么钢带铠装外的聚乙烯外护套开裂是如何形成的，我个人认为有以下几点：
一、挤出温度及冷却速度
挤出温度对聚乙烯护套的性能有很大影响，温度太高不容易定型，太低会造成塑化不均，直接影响产品的力学性能及表面光洁度，所以挤出温度的设定显得尤为重要。聚乙烯在高温拉伸下很易结晶，使材料脆化，在生产过程中，在很短的时间内聚乙烯从二百多度一下子进入几十度的冷水中，（冬天可能只有几度）外层先冷却后体积固定，内层后冷却收缩会产生微孔。一些聚乙烯链段来不及调整就被冻结，使得护套的玻璃化温度很高，使护套在较大外力作用下开裂的几率上升。因此采用低温挤出、水槽逐段冷却可以减小材料由于冷却温度而产生的脆性。
二、铠装表面平整度及护套厚度
由于铠装外径大，电缆重，在生产外护套时只能采用挤管式或半挤管式进行挤出。加上铠装层是由双层钢带间隙绕包而成，而像YJY23 8.7/10kV 3*400所用的钢带厚度为0.8mm，表面平整度差，经拉伸后包覆在铠装表面的护套的厚度不一致，拉伸过程可见左图：护套在拉伸过程中，从①经过②、③、④、⑤（一个循环）的护套厚度会发生很大变化，其中②、④两个点（即外层钢带的边缘部分）的护套厚度最薄，内部应力最为集中，是未来发生开裂的主要位置。
三、聚乙烯本身的热收缩性能
聚乙烯材料本身还有一个热收缩性能，由热态向冷态的收缩率普遍在8%左右，所以包覆在铠装表面的热聚乙烯护套进入水槽后会慢慢冷却最后变为冷态，冷的聚乙烯护套会紧紧的包裹双层钢带，使得钢带无法左右滑移。加上上面所讲的在外层钢带的边缘部分的护套厚度最薄，在电缆上盘弯曲时铠装层边缘翘起，对外护套有一个张力作用，这个力恰好作用于护套最薄弱处，最后导致护套发生开裂。
我公司在2004年11月份又接到苏州苏源供电局YJY23 8.7/15kV 3*400合同约30km，共计60多盘电缆，苏源供电局的技术规范书中又提到，要求采用聚乙烯作为电缆的内垫层和外护层。为了解决这个长期困扰的难题，我们通过多次验证终于解决了钢带铠装外的聚乙烯外护套开裂问题。具体措施如下：
1、降低挤出温度，采用温水逐段冷却。
2、最重要的一点是，在聚乙烯护套的同时，在钢带铠装表面纵包一层重叠10%的无纺布。因为纵包的无纺布和钢带铠装层有一定的间隙，缓解了护套前的表面平整度，使得聚乙烯护套厚度均匀一致。再利用聚乙烯本身的热收缩性能，使均匀一致的松护套进入温水后逐步冷却进行收缩，使纵包无纺布后的聚乙烯护套既不会出现松包现象，也不会包裹太紧减少了内应力。
3、在选配模具时采用较小的拉伸比（1.5~2.0）。
最终通过以上三个措施，如期完成交货任务，聚乙烯开裂率为0%，保证了产品的质量。