物理發(fā)泡絕緣工藝

1、物理發(fā)泡絕緣工藝物理發(fā)泡方法具有發(fā)泡度高、較低的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角tg，降低了電纜衰減，發(fā)泡均勻性好、發(fā)泡孔細(xì)密、密閉、生產(chǎn)效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)和好處，適應(yīng)了當(dāng)今通信發(fā)展的傳輸頻率越來(lái)越高，要求傳輸電纜的帶寬越來(lái)越寬的要求。物理發(fā)泡絕緣在CATV、數(shù)字傳輸系統(tǒng)、要求低衰減傳輸測(cè)試等電纜上，獲得廣泛采用。物理發(fā)泡絕緣生產(chǎn)線設(shè)備的關(guān)鍵部分是：氣體注入和氣體流量控制系統(tǒng)，擠出機(jī)和機(jī)頭，冷卻水槽長(zhǎng)度和牽引控制，直徑/電容自動(dòng)反饋控制系統(tǒng)。一.發(fā)泡機(jī)理物理發(fā)泡是利用塑料擠出過(guò)程中直接注入氣體或液態(tài)氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)泡。物理發(fā)泡是采用氣體作發(fā)泡劑，所以消除了化學(xué)發(fā)泡劑的弊端，即絕緣體內(nèi)不存在化學(xué)發(fā)泡方法產(chǎn)生的殘

2、余物或水份，使絕緣的介質(zhì)損耗大幅度下降。物理發(fā)泡可消除化學(xué)發(fā)泡的許多工藝加工限制，易于制得泡孔微小、發(fā)泡均勻的優(yōu)質(zhì)絕緣。物理發(fā)泡絕緣材料由基本樹脂（絕緣塑料）、發(fā)泡劑和成核劑構(gòu)成。成核劑是一種細(xì)密微粒、散熱化學(xué)吹塑劑；在物理發(fā)泡和獲得良好的泡沫結(jié)構(gòu)，并使電纜具有良好的電性能方面，成核劑起著至關(guān)重要的作用。成核劑類型對(duì)泡沫絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣電性能影響較大。成核劑的濃度在保證最佳電性能基礎(chǔ)上，應(yīng)使其盡可能最小。物理發(fā)泡過(guò)程中為了易于泡孔生成，還在PE材料中添加一定量的成核劑，常用的主要成份為偶氮二酰胺。成核劑通過(guò)混料攪拌均勻地分布于熔融PE中，經(jīng)過(guò)一定的高溫誘導(dǎo)期后分解放熱，形成一個(gè)個(gè)“微核”。成核劑

3、比例高則意味著熔體中“微核”的密度高，它將導(dǎo)致泡孔生長(zhǎng)的壓力增加，這時(shí)生成的泡孔比較細(xì)密。然而由于有機(jī)成核劑分解產(chǎn)生小等極性分子，對(duì)降低絕緣的介電常數(shù)極不利，但只要能做到均勻分布就不會(huì)對(duì)電纜的駐波性產(chǎn)生不利影響。物理發(fā)泡法主要應(yīng)用于聚乙烯，也同樣應(yīng)用于氟塑料。進(jìn)行物理發(fā)泡時(shí)，聚合物（即PE絕緣料）應(yīng)同成核劑混合，同時(shí)把氣態(tài)或液態(tài)的發(fā)泡劑注入熔融的聚合物中，并令其從熔解狀態(tài)析出，使之在擠出過(guò)程中不斷產(chǎn)生凝聚中心與氣泡。成核劑能使氣泡的大小及分布變得均勻。通常使用的發(fā)泡劑有氟利昂-11、氮?dú)猓∟2）、二氧化碳。目前，采用較多的是氮?dú)獍l(fā)泡及氟碳代用品發(fā)泡等。氮?dú)獍l(fā)泡是通過(guò)壓縮空氣啟動(dòng)注入水泵，在一定

