Изготовление кабелей с оболочкой правильной круглой формы без наложения подушки

Авторы и источники / Правообладателям

Далеко не общеизвестным является тот факт, что в большинстве случаев во время процесса наложения кабельной изоляции/оболочки из термопластичного компаунда охлаждение экструдированной изоляции/оболочки начинается изнутри, и теплообмен происходит, в основном, с токопроводящей жилой или сердечником из нескольких изолированных жил через внутреннюю поверхность изоляции/оболочки, независимо от эффективности процесса охлаждения.

Такое кажущееся «странным» поведение объясняется тем, что экструдируемый материал находится в непосредственном контакте с жилой или несколькими жилами, имеющими комнатную температуру, до того, как он поступает в первую водяную ванну во время операции охлаждения.

Во время классического технологического процесса наложения изоляции имеющий высокую температуру экструдируемый материал находится в прямом контакте с медью комнатной температуры, то есть с металлом, теплопроводность которого более чем в тысячу раз превышает теплопроводность полимера; при этом падение температуры внутренней поверхности изоляции происходит очень быстро.

В некоторых особых случаях (низкая скорость производственной линии, тонкие слои) может произойти замораживание всего изоляционного слоя, прежде чем он достигнет первой водяной ванны. Это означает, что разность температур между внутренней и наружной поверхностью экструдируемого слоя может иметь исключительно большое значение. Более того, в  процессе формирования трубки при наложении оболочки методом экструзии этот градиент может быть достаточно сложным, поскольку только часть внутренней поверхности находится в контакте с изолированными токопроводящими жилами.  Остальная часть внутренней поверхности контактирует лишь с захваченным воздухом. Поэтому падение температуры внутренней поверхности будет не таким быстрым, как на наружной поверхности на одной и той же стадии процесса охлаждения. Общий температурный градиент внутри экструдированной оболочки на первой стадии процесса охлаждения оказывает существенное влияние на конечную форму готового кабеля.

Специалисты компании Nexans нашли способ обеспечить круглую форму кабельных конструкций без использования подушки путём сокращения температурных градиентов оболочки на раннем этапе процесса охлаждения. Компания выпускает целый ряд кабелей без подушки и медной оплётки, что позволяет достичь большей гибкости кабелей и упростить операцию зачистки при их монтаже.

При изготовлении некоторых кабельных конструкций определённых сечений общая форма готовых кабелей была недостаточно круглой вследствие того, что экструдируемая оболочка в процессе охлаждения давала усадку и деформировалась – сжималась вокруг изолированных жил, и весь сердечник становился «видимым» под оболочкой. Этот эффект был ещё более явным в случае кабелей с медной оплёткой. При решении проблемы достижения круглой формы готового кабеля воспроизводили стандартный процесс охлаждения при помощи компьютерной программы «Виртуальная лаборатория экструзии» Compuplast.

Анализ показал, что при экструдировании оболочки на кабель сечением 3х16 мм² происходит следующее:

• После короткой водяной ванны оболочка не кристаллизуется
• Та часть оболочки, которая ближе к жилам, охлаждается быстрее, чем удалённая от жил
• Температурный градиент в оболочке имеет обратное значение между частью, соседствующей с жилами, и частью, удалённой от них: внутренняя поверхность вблизи жил холоднее, чем наружная поверхность, в то время как внутренняя поверхность, удалённая от жил теплее, чем наружная поверхность

Анализируя температуру в различных точках по периметру кабеля, можно сделать вывод о том, что оболочка подвергается последовательным положительным и отрицательным градиентам, создавая внутреннее напряжение, которое приводит к эффекту сжатия на горячем полимере и деформировании оболочки на сердечнике.

При сравнительном анализе кабелей с медной оплёткой и без неё было определено, что отрицательный градиент на первом метре изделия после выхода из экструдера на 40⁰С выше в случае кабеля с оплёткой: медная оплётка поглощает тепло локально, падение температуры происходит быстрее, чем в случае кабеля без оплётки. Такой значительный температурный градиент (разница в 100⁰С на глубине 1 мм) максимизирует деформацию оболочки. Это объясняет, почему кабели с медной оплёткой более деформированы, чем такие же части кабелей без оплётки.

Таким образом, для предотвращения существенного отрицательного градиента на первом метре кабеля после выхода из экструдера необходимо охладить оболочку раньше. Но размещение водяной ванны ближе к экструзионному инструменту приведёт не только к сокращению отрицательного градиента, но также к увеличению положительного градиента. Самым правильным решением по управлению обоими градиентами является последовательное охлаждение первых 50 см изделия.

Это достигается путём добавления ряда сопел для орошения водой. Влияние этой очень простой модификации на общий температурный профиль экструдируемой оболочки оказывается незначительным и затрагивает только температуру поверхности на первых 50 см. После этого отмечаются такие же перепады температуры, так как упомянутая выше модификация не улучшила эффективность процесса охлаждения.

Самый значительный эффект модификации процесса состоит в сокращении одной трети отрицательных градиентов на первой части процесса охлаждения (до выхода из короткой водяной ванны). Эффект перепада температур на первом метре после выхода из экструдера является одним из важнейших параметров, определяющих конечную форму готового кабеля. Моделирование процесса охлаждения и анализ температурных градиентов показывают, что оптимизация круглой формы при наложении кабельной оболочки возможна путём регулирования процесса охлаждения на первом метре изделия благодаря очень простой модификации. Эта модификация позволяет сократить температурный градиент в экструдируемой оболочке, минимизировать эффект сжатия оболочки на сердечнике из изолированных жил и, таким образом, получить готовый кабель круглой формы.