電纜擠塑工藝講義

1、電纜擠塑工藝講義 1.常用絕緣材料1.1聚氯乙烯（PVC）   聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯樹脂為主要原料，根據(jù)各種電纜的不同使用要求，加入各類配合劑，如增塑劑、穩(wěn)定劑、填充劑等經(jīng)混合塑化、造粒而制得電線電纜用的聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯塑料的機械性能優(yōu)越，耐化學(xué)腐蝕、耐氣候、老化性能好，并且不延燃，有一定的電絕緣性能及良好的加工性能，成本低所以被廣泛地用作電線電纜的絕緣和護套材料。   但是聚氯乙烯因CCl極性鍵的存在，使樹脂具有較大的極性它的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切較大；由于氯原子的存在耐熱性較低，耐寒性差，在加工過程中，聚氯乙烯受熱分解放出HCl有毒氣體。

2、因此現(xiàn)在聚氯乙烯絕緣電纜正逐漸被聚乙烯絕緣電纜所取代。絕緣、護套常用PVC塑料分類及性能見表1和表2。表1 絕緣用PVC塑料分類及性能類型性能要求使用溫度主要用途絕緣級電絕緣性能較好，有一定的耐熱性、柔軟性70通信、控制、信號及低壓電力電纜絕緣普通絕緣級有一定的電絕緣性能，有較好的柔軟性及耐大氣性、價廉。70室內(nèi)固定敷設(shè)的電線、護套軟線、500V農(nóng)用電纜以及儀表安裝線絕緣耐熱絕緣級有較佳的耐熱老化性能筆耐變形，電絕緣性能較好。90105要求耐熱較高的船用電纜、航空導(dǎo)線、電力電纜及安裝用電線的絕緣。高電性能絕緣級較佳的電絕緣性能，絕緣電阻高、介電性能好，有一定的耐熱性。70電壓為6kV10kV級

3、的電力電纜的絕緣。耐油耐溶劑絕緣級具有較好的耐油性、耐溶劑性和柔軟性，電絕緣性能較好。70用于接觸油類和化學(xué)物質(zhì)的電線纜的絕緣級。阻燃絕緣級電絕緣性能較好，有較高的耐火焰燃燒性，柔軟性較好。70固定敷設(shè)的電力電纜、礦用電纜、安裝用電線的絕緣。表2  護套用PVC塑料分類及性能類型性能要求使用溫度主要用途普通護層級有足夠的機械強度、耐熱、光老化性及耐寒性較鄒。70塑料電線電纜的外護層及其他電纜的外護層。耐寒護層級有較高的耐地寒性，低溫柔軟性好。70戶外及耐寒電線電纜護層。柔軟護層級具有較高的柔軟性，較好的耐寒性。70耐寒柔軟的電線電纜護層。耐熱護層級耐熱性能良好。90105耐熱的電線電

4、纜護層。耐油護層級耐油性、耐化學(xué)藥品性好。70與油類及化學(xué)藥品接觸的電線電纜的護層。易撕護層級抗撕裂性低，敷設(shè)方便、價格低廉。70室內(nèi)固定敷設(shè)用絕緣電線的護層。防霉、防白蟻、防鼠護層級抗生物性好、防白蟻、防霉性好。70熱帶及溫?zé)釒У貐^(qū)用電纜護層。阻燃護層級抗燃燒性好。70安全性要求高的電線電纜護層。 1.2聚乙烯PE（簡介）    由乙烯烴聚合反應(yīng)而得到的一種高分子碳氫化合物稱之為聚乙烯樹脂，我們用的聚乙烯塑料則是聚乙烯樹脂與各種添加劑（穩(wěn)定劑、潤滑劑）混煉捏合而成的高分子化合物。工業(yè)生產(chǎn)聚乙烯的方法有三種：    1.高壓

