Optimiser l’installation de câbles : L’importance de tester le coefficient de friction et les matériaux
Le coefficient de friction (CDF) est indispensable pour estimer la tension des tirages de câbles. Le matériau de la gaine du câble et la surface du conduit ou du tube ont une influence déterminante sur le CDF. Les lubrifiants de câble haute performance permettent de mesurer et de réduire efficacement le CDF. Une lubrification adéquate des câbles réduit les risques. Disposer d’un CDF précis augmente la confiance pendant les phases de conception et de planification.
La composition du matériau et le lubrifiant de câble entraînent le CDF. En raison de la grande variété de matériaux composites des gaines de câbles et des différents choix de conduits, identifier un « bon » coefficient de friction est complexe. Polywater® teste et compile des données sur le coefficient de friction depuis des décennies. Voici des exemples de ce que nous avons appris.
Comprendre le rôle du matériau de la gaine dans la conception des câbles
Plusieurs facteurs doivent être pris en compte dans le choix du matériau de la gaine de câble, mais la fonction première est la protection. La gaine de câble est la couche extérieure du câble. Elle agit comme une barrière contre la pénétration de l’humidité et des produits chimiques. Elle protège le câble de la déchirure et de l’usure mécanique. Elle peut apporter de la rigidité ou de la flexibilité. Le matériau de la gaine peut devoir résister à des environnements extrêmes : températures élevées (ou basses), corrosion et exposition au feu. Dans certains cas, les propriétés électriques sont également importantes.
Tableau 1 : Propriétés de base des matériaux courants des gaines de câbles
Les matériaux polymériques utilisés pour les gaines de câbles doivent rester fonctionnels pendant une durée d’utilisation de 50 ans ou plus. Les matériaux composites pour gaines de câbles ne sont pas des matériaux de base. Des structures polymériques spécifiques et des mélanges d’additifs sont combinés pour produire des performances durables. Il existe de nombreuses formulations de matériaux pour les gaines de câbles, en fonction de l’utilisation prévue et des caractéristiques de performance uniques.
La valeur du coefficient de friction n’est pas un facteur clé dans la conception des gaines de câbles. Pour certains câbles basse ou moyenne tension, des additifs sont soit combinés au polymère, soit enduits à la surface du câble pour réduire la friction. Dans ces situations, il est important que le câble ne glisse pas sur la bobine et qu’il puisse être manipulé en toute sécurité. L’utilisation d’agents lubrifiants ne doit pas nuire à la résistance de la gaine du câble. Même lorsque les gaines de câbles comprennent des additifs anti-glissement, les lubrifiants haute performance réduisent encore le coefficient de friction.
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Comprendre les différences de coefficient de friction entre les matériaux des gaines de câbles
Les matériaux utilisés dans la gaine de câble et le conduit déterminent le coefficient de friction. Les tests effectués par Polywater montrent l’importance des lubrifiants pour câbles de haute performance. Les données compilées après des années de tests montrent les propriétés typiques des différentes combinaisons de matériaux et de lubrifiants. Une partie de ces données est présentée dans les deux graphiques suivants.
Matériaux de gaine de câble testés :
• CPE (polyéthylène chloré)
• CSM (polyéthylène chlorosulfoné)
• PEHD (polyéthylène haute densité)
• PEBDL (polyéthylène basse densité linéaire)
• Polypropylène
• PVC (polychlorure de vinyle)
• XLPE (polyéthylène réticulé)
Les matériaux plus durs comme le PEHD et le polypropylène ont des valeurs de CDF naturellement inférieures à celles des autres matériaux de gaine de câble. Le CPE et le CSPE ont tendance à être des polymères « plus souples » à friction plus élevée. Le PVC dépend de l’ensemble des additifs et présente un éventail plus large de valeurs de coefficient de friction. Aucune gaine de câble ne présente les mêmes performances. Dans tous les cas, les lubrifiants réduisent considérablement le CDF et uniformisent les performances.
