폴리에틸렌(PE)은 널리 사용됩니다.전력 케이블 및 통신 케이블의 절연 및 외피폴리에틸렌은 우수한 기계적 강도, 인성, 내열성, 절연성 및 화학적 안정성을 가지고 있습니다. 그러나 폴리에틸렌 자체의 구조적 특성으로 인해 환경 응력 균열에 대한 저항성이 상대적으로 떨어집니다. 이러한 문제는 특히 폴리에틸렌을 대형 외장 케이블의 외피로 사용할 때 두드러지게 나타납니다.
1. PE 피복 균열 발생 메커니즘
PE 피복 균열은 주로 두 가지 상황에서 발생합니다.
a. 환경 응력 균열: 이는 케이블 설치 및 작동 후 복합적인 응력이나 환경 매체 노출로 인해 외피 표면에서 취성 균열이 발생하는 현상을 말합니다. 주로 외피 내부의 응력과 극성 액체에 장기간 노출되는 것이 원인입니다. 재료 개량에 대한 광범위한 연구를 통해 이러한 유형의 균열 문제는 상당 부분 해결되었습니다.
b. 기계적 응력 균열: 이는 케이블의 구조적 결함이나 부적절한 외피 압출 공정으로 인해 발생하며, 케이블 설치 중 상당한 응력 집중과 변형 유발 균열을 초래합니다. 이러한 유형의 균열은 단면적이 큰 강철 테이프 외장 케이블의 외피에서 더욱 두드러지게 나타납니다.
2. PE 피복 균열 발생 원인 및 개선 방안
2.1 케이블의 영향강철 테이프구조
외경이 큰 케이블의 경우, 일반적으로 이중 강선 테이프로 구성된 외장층을 사용합니다. 케이블의 외경에 따라 강선 테이프의 두께는 0.2mm, 0.5mm, 0.8mm 등으로 다양합니다. 두꺼운 외장 강선 테이프는 강성이 높고 소성이 떨어져 상하층 사이의 간격이 넓어집니다. 압출 과정에서 이로 인해 외장층 표면의 상하층 두께에 상당한 차이가 발생합니다. 외측 강선 테이프 가장자리의 얇은 외피 부분은 응력이 가장 많이 집중되는 부위이며, 향후 균열이 발생하는 주요 지점입니다.
외피에 가해지는 강판 테이프의 충격을 완화하기 위해, 강판 테이프와 PE 외피 사이에 특정 두께의 완충층을 감싸거나 압출하여 삽입합니다. 이 완충층은 주름이나 돌출부 없이 균일하게 밀도가 높아야 합니다. 완충층을 추가하면 두 강판 테이프 층 사이의 표면이 매끄러워지고, PE 외피의 두께가 균일해지며, PE 외피의 수축과 함께 내부 응력을 감소시킵니다.
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2.2 케이블 생산 공정의 영향
대구경 외장 케이블 외피 압출 공정의 주요 문제점은 불충분한 냉각, 부적절한 금형 준비, 과도한 연신율로 인해 외피 내부에 과도한 응력이 발생하는 것입니다. 두껍고 넓은 외피를 가진 대형 케이블은 압출 생산 라인의 냉각조 길이 및 용량에 제약을 받는 경우가 많습니다. 압출 과정에서 200도 이상의 고온을 실온으로 냉각하는 것은 어려운 과제입니다. 냉각이 불충분하면 외장층 부근의 외피가 약해져 케이블을 감을 때 외피 표면에 긁힘이 발생하고, 결국 외부 충격으로 인해 케이블 설치 중 균열이나 파손으로 이어질 수 있습니다. 또한, 냉각이 부족하면 코일링 후 내부 수축력이 증가하여 강한 외부 충격에 외피가 갈라질 위험이 높아집니다. 충분한 냉각을 위해서는 냉각조의 길이 또는 용량을 늘리는 것이 좋습니다. 적절한 외피 가소화를 유지하면서 압출 속도를 낮추고 코일링 과정에서 충분한 냉각 시간을 확보하는 것이 중요합니다. 또한, 폴리에틸렌을 결정성 고분자로 고려할 때, 70~75°C에서 50~55°C로, 그리고 최종적으로 실온까지 단계적으로 온도를 낮추는 냉각 방식은 냉각 과정 중 내부 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.
2.3 코일링 반경이 케이블 코일링에 미치는 영향
케이블 권선 과정에서 제조업체는 적절한 권선 릴을 선택하기 위해 업계 표준을 준수합니다. 그러나 외경이 큰 케이블의 긴 권선 길이를 수용하기 위해서는 적합한 릴을 선택하는 것이 중요합니다. 지정된 권선 길이를 맞추기 위해 일부 제조업체는 릴 배럴 직경을 줄여 케이블의 굽힘 반경이 부족해지는 경우가 있습니다. 과도한 굽힘은 피복층의 변형을 초래하고 피복에 상당한 전단력을 발생시킵니다. 심한 경우, 피복 강판의 버(burr)가 완충층을 뚫고 피복에 직접 박혀 강판 가장자리를 따라 균열이나 틈을 일으킬 수 있습니다. 케이블 부설 과정에서 발생하는 측면 굽힘 및 인장력은 이러한 틈을 따라 피복에 균열을 발생시키며, 특히 릴 안쪽 층에 가까운 케이블일수록 파손 위험이 높아집니다.
2.4 현장 건설 및 설치 환경의 영향
케이블 시공을 표준화하기 위해서는 케이블 포설 속도를 최소화하고 과도한 측면 압력, 굽힘, 인장력 및 지면 충돌을 방지하여 쾌적한 시공 환경을 조성하는 것이 좋습니다. 케이블 설치 전에는 가급적 50~60°C에서 케이블을 안정시켜 외피의 내부 응력을 해소해야 합니다. 또한, 케이블의 양면 온도 차이로 인해 응력이 집중되어 포설 중 외피 균열 위험이 증가할 수 있으므로 직사광선에 장시간 노출시키지 않도록 주의해야 합니다.
게시 시간: 2023년 12월 18일