4、的壓力下使氮?dú)飧邏罕蒙龎?，并通過(guò)穩(wěn)流閥進(jìn)行控制，然后從噴頭把氮?dú)庾⑷霐D出機(jī)中。當(dāng)?shù)獨(dú)庠诟邏鹤饔孟?，像霧狀一樣噴入擠出機(jī)內(nèi)熔融的聚乙烯之中，同時(shí)與聚乙烯中的成核劑發(fā)生核化，擠出后在空氣中，形成發(fā)泡絕緣。而氟碳及代用品發(fā)泡是將液化的氟碳發(fā)泡劑定量注入擠出機(jī)后迅速氣化，熔融于融化狀態(tài)的聚乙烯中形成氣泡。氮?dú)馕锢戆l(fā)泡的主要過(guò)程就是將氮?dú)馊芙庥谌廴诘木垡蚁≒E）之中，形成微細(xì)的泡孔結(jié)構(gòu)。在擠出機(jī)機(jī)筒內(nèi)，含有少量成核劑的PE料經(jīng)加熱攪拌充分塑化后，將氮?dú)庾⑷搿Ｅc氮?dú)獾淖⑷雺毫i1.9P0(P0為機(jī)筒內(nèi)壓力,即熔體壓力)時(shí),氮?dú)饬鞯淖⑷胨俾蕿橐羲?在音速注氣的條件下可保證單位時(shí)間內(nèi)氮?dú)獾淖⑷肓空扔诘獨(dú)?/p>

5、的壓力。為了增加氮?dú)獾娜芙舛?，機(jī)筒氮?dú)庾⑷攵蔚膲毫σ话惚３衷?00bar以上，而先進(jìn)的氮?dú)庾⑸湎到y(tǒng)可提供50700bar范圍內(nèi)，波動(dòng)在±1bar穩(wěn)定氮?dú)饬鳎?bar=105Pa）。氮?dú)庾⑷牒?，?jīng)過(guò)攪拌，氮?dú)庠谌垠w中處于過(guò)飽和狀態(tài)。當(dāng)熔體擠出后，由于高壓環(huán)境突然消失，于是氮?dú)庠诔珊藙┲車纬纱罅课⑴菘?，此后進(jìn)入泡孔生長(zhǎng)期。更多的氮?dú)庥扇垠w溢出進(jìn)入微泡孔。泡孔隨著內(nèi)部壓力的升高，克服泡壁的內(nèi)應(yīng)力而脹大。同時(shí)絕緣外層冷卻，又在內(nèi)部形成一定的壓力環(huán)境，最后整個(gè)發(fā)泡絕緣層冷卻固定化。成長(zhǎng)期的微環(huán)境分析對(duì)于控制泡孔的質(zhì)量至關(guān)重要。熔體溫度高的情況下，粘度下降，彈性增大，泡孔成長(zhǎng)容易，但泡孔成長(zhǎng)過(guò)

6、度則又會(huì)產(chǎn)生泡孔合并現(xiàn)象，而通常不希望出現(xiàn)這種情況。因?yàn)殡娎|的阻抗均勻性要好，對(duì)泡孔就要求均勻細(xì)密，另外熔體的粘度下降也不利于內(nèi)導(dǎo)體的定位，是產(chǎn)生“空心”現(xiàn)象的一個(gè)因素。而熔體溫度低，則氣泡生長(zhǎng)的臨界壓力值升高，不利于達(dá)到高發(fā)泡度。泡沫絕緣的泡沫發(fā)展和穩(wěn)定，產(chǎn)生于聚合物在出擠出機(jī)機(jī)頭時(shí)，絕緣材料的發(fā)泡度程度，除和基本樹脂、成核劑配比有關(guān)外，基本是靠控制氣體的注入量來(lái)調(diào)節(jié)；為了獲得所希望的發(fā)泡度，注入氣體的流量可參照以下公式：FDD2 Pk×LS×SA×(1 )BD上述公式中：LS擠出線速度；SA擠出絕緣厚度；BD、FD基料和發(fā)泡料的密度；P注入氣體的壓力；D注入氣

7、體噴咀尺寸。注入的氣體被溶解在加壓狀態(tài)下的熔融聚合物里，被充分分解，在擠塑過(guò)程中產(chǎn)生核化和形成氣泡。二.工藝設(shè)備及工藝設(shè)計(jì)擠出機(jī)需要有檢測(cè)中段、機(jī)頭等多處壓力的裝置，最好以擠出壓力作為整條生產(chǎn)線的基準(zhǔn)參數(shù)。螺桿的設(shè)計(jì)，在其前段可加BM段，利于料的塑化，并設(shè)置防止料、氣倒流的“瓶頸”。在后段逐步加壓，設(shè)置穩(wěn)流段。螺桿要油冷或水冷控溫。熔體從螺桿擠出后通過(guò)計(jì)量泵（齒輪泵）穩(wěn)定出膠量。齒輪泵的齒要細(xì)，其配合和密封要好，轉(zhuǎn)速最好是使用變頻高速器控制。高壓氮?dú)庾⑸湎到y(tǒng)，范圍50700bar，其穩(wěn)定性、密封要好。內(nèi)導(dǎo)體預(yù)熱設(shè)備要有足夠的功率，能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體溫度調(diào)節(jié)范圍在常溫150。芯線的牽引要穩(wěn)定而有力。冷卻

8、水槽要有足夠的長(zhǎng)度。對(duì)于大規(guī)格物理發(fā)泡同軸電纜來(lái)說(shuō)，直徑1050mm絕緣，高達(dá)80%左右的發(fā)泡度，要使其滿足均勻、密閉，低損耗的要求，生產(chǎn)條件已達(dá)到了極限。設(shè)備的可靠性，工藝條件的要求甚高。由于成核劑分解誘導(dǎo)期較長(zhǎng)且具有突發(fā)性，擠出后仍有殘余，故?？跍囟纫?，否則在高溫環(huán)境中，絕緣層的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)泡孔過(guò)生長(zhǎng)，導(dǎo)致泡孔破裂、并泡，大小不均，甚至產(chǎn)生開孔狀態(tài)破壞絕緣結(jié)構(gòu)。另外其分解要放熱，也會(huì)導(dǎo)致絕緣粘度下降，同心度不穩(wěn)定。工藝實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)成核劑含量0.5%左右即能滿足要求，且單對(duì)發(fā)泡度而言，PE發(fā)泡料產(chǎn)品在恰當(dāng)工藝條件下均可達(dá)到80%以上。高密度聚乙烯（HDPE）的介電常數(shù)為2.35，而低密度聚乙烯

9、（LDPE）的介電數(shù)常數(shù)約為2.32，兩種成分的配比對(duì)產(chǎn)品電性能影響不大，一般建議HDPE：LDPE=80：20，LDPE成份的增加有利于絕緣發(fā)泡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，而HDPE對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有好處。PE發(fā)泡料的熔體溫度一般為180，實(shí)際上由于注氣段之前塑化段較短，溫度應(yīng)設(shè)置得高一些，以實(shí)現(xiàn)熔體較充分的塑化。機(jī)頭區(qū)域溫度要降低，整個(gè)溫度設(shè)置由前到后逐步收斂，呈類似正弦波分布曲線，效果較好。氮?dú)獾淖⑷胛恢迷跈C(jī)身的中段，其工藝參數(shù)的設(shè)置對(duì)能否實(shí)現(xiàn)高發(fā)泡度至關(guān)重要。由分子熱力學(xué)原理可知分子熱運(yùn)動(dòng)越快（溫度高），密度越大，其表現(xiàn)出來(lái)的壓力越大。隨著熵的增加，分子熱運(yùn)動(dòng)不一樣的兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)生交流后，將趨于均衡。理論推導(dǎo)

10、可得：當(dāng)Pi1.9P0時(shí),注氣速度Vi等于音速,如圖52所示,其中Pi為注氣壓力,P0為熔體壓力;NL(Nimar Lotre)為折算常態(tài)(1bar)時(shí)的體積(升),h為小時(shí)。實(shí)際上此處的Vi的氮?dú)夥肿佑勺庀到y(tǒng)進(jìn)入機(jī)筒和由機(jī)筒進(jìn)入注氣系統(tǒng)的差值的宏觀表現(xiàn)。注入機(jī)筒的氮?dú)饨?jīng)過(guò)攪拌溶解于塑料熔體，在溫度一定的情況下，其溶解度正相關(guān)于熔體壓力，故在注氣段，熔體應(yīng)保持較高壓力，在工藝調(diào)試中通常需使其處于150bar200bar。而為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的音速注氣，注氣壓力應(yīng)在350bar以上。P0P0圖52a)半壓力式b) 壓力式A為模芯內(nèi)徑，B為模套內(nèi)徑，C為定徑區(qū)長(zhǎng)度圖5-3 模具結(jié)構(gòu)型式通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算會(huì)發(fā)

11、現(xiàn)氮?dú)庾⑷肓繒?huì)遠(yuǎn)高于絕緣中包容的氣體體積，這有兩方面的原因。其一是因?yàn)樽庾斓淖饬渴窃谌粘B(tài)環(huán)境注入的時(shí)計(jì)量的，此時(shí)在微觀上返回注氣嘴的分子數(shù)可忽略不計(jì)，而在向高壓溶體注氣時(shí)，雖然仍是音速注氣，但流量則有了較大的減少。其二，當(dāng)熔體擠出?？跁r(shí)，熔體中的壓力環(huán)境由100bar級(jí)降至10bar級(jí)，在絕緣冷卻的過(guò)程中，其溫度由450K降至300K，這樣泡孔中將殘留35bar的壓力，有時(shí)絕緣做得不理想，有較多大泡孔時(shí)，剖開絕緣會(huì)聽漏氣聲。由于壓力正比于分子數(shù)，所以絕緣中包容的氣體體積是常壓下的數(shù)倍。另外，不論發(fā)泡工藝做得如何好，仍有許多氮分子留存于泡壁中（非氣態(tài)）。由于物理發(fā)泡絕緣層厚度為泡沫結(jié)構(gòu)，冷

12、卻時(shí)由外向內(nèi)逐步固化，過(guò)程很慢，這易導(dǎo)致內(nèi)層向外層收縮而脫離內(nèi)導(dǎo)體，故采用壓力式或半壓力式模具，見圖5-3。傳統(tǒng)上將圖5-3a所示結(jié)構(gòu)稱為壓力式（即擠壓式模具），這里將其稱為半壓力式模具。圖b結(jié)構(gòu)為雙錐度型式，設(shè)計(jì)了一個(gè)約3.5度倒角的長(zhǎng)錐（在模套上）。實(shí)踐證明，對(duì)物理發(fā)泡絕緣擠出來(lái)說(shuō)，圖5-3b結(jié)構(gòu)式適應(yīng)范圍較廣，即模套內(nèi)徑對(duì)擠出的絕緣外徑的影響并不敏感。作為經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于物理發(fā)泡絕緣，內(nèi)導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，其模具結(jié)構(gòu)尺寸為：式中：P絕緣發(fā)泡度（%）；d內(nèi)導(dǎo)體直徑；D模芯外徑；A 模芯內(nèi)徑；B 模套內(nèi)徑；C 模套承線嘴長(zhǎng)度，單位取為mm。電纜所需的發(fā)泡度P，它是根據(jù)絕緣的等效介電系數(shù)r來(lái)確定。r212P（

13、1）/212P（1）×式中：絕緣材料的介電系數(shù)；P絕緣的發(fā)泡度。有資料推薦，聚乙烯類短承線徑雙圓錐形模子（十字機(jī)頭4/6）的模子尺寸是所需發(fā)泡程度的函數(shù)。Die=(1-E)×Do+E×Dd三.擠制中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法（1）“空心”現(xiàn)象。“空心”現(xiàn)象的出現(xiàn)一般有兩種情況，絕緣截面中間出現(xiàn)大泡孔（見圖5-4a），意味著模具承線段熔體壓力不足，絕緣因而欠充實(shí)，在發(fā)泡過(guò)程中造成氮?dú)膺^(guò)多過(guò)快的逸出。這種情況通常也伴隨著熔體從模口擠出的透明段過(guò)短，發(fā)泡錐過(guò)陡。處理辦法是將模套同模芯的距離增大（模套伸出一段），同時(shí)增加穩(wěn)流泵轉(zhuǎn)速，以增加承線段處熔體壓力，這也意味著內(nèi)徑小的

14、模套有利于得到高質(zhì)量的絕緣泡沫結(jié)構(gòu)，當(dāng)然模套內(nèi)徑不能小于極限值（此時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速升高，絕緣外徑也只能達(dá)到標(biāo)稱值）。絕緣截面內(nèi)層出現(xiàn)大泡孔現(xiàn)象（見圖5-4b），最可能是因?yàn)閮?nèi)導(dǎo)體的預(yù)熱過(guò)高。（2）偏心泡沫絕緣擠出后很長(zhǎng)距離的緩慢冷卻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍未定形，再加上泡沫層厚而密度低，冷卻水的浮力較大，因而易于產(chǎn)生偏心現(xiàn)象。解決的方法是采用較低的擠出熔體溫度，并采用空氣、水分段地間隔冷卻，以減低浮力的影響。（3）殘余應(yīng)力的存在 當(dāng)絕緣存在著殘余應(yīng)力時(shí)，切斷絕緣線芯后，絕緣層會(huì)沿內(nèi)導(dǎo)體有一定量的回收縮。殘余的應(yīng)力對(duì)電纜的安裝及使用影響很大，可能導(dǎo)致使用中電纜與連接器脫離，另外也不利于連接器的裝配。殘留應(yīng)力通常是

15、由于拉伸比過(guò)大而引起的。解決的方法有兩點(diǎn)：可通過(guò)提高擠出壓力的設(shè)定，模芯、模套的距離縮短一些，出線速度下降一些來(lái)加以調(diào)整，可在不影響泡孔質(zhì)量情況下提高內(nèi)導(dǎo)體的預(yù)熱，以增加內(nèi)層的粘度。（4）工藝調(diào)試中的其他問(wèn)題 原則上說(shuō)對(duì)于很多問(wèn)題的解決都應(yīng)該從以下四方面考慮：即材料、模具、熔體、環(huán)境條件、絕緣冷卻。擠出機(jī)中熔體的壓力、溫度環(huán)境需用細(xì)致分析，利用它們與螺桿的轉(zhuǎn)速、溫度，以及齒輪泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系，調(diào)整到較理想的發(fā)泡狀態(tài)。由于大尺寸、高發(fā)泡度的絕緣制造基本上已處于設(shè)備與工藝的極限，因此工藝參數(shù)調(diào)整幅度要小。有時(shí)重要參數(shù)的微小變化也會(huì)導(dǎo)致意料不到的結(jié)果。 圖54 兩種空心現(xiàn)象的狀態(tài)四.物理發(fā)泡絕緣的隔層（

16、共擠）擠出技術(shù) 為擴(kuò)大現(xiàn)有CATV電纜絕緣的物理發(fā)泡擠出工藝的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是將它推廣到薄層絕緣的高速擠出，以滿足話纜生產(chǎn)的需要，新開發(fā)的物理發(fā)泡絕緣的隔層擠出技術(shù)，擠出的絕緣為實(shí)心內(nèi)層、發(fā)泡絕緣層、外層組型的三層結(jié)構(gòu)，這種新工藝可同時(shí)滿足CATV電纜、小型同軸電纜和現(xiàn)代通信電纜的需要。用這種工藝生產(chǎn)的話纜線芯與用化學(xué)發(fā)泡法話纜線芯相比，它的絕緣質(zhì)理更好，生產(chǎn)費(fèi)用更低。1，三層絕緣與傳統(tǒng)的話纜發(fā)泡絕緣技術(shù)不同的是，隔層擠出工藝可使絕緣獲得內(nèi)層、發(fā)泡層和外層的三層結(jié)構(gòu)。各層均有特別的作用，其中：內(nèi)層擠包在導(dǎo)體上，這是一層很薄的實(shí)心層，標(biāo)稱厚度為10m，它使得導(dǎo)體和絕緣層間有良好的附著性；因厚度很

17、薄，故對(duì)絕緣整體的電性能影響很小。發(fā)泡層作為絕緣介質(zhì)，要求其發(fā)泡度盡可能高。對(duì)于話纜而言，計(jì)算和實(shí)際生產(chǎn)均傾向要求有60%的發(fā)泡度；對(duì)于較厚的絕緣層（如小同軸電纜），發(fā)泡度高達(dá)70%。聚乙烯通常用作發(fā)泡層的材料。外層則可保證機(jī)械強(qiáng)度和良好的表面質(zhì)量，提高整個(gè)絕緣層的耐磨性。目前話纜絕緣用的聚乙烯也適用于表層材料。外層的厚度約為50m，它取決于電纜的結(jié)構(gòu)和要求。2，十字機(jī)頭的特性 多層擠出是通過(guò)一個(gè)三層十字機(jī)頭實(shí)現(xiàn)的，它能保證各層間有適當(dāng)?shù)恼持?，尤其是?nèi)層和導(dǎo)體的粘附性。由于在機(jī)頭中熔融滯留的時(shí)間較短，故線芯所受的應(yīng)力較小。在機(jī)頭中保持各層的等量和連續(xù)的聚合物流量是十分重要的，可以保證導(dǎo)體上的

18、絕緣層的穩(wěn)定的性能。3，發(fā)泡劑對(duì)于CATV電纜的生產(chǎn)，通常使用氣體注入法，N2和CO2均可作為發(fā)泡齊應(yīng)用于隔層擠出工藝。以N2作為常用的發(fā)泡劑，并在壓力下采用超聲法（超音速）將N2注入擠出機(jī)中。4，擠出機(jī)組隔層擠出發(fā)泡工藝適用于通信電纜及小型同軸電纜的制造，其生產(chǎn)線可由話纜絕緣生產(chǎn)線對(duì)擠出機(jī)改型而成，其它如牽引、冷卻、各檢測(cè)系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)則是相同的。隔層擠出機(jī)組由以下設(shè)備組成：NMT6030D型主擠出機(jī)；主擠出機(jī)的高聚物喂料機(jī)；NMT3024D型內(nèi)層擠出機(jī)；NMT4524D型外層擠出機(jī)；三層（擠出）十字機(jī)頭；N2注入器；擠出機(jī)機(jī)身；十字機(jī)頭以及氣體注入器控制柜。盡管物理發(fā)泡擠出法對(duì)溫度的變

19、化并不敏感，但對(duì)于螺桿的設(shè)計(jì)和擠出溫度的控制還應(yīng)作特別考慮。主擠出機(jī)用于發(fā)泡料（發(fā)泡絕緣）的擠出，并被設(shè)計(jì)成適用于物理發(fā)泡法生產(chǎn)，該機(jī)的機(jī)身比傳統(tǒng)的擠出機(jī)長(zhǎng)，螺桿的長(zhǎng)徑比為30：1。在注入N2之前，聚乙烯必須處于熔融狀態(tài)；在注入N2期間的壓力變化應(yīng)盡可能小，以使N2以恒定的流量注入融體；以后N2必須在融體中分解，這時(shí)壓力的變化也應(yīng)該很小，以適合絕緣層的擠出。4，主要設(shè)備的特殊要求（1）主擠出機(jī) 要求它提供穩(wěn)定的擠出量進(jìn)入模口，由于它的溫度控制區(qū)域較大，故溫度控制必須精確可靠。（2）喂料 在擠出機(jī)料斗的母料中加入成核劑。為使發(fā)泡得當(dāng)，成核劑在高聚物中分散均勻是十分重要的若分布不均，則會(huì)使泡沫變大

20、且呈不規(guī)則形狀。（3）內(nèi)層擠出機(jī) 內(nèi)層應(yīng)盡可能薄，導(dǎo)體上的內(nèi)層厚度越薄，則要求擠出機(jī)的擠出量越穩(wěn)定。（4）外層擠出機(jī) 外層擠出機(jī)必須具有化學(xué)發(fā)泡法所需的條件，高聚物擠出量應(yīng)穩(wěn)定，熔融需均勻。當(dāng)用化學(xué)發(fā)泡法時(shí)，對(duì)其外層的性能要求與物理發(fā)泡法相同。（5）機(jī)頭 隔層擠出工藝對(duì)絕緣層的同心度要求很高，故要求十字機(jī)頭能同時(shí)擠出符合要求的三層不同厚度的絕緣層。（6）N2注入機(jī)組 要求注入氣流量長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠。采用氣流注入法能保證氣流恒定地進(jìn)入聚合物的熔融體。 （7）控制系統(tǒng) 在紅控制主要包括控制線芯電容和線芯外徑的控制。電容控制是通過(guò)變動(dòng)可伸縮的冷卻槽位置和調(diào)節(jié)注入到融體中的N2數(shù)量來(lái)完成的。采用發(fā)泡絕緣隔

21、層擠出生產(chǎn)的通信電纜線芯絕緣，其優(yōu)點(diