การวิเคราะห์การแตกร้าวของปลอกหุ้มโพลีเอทิลีนในสายเคเบิลหุ้มเกราะขนาดใหญ่

โพลีเอทิลีน (PE) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน...ฉนวนและการหุ้มสายไฟและสายเคเบิลโทรคมนาคมเนื่องจากมีคุณสมบัติเด่นด้านความแข็งแรงเชิงกล ความเหนียว ความทนทานต่อความร้อน การเป็นฉนวน และความเสถียรทางเคมี อย่างไรก็ตาม ด้วยลักษณะโครงสร้างของโพลีเอทิลีน (PE) เอง ทำให้ความต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเค้นในสภาพแวดล้อมค่อนข้างต่ำ ปัญหานี้จะเด่นชัดเป็นพิเศษเมื่อใช้ PE เป็นปลอกหุ้มด้านนอกของสายเคเบิลหุ้มเกราะขนาดใหญ่

1. กลไกการแตกร้าวของปลอกหุ้ม PE
การแตกร้าวของปลอกหุ้ม PE มักเกิดขึ้นในสองสถานการณ์หลักๆ ดังนี้:

ก. การแตกร้าวจากความเครียดทางสิ่งแวดล้อม: หมายถึงปรากฏการณ์ที่ปลอกหุ้มสายเคเบิลเกิดการแตกร้าวแบบเปราะจากพื้นผิวเนื่องจากความเครียดหรือการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมหลังจากติดตั้งและใช้งานสายเคเบิลแล้ว สาเหตุหลักมาจากความเครียดภายในปลอกหุ้มและการสัมผัสกับของเหลวที่มีขั้วเป็นเวลานาน การวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการปรับปรุงวัสดุได้ช่วยแก้ไขปัญหาการแตกร้าวประเภทนี้ได้อย่างมาก

ข. การแตกร้าวจากความเค้นเชิงกล: เกิดจากความบกพร่องทางโครงสร้างของสายเคเบิลหรือกระบวนการขึ้นรูปปลอกหุ้มที่ไม่เหมาะสม ส่งผลให้เกิดการกระจุกตัวของความเค้นอย่างมากและการแตกร้าวที่เกิดจากการเสียรูปในระหว่างการติดตั้งสายเคเบิล การแตกร้าวประเภทนี้จะเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นในปลอกหุ้มด้านนอกของสายเคเบิลหุ้มเกราะเหล็กขนาดใหญ่

2. สาเหตุของการแตกร้าวของปลอกหุ้ม PE และมาตรการแก้ไข
2.1 อิทธิพลของสายเคเบิลเทปเหล็กโครงสร้าง
ในสายเคเบิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกขนาดใหญ่ ชั้นหุ้มเกราะมักประกอบด้วยเทปเหล็กสองชั้น โดยความหนาของเทปเหล็กจะแตกต่างกันไปตามเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของสายเคเบิล (0.2 มม., 0.5 มม. และ 0.8 มม.) เทปเหล็กหุ้มเกราะที่หนากว่าจะมีค่าความแข็งแกร่งสูงกว่าและมีความยืดหยุ่นน้อยกว่า ส่งผลให้มีช่องว่างระหว่างชั้นบนและชั้นล่างมากขึ้น ในระหว่างกระบวนการอัดขึ้นรูป สิ่งนี้ทำให้ความหนาของชั้นหุ้มแตกต่างกันอย่างมากระหว่างชั้นบนและชั้นล่างของพื้นผิวชั้นหุ้มเกราะ บริเวณชั้นหุ้มที่บางกว่าบริเวณขอบของเทปเหล็กด้านนอกจะเกิดการกระจุกตัวของความเค้นมากที่สุดและเป็นบริเวณหลักที่จะเกิดการแตกร้าวในอนาคต

เพื่อลดผลกระทบของเทปเหล็กหุ้มเกราะต่อปลอกหุ้มด้านนอก จึงมีการห่อหรืออัดชั้นกันกระแทกที่มีความหนาในระดับหนึ่งระหว่างเทปเหล็กและปลอกหุ้ม PE ชั้นกันกระแทกนี้ควรมีความหนาแน่นสม่ำเสมอ ไม่มีรอยย่นหรือส่วนที่ยื่นออกมา การเพิ่มชั้นกันกระแทกจะช่วยปรับปรุงความเรียบเนียนระหว่างเทปเหล็กทั้งสองชั้น ช่วยให้ปลอกหุ้ม PE มีความหนาสม่ำเสมอ และเมื่อรวมกับการหดตัวของปลอกหุ้ม PE จะช่วยลดความเครียดภายใน

ONEWORLD นำเสนอความหนาที่แตกต่างกันให้แก่ผู้ใช้วัสดุหุ้มเกราะเทปเหล็กชุบสังกะสีเพื่อตอบสนองความต้องการที่หลากหลาย

2.2 ผลกระทบของกระบวนการผลิตสายเคเบิล

ปัญหาหลักของกระบวนการอัดขึ้นรูปปลอกสายเคเบิลหุ้มเกราะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกขนาดใหญ่ คือ การระบายความร้อนไม่เพียงพอ การเตรียมแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสม และอัตราส่วนการยืดที่มากเกินไป ส่งผลให้เกิดความเครียดภายในปลอกมากเกินไป สายเคเบิลขนาดใหญ่ เนื่องจากมีปลอกที่หนาและกว้าง มักมีข้อจำกัดในเรื่องความยาวและปริมาตรของรางน้ำในสายการผลิตแบบอัดขึ้นรูป การลดอุณหภูมิจากกว่า 200 องศาเซลเซียสระหว่างการอัดขึ้นรูปจนถึงอุณหภูมิห้องเป็นเรื่องที่ท้าทาย การระบายความร้อนไม่เพียงพอทำให้ปลอกอ่อนตัวลงใกล้กับชั้นเกราะ ทำให้เกิดรอยขีดข่วนบนพื้นผิวของปลอกเมื่อม้วนสายเคเบิล ซึ่งในที่สุดอาจส่งผลให้เกิดรอยแตกและขาดระหว่างการวางสายเคเบิลเนื่องจากแรงภายนอก นอกจากนี้ การระบายความร้อนไม่เพียงพอยังทำให้แรงหดตัวภายในเพิ่มขึ้นหลังจากม้วน ทำให้มีความเสี่ยงสูงต่อการแตกร้าวของปลอกภายใต้แรงภายนอกที่มาก เพื่อให้แน่ใจว่ามีการระบายความร้อนเพียงพอ ขอแนะนำให้เพิ่มความยาวหรือปริมาตรของรางน้ำ การลดความเร็วในการอัดขึ้นรูปในขณะที่ยังคงรักษาการทำให้ปลอกอ่อนตัวอย่างเหมาะสมและให้เวลาเพียงพอสำหรับการระบายความร้อนระหว่างการม้วนเป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนี้ เมื่อพิจารณาว่าโพลีเอทิลีนเป็นพอลิเมอร์ผลึก วิธีการลดอุณหภูมิแบบแบ่งช่วง ตั้งแต่ 70-75°C ไปจนถึง 50-55°C และสุดท้ายจนถึงอุณหภูมิห้อง จะช่วยลดความเครียดภายในระหว่างกระบวนการทำความเย็นได้

2.3 อิทธิพลของรัศมีการม้วนต่อการม้วนสายเคเบิล

ในระหว่างการม้วนสายเคเบิล ผู้ผลิตจะปฏิบัติตามมาตรฐานอุตสาหกรรมในการเลือกใช้ม้วนส่งสายเคเบิลที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม การรองรับความยาวในการส่งสายเคเบิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกขนาดใหญ่เป็นความท้าทายในการเลือกใช้ม้วนส่งสายเคเบิลที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ความยาวในการส่งที่กำหนด ผู้ผลิตบางรายจึงลดเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวม้วนส่งสายเคเบิล ส่งผลให้รัศมีการดัดงอของสายเคเบิลไม่เพียงพอ การดัดงอมากเกินไปจะทำให้ชั้นเกราะเคลื่อนตัว ทำให้เกิดแรงเฉือนอย่างมากต่อปลอกหุ้ม ในกรณีที่รุนแรง ครีบของแถบเหล็กหุ้มเกราะอาจทะลุชั้นรองรับ ฝังตัวเข้าไปในปลอกหุ้มโดยตรง และทำให้เกิดรอยแตกหรือรอยแยกตามขอบของแถบเหล็ก ในระหว่างการวางสายเคเบิล แรงดัดงอและแรงดึงด้านข้างจะทำให้ปลอกหุ้มแตกตามรอยแยกเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสายเคเบิลที่อยู่ใกล้กับชั้นในของม้วนส่งสายเคเบิล ทำให้สายเคเบิลเหล่านั้นแตกหักได้ง่ายขึ้น

2.4 ผลกระทบของสภาพแวดล้อมการก่อสร้างและการติดตั้งในสถานที่

เพื่อให้ได้มาตรฐานในการติดตั้งสายเคเบิล ขอแนะนำให้ลดความเร็วในการวางสายเคเบิลให้น้อยที่สุด หลีกเลี่ยงแรงกดด้านข้างที่มากเกินไป การดัดงอ แรงดึง และการชนกับพื้นผิว เพื่อให้แน่ใจว่าสภาพแวดล้อมในการก่อสร้างเป็นไปอย่างเหมาะสม ควรปล่อยให้สายเคเบิลพักตัวที่อุณหภูมิ 50-60°C ก่อนการติดตั้ง เพื่อคลายความเครียดภายในของปลอกหุ้ม หลีกเลี่ยงการวางสายเคเบิลกลางแดดเป็นเวลานาน เนื่องจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันในแต่ละด้านของสายเคเบิลอาจทำให้เกิดการกระจุกตัวของความเครียด เพิ่มความเสี่ยงต่อการแตกร้าวของปลอกหุ้มระหว่างการวางสายเคเบิล