5、法：低密度聚乙烯（LDPE），分子支鏈多（樹枝狀），柔軟性好，結(jié)晶度低。    2.中壓法：中密度聚乙烯（MDPE），分子支鏈較少。    3.低壓法：高密度聚乙烯（HDPE），分子為線型，無分支，剛性好、結(jié)晶度高。1.2.1聚乙烯結(jié)構(gòu)特點1.分子結(jié)構(gòu)    聚乙烯是含碳氫兩種元素的高分子化合物，通式為CH2CH2，結(jié)構(gòu)式          其中n為聚合度    聚乙烯隨分子量

6、的提高，它的融熔粘度增大，斷裂強度、硬度、扭度、耐龜裂性、耐老化性能均有提高，但其伸率下降。一般用熔融指數(shù)來表示平均分子量的大小。聚乙烯基本性能    1聚乙烯是乳白色、半透明的熱塑性高聚合物，其物理機械性能主要表現(xiàn)為：    a.比重小，高壓聚乙烯（低密度聚乙烯）尤為突出，其比重為0.92-0.93g/cm3，低壓聚乙烯（高密度聚乙烯）密度較大，約0.94g/cm3    b.吸水性小    c.透氣性好。聚乙烯結(jié)構(gòu)對稱，是非極性材料，因而其透氣性好。比重越大透氣性越小、反

7、之透氣性越大。低密度聚乙烯透氣性為聚氯乙烯的30-50倍。    d.機械性能。聚乙烯機械性能與結(jié)晶度有密切關(guān)系。同類聚乙烯結(jié)晶度越高，其軟化點、剛性、抗強強度越高，伸率越小。因此高壓聚乙烯比低壓聚乙烯柔軟。2.化學(xué)穩(wěn)定性    聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性與結(jié)晶度有關(guān)，結(jié)晶度越高，耐化學(xué)穩(wěn)定性越好。   a.耐酸性好。   b.耐堿性好。   c有機溶劑。聚乙烯在室溫或溫度不超過60環(huán)境下不溶于一般有機溶劑。3.電性能   a.小而穩(wěn)定的介電系數(shù)

8、。   b.低的介質(zhì)損耗角正切。4.耐寒性5.耐環(huán)境應(yīng)力龜裂性6良好的加工工藝性能7.耐老化性能1.2.2聚乙烯的缺陷   1.聚乙烯耐電暈、光熱老化、氧老化性能低。   2.聚乙烯分子之間引力小，因而熔點低、機械強度不高、蠕變大   3.容易產(chǎn)生環(huán)境應(yīng)力開裂。   4.容易形成氣隙、延燃等缺陷。   聚乙烯改性：在保留其長處的前提下，最大限度地彌補其短處。比如交聯(lián)聚乙烯。1.3 交聯(lián)聚乙烯XLPE   交聯(lián)聚乙烯是通過對聚乙烯加入某些輔助劑，用一定的方法

9、實行對聚乙烯進行改性所得到的一種網(wǎng)狀高分子物，耐熱性、耐光氧穩(wěn)定性以及物理機械性能大為提高。1.交聯(lián)劑DCP簡介   DCP為低分子過氧化物，分子量270   DCP外觀為無色或白色粉狀結(jié)晶體，在38以上熔化，分解溫度為132。   DCP是一種苯基過氧化物，因而易燃燒，遇強酸易爆，存貯時按危險品處理，放置于干燥陰涼處避光、防潮保存。   DCP貯存期不超過一年。2.防老劑（抗氧劑）3潤滑劑4.填充劑5.聚乙烯樹脂交聯(lián)聚乙烯的硫化機理   聚乙烯交聯(lián)是將線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，由可溶可熔轉(zhuǎn)化為

10、不可溶不可熔的分子結(jié)構(gòu)，通過交聯(lián)提高耐熱性，改進機械性能。物理交聯(lián)：射線輻照交聯(lián)DCP的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)機理1.分解奪氫交聯(lián)附屬反應(yīng)硅烷交聯(lián)反應(yīng)機理1形成自由基(引發(fā)反應(yīng))2.乙烯基硅烷接枝到聚乙烯鏈上(接枝反應(yīng))3.在溫水條件下交聯(lián)1.4 聚丙烯（PP）   聚丙烯是由丙烯烴聚合反應(yīng)而得的含有碳氫元素的立體規(guī)整性高分子化合物。其密度小，比重僅為0.90.91g/cm3，外觀很象高密度聚乙烯，呈白色蠟狀固體，比聚乙烯透明。聚丙烯由于具有很好的物理機械性能，其表面硬度和耐環(huán)境應(yīng)力龜裂性比聚乙烯要高，聚丙烯塑料是非極性材料，具有很好的電氣絕緣性能，其介電常數(shù)較小、介質(zhì)損耗角正切值t