Le graphique 1 illustre le CDF de divers matériaux de gaine sur un conduit en PVC. Le CDF des câbles non lubrifiés varie de 0,35 à 0,73 avec une différence de 0,38 de la valeur la plus faible à la plus élevée. Les valeurs du coefficient de friction avec lubrification vont de 0,06 à 0,16 avec une différence de 0,10. La lubrification réduit et minimise la variation du CDF.
Graphique 1
Le graphique 2 illustre le coefficient de friction de différents matériaux de gaine sur un conduit rigide en acier. Le CDF des câbles non lubrifiés varie de 0,42 à 0,73 avec une différence de 0,31 de la valeur la plus faible à la plus élevée. Les valeurs du coefficient de friction avec lubrification vont de 0,09 à 0,29 avec une différence de 0,20. L’acier rigide présente une plus grande variabilité dans les performances du CDF. Ce graphique indique les valeurs moyennes. Les tests en laboratoire ont donné des résultats plus variables en fonction du traitement de surface de l’acier et de la régularité du revêtement. En moyenne, les lubrifiants hautes performances réduisent le CDF de 70 % sur les différents aciers rigides testés.
Graphique 2
Polywater a testé beaucoup plus de combinaisons de câbles et de conduits que celles présentées dans les graphiques 1 et 2. Outre les gaines en PVC et en acier rigide, des matériaux en PEHD, en fibre de verre, en tubes métalliques électriques (EMT) et en aluminium ont été testés. Ces matériaux proviennent de différents fabricants et, dans certains cas, présentent des textures ou des traitements spéciaux. Les autres gaines de câble testées sont le polyéthylène à moyenne densité (PEMD), le nylon (THHN), le thermoplastique et le caoutchouc naturel, le polyéthylène réticulé (XLPE) et le plomb.
| Histoire d’une solution connexe : Les données de Polywater® aident à prédire le coefficient de friction dans un tirage de câble |
Mesurer le coefficient de friction sur différentes surfaces et comprendre le type de performance auquel on peut s’attendre est essentiel pour développer de bons lubrifiants pour câbles. Les lubrifiants haute performance réduisent considérablement les coefficients de friction et agissent comme un égalisateur. Quelle que soit la gaine de câble choisie, un lubrifiant haute performance permet de réduire efficacement le coefficient de friction lors de l’installation.
Variations du CDF selon les types de matériaux : Le cas des gaines de câbles en PVC
Les graphiques précédents montrent les valeurs moyennes de CDF pour chaque type de matériau. Plusieurs mélanges polymériques présentent une grande variabilité au sein de ce type de matériau. Le PVC est un bon exemple de cette variabilité. Le PVC peut être composé sous des formes souples et rigides, ce qui donne lieu à une grande variété de formulations différentes. Récemment, Polywater a reçu trois câbles d’alimentation 1/C 750 KCMIL avec une gaine en PVC pour les tester sur la table de friction, chaque câble étant produit par un câblier différent. Les matériaux composites pour gaines de câbles sont propres à chaque modèle de câble. Les échantillons de câbles eux-mêmes ont un aspect différent. Remarquez les différences de brillance et de texture de la surface sur la photo 1.
Photo 1
Les câbles ont été testés avec deux lubrifiants haute performance différents. Les résultats du graphique 3 montrent que les gaines en PVC ont toutes des valeurs de coefficient de friction sans lubrification différentes. L’effet de chaque lubrifiant varie également. Le PVC ayant la valeur de coefficient de friction sans lubrification la plus faible présente la valeur lubrifiée la plus élevée.
Graphique 3
Les tests du coefficient de friction améliorent la planification de l’installation et réduisent les risques
Le coefficient de friction est propre aux matériaux testés. Les lubrifiants de câble performants, combinés à la formulation de la gaine de câble et au type de conduit, produiront une valeur unique. Le coefficient de friction peut varier d’un type de matériau à l’autre en fonction de la formulation spécifique. Pour les installations importantes, il vaut la peine de faire tester le coefficient de friction avant le tirage. Comprendre à quel type de coefficient de friction il faut s’attendre permet d’améliorer la prévisibilité. Une meilleure prévision de la tension des câbles réduit les risques.
