低摩擦MPP复合电力导管

根据中华人民共和国电力行业标准DL/802的规定，电力电缆用导管分为以下几类： 玻璃纤维增强塑料电缆导管；

氯化聚氯乙烯及硬聚氯乙烯塑料电缆导管；

氯化聚氯乙烯及硬聚氯乙烯塑料双壁波纹电缆导管； 纤维水泥电缆导管；

承插式混凝土预制电缆导管；

非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管。

以上各类电缆导管均有其各自的特点，在工程中具体要使用什么管道，要根据其使用条件，施工条件，性价比，供应条件等来确定。目前使用较多的是玻璃纤维增强塑料电缆导管和非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管，以下就这两种管道从其材料，结构，性能的角度来进行阐述。

玻璃纤维增强塑料电缆导管

玻璃纤维增强塑料电缆导管是由玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂（UP)成型的，其基体材料为：不饱和聚酯树脂及玻璃纤维 1.不饱和聚酯（UP)

指分子主链上含有不饱和键的聚酯，是由不饱和及部分饱和的二元酸（或酸酐）与饱和二元醇缩聚而成，在缩聚反应结束后，趁热加入一定量交联单体配制成粘稠的液体树脂。由于该树脂中含有不饱和键，在适当的条件下可转变为不溶不熔的体型结构。 1.1单体原料 二元酸：工业上常用的不饱和二元酸是顺丁烯二酸酐；常用的饱和二元酸是饱和邻苯二甲酸酐；

二元醇：工业上常用的二元醇是1,2-丙二醇（简称丙二醇）； 交联单体：工业上常用的交联单体是苯乙烯。 1.2 合成机理

1.2.1：酸酐开环与二元醇加成反应形成羟基酸 O O O C

R O+HO—R’—OH→HO—R’—O—C—R—C—OH C O

1.2.2：羟基酸进一步缩聚形成聚酯

O O

2HO—R’—O—C—R—C—OH

O O O O

HO—R’—O—C—R—C—O—R’—O—C—R—C—

OH+H2O

1.2.3：羟基酸与二元醇进行缩聚 O O HO—R’—O—C—R—C—OH+HO—R’—OH

O

O

HO—R’—O—C—R—C—O—R’—

OH+H2O

1.3不饱和聚酯的固化

不饱和聚酯树脂可通过固化剂或其它方式引发其分子结构中的双键与交联单体进行自由基型共聚反应，使线性不饱和聚酯分子链交联成具有三维网状结构的体型结构。 液态→凝胶态-→固态 2：玻璃纤维

2.1玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺，最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米。玻璃纤维比有机纤维耐温高，不燃，抗腐，隔热，抗拉强度高。 2.2材料组成

玻璃纤维主要成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等，根据玻璃中碱金属氧化物含量的多少，可分为无碱玻璃纤维(氧化钠0%～2%，SiO2 55~57%,Al2O3 10~17%,CaO 12~25%,MgO 0~8%,B2O3 8.5%）、中碱玻璃纤维（氧化钠8%～12%）和高碱玻璃纤维（氧化钠13%以上）。从性能上看，无碱、中碱、高碱玻璃纤维其强度依次降低、耐久性依次变差、绝缘性依次减弱，尤其是高碱玻璃纤维其对水的敏感性较强。 2.3性能特点

拉伸强度高，伸长率小(3%)；弹性系数高，刚性强；拉伸强度高；为无机纤维，具有不燃性，耐化学性佳；尺寸稳定性，耐热性均较好。

玻璃纤维主要用于不饱和聚酯树脂的增强。

下表为不饱和聚酯树脂与玻璃纤维增强树脂及铝合金～性能对比： 表1 性能 密度（g/cm2） 拉伸强度（MPa) 压缩强度(MPa) 弯曲强度(MPa)

不饱和聚酯树脂 1.3 42 150 90 玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂 1.7～1.9 180～350 210～250 210～350 铝合金 2.7 70～250 70～170 70～180

下表为玻璃纤维增强塑料电缆导管的技术性能： 表2 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 项目 拉伸强度 弯曲强度 浸水后弯曲强度 巴氏硬度 环刚度（5%） 负荷变形温度(Tfe1.8) 落锤冲击 接头密封性能 碱金属氧化物含量 氧指数 单位 MPa MPa MPa KPa oc 技术性能指标 ≥160 ≥190 ≥150 ≥38 应符合DL/T802.2中表3的规定，且当管径变化量≤5%时，不应出现显著性事件 ≥160 应符合DL/T802.2中表4的规定，试样内外壁不应有分层，裂缝或破裂 0.1MPa水压下保持15分钟，接头处不应有漏水，渗水 无碱玻璃纤维应≤0.8；中碱玻璃纤维11.6--12.4 ≥26 % %

从以上两表可以看出，使用玻璃纤维增强的不饱和聚酯树脂能达到电缆导管的技术要求。 3.玻璃纤维增强塑料电缆导管性能特点： ⑴：强度高；

⑵：刚性好，抵抗外负载能力强； ⑶：耐热性能优异，热变形温度很高；

⑷：耐腐蚀能力强，弱酸，弱碱对其无明显影响； ⑸：绝缘性能优异；

⑹：密度较低，重量较轻；

⑺：采用承插式连接，安装方便等。

玻璃纤维增强塑料电缆导管具有很多优点，但在安装过程中有时会出现拉丝现象，严重时会卡死电缆，增加电缆出故障的几率。

非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管

非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管是已聚丙烯树脂为主体，添加其他聚烯烃及少量抗氧剂，稳定剂以及其他有利于提高导管力学及加工性能的添加剂而形成的一种稳定的复合体系。其主要材料为聚丙烯。

1.聚丙烯(PP)树脂大多为乳白色颗粒物，无味，无臭，无毒，是常用树脂里最轻的一种。 1.1力学性能：聚丙烯具有良好的综合力学性能，具体数据见下表，同时聚丙烯具有优良的耐弯曲疲劳性。

0

1.2热性能：聚丙烯长期使用温度能达到100--120C，是常用塑料里耐温性最好的材料。

0

1.3化学性能：聚丙烯具有优良的化学稳定性，在100C以下，大多数的无机酸，碱，盐对聚丙烯无破坏作用。但聚丙烯的光稳定性较差，特别是在受到光和热的同时作用下，会出现热氧老化现象，导致分子链发生降解。

2.聚丙烯综合性能表

表3 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 性能 密度 拉伸屈服强度 伸长率 拉伸弹性模量 压缩强度 弯曲强度 缺口冲击强度 维卡软化点 0单位 g/cm MPa % MPa MPa MPa C 2指标 0.--0.91 30--39 >200 1100--1600 39--56 42--56 0.5 150 3.非开挖用改性聚丙烯塑料电缆导管技术性能指标

表4 项目 密度 环刚度（3%）（常温） 压扁实验 落锤冲击 维卡软化温度 拉伸强度 断裂伸长率 弯曲强度 0单位 g/cm KPa C MPa % MPa 2技术性能指标 0.90--0.94 SN24等级≥24；SN32等级≥32；SN40等级≥40 加荷至试样垂直方向变形量为原直径的50%时，试样不应出现裂缝或破裂 按DL/802.7中表3实验，试样不应出现裂缝或破裂 150 管材≥25；熔接接头≥22.5 ≥400% ≥36 从表3，表4可以看出聚丙烯树脂能满足电缆导管技术性能要求。 3.改性聚丙烯塑料电缆导管性能特点 ⑴：重量轻；

⑵：耐热性能优异； ⑶：耐化学性能优良； ⑷：电绝缘性能优异；

改性聚丙烯塑料电缆导管其刚性较玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂管道差，耐光性差，特别是在受到光和热的同时作用下会出现热氧老化现象，其连接方式采用热熔连接，接头处内溢料会增加电缆穿管阻力。

结构改进1

如下图（图1）所示，管道采用双层复合结构，外层为玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂，内层为改性聚丙烯。我们把它称为改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管。

玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂

改性聚丙 烯

图1

这种管道将具有玻璃纤维增强塑料电缆导管及改性聚丙烯电缆导管的一些共同的优点，如：

⑴：重量轻，运输方便；

⑵：刚性好，抵抗外负载能力强； ⑶：耐化学性能优良；耐光性能好； ⑷：耐热性能好; ⑹：绝缘性能优异；

⑺：使用承插式连接，安装方便；

⑻：安装过程中不会出现拉丝的现象，等。

结构改进2

如下图（图2）所示，管道采用三层复合结构，外层为玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂，中间层为改性聚丙烯，内层为低摩擦的改性聚丙烯。我们把它称为低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管。 玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂

改性聚丙烯

低摩擦的改性聚丙烯

这种管道不仅具有结构改进1中双层复合管道的所有特点，同时管道具有了新的特征。常用塑料的摩擦系数一般在0.4左右，按GB 50217《电力工程电缆设计规范》，电缆穿管敷设时，摩擦系数常取0.4。低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管是在改性聚丙烯管内层（与电力电缆的接触层），复合挤出一层固体润滑层（低摩擦改性聚丙烯层），该润滑层具有与改性聚丙烯基本相同的物理及化学性能，但通过再次改性后，在保持其机械及力学性能的情况下，其摩擦系数有较大程度的降低，能达到0.15--0.22。

摩擦系数的降低，使电力电缆在穿管敷设中牵引力及侧压力（弯曲情况下）降低，减小了施工难度，同时降低了电缆故障的几率。

计算说明

以下相关公式均来自于GB 50217《电力工程电缆设计规范》。 电缆穿管敷设时容许最大管长与电缆容许拉力和侧压力的关系： Ti=n≤Tm Tj=m≤Tm Pj≤Pm

Ti=n：从电缆送入端起至第n个直线段拉出时的牵引力（N)； Tj=m：从电缆送入端起至第m个弯曲段拉出时的牵引力(N)； Tm：电缆容许拉力；

Pj：电缆在第j个弯曲段的侧压力（N/m)； Pm：电缆容许侧压力（N/m)。 水平管路电缆牵引力计算公式： 直线段： Ti=To+µCWLi

To:起始段拉力，可按20米左右长度电缆摩擦力计； µ:摩擦系数；

C：电缆重量校正系数，2根电缆时，C取1.1； W：电缆单位长度重量（Kg/m)； Li：第i段直线管长（m)；

µθ

弯曲段： Tj=Ti×e （尤拉公式，为等值长度代换系数的简化方程） Θ：第j段弯曲管的夹角角度（rad) 弯曲段电缆侧压力计算公式：

Pj=Tj/Rj (一根电缆） Rj:第j段弯曲管段半径（m)；

用牵引头方式的电缆容许拉力的计算公式 ： Tm=kσqs

k:校正系数，电力电缆k=1;控制电缆k=0.6；

σ: 导体允许抗拉强度； q:电缆芯数；

2

s:电缆导体截面（mm) ；

计算举例 例1：

使用牵引头方式牵引电缆（型号：YJLW03-Z-/110-1×400;重量：8.995Kg/m) 穿越100米电缆管；

22

电缆容许最大拉力： Tm=kσqs=1×68.6N/mm×1×400mm=27440N=2798Kg

电缆最大容许侧压力：Pm=305.9(Kg/m) (GB 50217《电力工程电缆设计规范》)

T1=T0＋µCWLi

按设计规范：To取20米长度电缆摩擦力； µ取0.4； T1=0.4×1×8.995×20＋0.4×1×8.995×100=431.76Kg如果使用低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，摩擦系数µ取0.2

1

则T1=0.2×1×8.995×20＋0.2×1×8.995×100=215.88Kgo

在例1的前端有一个90的平面弯曲，弯曲半径为2.5米，计算其牵引力及侧压力。

µθ0.4×3.14/20.628

T2=T1×e=431.76×e=431.76×e=431.76×1.874=809.06KgPm 从计算可以看出，牵引力小于容许牵引力但侧压力大于容许最大侧压力，应加大工井的弯曲半径或采用其他方式解决。

如果使用低摩擦改性聚丙烯/玻璃钢复合电力管，摩擦系数µ取0.2，则： 21µθ0.2×3.14/20.314T2=T1×e=215.88×e=215.88×e=215.88×1.369=295.51P2=T2/r=295.51/2.5=118.2