11、g較低、體積電阻和擊穿場強較高，而且在廣闊的頻率范圍內(nèi)不發(fā)生變化，由于吸水性很小，可以用作高頻絕緣材料（如通信電纜中用于泡沫聚丙烯絕緣），聚丙烯還具有較高的耐熱性和耐化學(xué)穩(wěn)定性。可用作各種電線和電力電纜絕緣，同時由于它柔韌、耐磨，還可以作電纜的保護層。用于電線電纜的聚丙烯往往加入一定比例的聚異丁烯，以改善耐寒性，提高擠出工藝性。2. 擠出設(shè)備 塑料擠出機組通常由放線及放線張力裝置、校直裝置、線芯予熱裝置、主機、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、計米器、耐壓裝置、牽引裝置、收線張力調(diào)節(jié)裝置、排線和收線機構(gòu)組成。2.1 輔助裝置1、放線裝置   對放線機構(gòu)的基本技術(shù)要求：放線速度要均衡而不應(yīng)

12、有跳動；線盤的裝、御要方便、迅速；動轉(zhuǎn)靈活、安全可靠性大；能為連續(xù)生產(chǎn)提供保障。2、校直裝置   校正線芯，防止因線芯的彎曲而產(chǎn)生偏芯。3、預(yù)熱裝置   烘干半制品，這對于以吸濕性材料作墊層繞包的半制品，通過預(yù)熱能有效的烘除其中的水分和濕氣，防止潮氣的作用使護套中出現(xiàn)氣孔的可能；對于絕緣層，尤其是薄壁擠出，不能允許氣孔的存在，線芯在擠出前通過高溫預(yù)熱，進行徹底清除表面水分和油污，還可減小溫差，穩(wěn)定擠出量，保證擠出質(zhì)量。4、冷卻裝置   實現(xiàn)塑料由粘流態(tài)往高彈態(tài)、玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變。   冷卻的主要形式有風(fēng)冷和水冷。5、耐

13、壓試驗裝置   為了發(fā)現(xiàn)并消除線芯塑料絕緣層的薄弱結(jié)構(gòu)，及時發(fā)現(xiàn)擠出的缺陷，最大限度地減少廢品。6、牽引裝置   實現(xiàn)電線電纜擠塑過程的邊疆直線運動。型式有輪式和履帶式。7、收排線機構(gòu)    實現(xiàn)收線盤制品排列均勻、整齊。8、其它輔助裝置    包括計米器、印字裝置等。2.2 主機    塑料擠出機組的主機，即螺桿擠出機。擠出機由控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和擠壓成型系統(tǒng)組成。1、擠出機的控制系統(tǒng)   包括加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及工藝測量系統(tǒng)。 &#

14、160; 加熱系統(tǒng)：電纜絕緣及護套擠出是根據(jù)熱塑性塑料變形我特性，使之處于粘流態(tài)進行的。塑料擠出機控制系統(tǒng)中的加熱系統(tǒng)就是實現(xiàn)塑料物態(tài)轉(zhuǎn)變的重要設(shè)施。冷卻系統(tǒng)：   包括螺桿冷卻和機身冷卻。   塑料擠出是在加熱情況下進行的，而擠出機在開始連續(xù)工作后，又是一個磨擦生熱的過程，導(dǎo)致溫度升高，當(dāng)溫度升高過大，則會生產(chǎn)“燒焦”和塑料的分解。為防止擠出過程中溫度過高，須對螺桿和機身進行冷卻，以達到塑料擠出的“最佳塑化溫度”。參數(shù)測量系統(tǒng)：螺桿轉(zhuǎn)速、負荷，收線速度、擠出機各段溫度及各段加熱電流等。2、擠塑機傳動系統(tǒng)   包括齒輪和皮帶

15、的機械傳動。3、擠塑機的擠壓成型系統(tǒng)    主要包括：加料裝置、機筒、螺桿、過濾板、機頭及模具。    加料裝置：分自動加料和手動加料。    機筒：由內(nèi)、外套筒組成。內(nèi)套與外套共同接受電加熱，對機身起“熱源”作用，與螺桿配合，實現(xiàn)對塑料的破碎、軟化、融熔、塑化、排氣并壓實，向成型系統(tǒng)連續(xù)而均勻地輸送膠料的作用。螺桿：擠出機的“心臟”，只有螺桿的運動才能完成塑料擠出。螺桿的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生剪切力，使塑料破碎；螺桿的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生推力，使破碎的塑料連續(xù)前進并因此產(chǎn)生擠出壓力，并由這個擠出壓力的作用，在篩板及壓力所及的其他

16、部位產(chǎn)生反作用力，造成塑料的迥流及攪拌，從而實現(xiàn)擠塑過程的全面均衡。螺桿的分段及各區(qū)段的基本職能：(1) 加 料段：主要是對塑料進行壓實和輸送。(2) 塑化段：作用是將加料段送來的塑料進一步壓實和塑化，將塑料中夾有的空氣壓回到加料口處排出，并改善塑料的熱傳導(dǎo)性能。(3) 均化段：作用是將塑化段已經(jīng)塑化好的粘流態(tài)塑料，使之定壓、定量和定溫地從機頭中擠出。濾板：作用是過濾塑料中的雜質(zhì)，在使用的同時還應(yīng)填加4080目不等的不銹鋼絲網(wǎng)。濾板最重要的作用是壓力調(diào)節(jié)和實現(xiàn)膠料由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動的功能。機頭：作用是使出膛的膠料進一步壓實，為成型提供較為密實結(jié)構(gòu)的膠料。3. 擠塑原理  

17、;  擠出機擠出原理是利用螺紋形狀的螺桿在加熱的料筒中旋轉(zhuǎn)，將料斗中送來的塑料向前擠壓，使塑料逐漸受熱，均勻塑化，通過機頭和模具，將塑料擠包在線芯上。 1、擠出過程中塑料的流動機理塑料在擠出機中完成可塑成型是一個復(fù)雜的物理過程，即包括了破碎、融熔、塑化、排氣、壓實并最后成型。擠出過程可分為三個階段：塑化段，成型段，定型段。(1)塑化段   指塑料的混合、熔融和均化，它是在機筒內(nèi)完成的。經(jīng)過螺桿的旋轉(zhuǎn)作用，使塑料由顆粒狀固體變?yōu)榭伤芑恼沉黧w。塑料在塑化階段取得熱量的來源有兩個方面：一是機筒外部的電加熱，二是螺桿放置時產(chǎn)生的磨擦熱。起初的熱量是由機筒外部的電加熱產(chǎn)生

18、的，當(dāng)正常開車后，熱量則由螺桿旋轉(zhuǎn)物料在壓縮、剪切、攪拌過程中與機筒內(nèi)壁的磨擦和物料分子間的內(nèi)磨擦產(chǎn)生。(2) 成型段   它是在機頭內(nèi)進行的。由于螺桿旋轉(zhuǎn)和壓力作用，把粘流體推向機頭，經(jīng)機頭內(nèi)的模具使粘流體成型為所需要的各種尺寸和形狀的擠包材料，并包覆在導(dǎo)體或纜芯外。(3) 定型階段   它是在冷卻水槽中進行的。塑料擠包層經(jīng)過冷卻后由無定型的塑料狀態(tài)變?yōu)槎ㄐ偷墓腆w狀態(tài)。2、擠出過程中塑料的流動狀態(tài)   螺桿的旋轉(zhuǎn)使塑料推移，由于機頭中的模具、過濾網(wǎng)和過濾板的阻力，使塑料在前進中產(chǎn)生反作用力，這使塑料在螺桿和機筒中的流動復(fù)雜化。通常將

19、塑料的流動狀態(tài)看成是由正流、倒流、橫流和漏流這四種流動形式組合的。(1) 正流：物料沿著螺槽向機頭方向流動，也即正方向流動。這種流動是由螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠造成的，塑料的擠出就是由這種流動產(chǎn)生的。(2) 逆流：逆流與正流的方向相反，它是由機頭，模具，過濾網(wǎng)等對塑料反壓力所引起的。所以也稱反壓流動。(3) 橫流：沿X軸方向也就是與螺紋相垂直方向的流動。它也是螺桿旋轉(zhuǎn)時推擠所造成的流動。塑料沿X方向流動，到達螺紋側(cè)壁時，料流便向Y方向流動，以后又被料筒或螺桿擋住，不得不改變流向，這樣便形成了環(huán)流，這種流動對物料的混合，熱交換和塑化影響很大，但對總的生產(chǎn)影響不顯著，一般都不考慮。(4) 漏流：漏流也是由于

20、螺桿頭部模具、機頭、濾網(wǎng)等對塑料的反壓力引起的，漏流不是在螺槽中運動，而是產(chǎn)生在螺紋頂端和料筒之間，螺桿與料筒的間隙通常很小，所以流動速率要比正流和逆流小得多，漏流一般講是我們擠塑不歡迎的，漏流過多會造成一部分塑料在機身內(nèi)停留時間過長，使料變爛、變粘，甚至導(dǎo)致塑料分解。3、擠出質(zhì)量   擠出質(zhì)量是指：塑料的塑化情況是否良好，幾何尺寸是否均一。   決定塑化狀況除塑料本身之外，主要是溫度和剪切應(yīng)變率及作用時間等因素，擠出溫度過高不但造成擠出壓力的波動，且導(dǎo)致塑料的分解，因此擠出溫度應(yīng)按工藝溫度控制。外施溫度必須留有余地，使其充分塑化往往依賴于擠出中的熱交換

21、和塑料在擠出過程中的受熱時間的處延長。確保塑化的重要考慮之一是提高螺桿旋轉(zhuǎn)時塑料所產(chǎn)生的剪切應(yīng)變率，以達到機械混合均勻，擠出熱交換均衡，并由此為塑化均勻提供保障。幾何尺寸均一，指外徑的均勻及徑向厚度的一致，即消除所謂的“竹節(jié)形”和“偏芯”。4. 擠出工藝技術(shù)4.1  溫度控制   由于塑料品種的不同，甚至同種塑料（如PE）由于其結(jié)構(gòu)組成的不同，其擠出溫度也不盡相同。   各種塑料擠出盡管使用溫度高低不一，但都有一個普遍規(guī)律，即從加料段到?？谥苟加幸粋€溫度低高低的變化規(guī)律。   加料段采用低溫，變這是由加料段承擔(dān)的“任務(wù)”決定

22、的，加料段權(quán)產(chǎn)生足夠的推力，機械剪切并攪拌混合，如溫度過高，使塑料早期熔融，不但導(dǎo)致擠出過程中的分解，而且引起“打滑”，造成擠出壓力波動，并且過早熔融而致混合不充分，塑化不均勻，所以這段溫度一般用低溫。熔融段溫度要有較大幅度的提高，這是因為塑料在該段要實現(xiàn)塑化的緣故，只有達到一定的溫度才能確保大部份組成得以塑化。   均化段，塑料在熔融段已大部份塑化，而其中小部份高分子組成尚未開始塑化，而進入均壓段，這部份組成盡管很少，但其塑化是必須實現(xiàn)的，而其塑化的溫度往往需更高，因此均化段的擠出溫度有所升高是必要的，有些時候（在擠出穩(wěn)定后），可以維持不變，而賴以塑化時間的延續(xù)，實現(xiàn)充分塑化。機脖的溫度要保持均壓段的溫度或稍有降低，這是因為塑膠出過濾板后變旋轉(zhuǎn)運動為直線運動，且由濾板將塑膠分散為條狀物，必須在其熔融態(tài)將其彼此壓實。機頭承接已塑化且由機脖壓實的膠料，起繼續(xù)擠壓使之密實作用。塑膠在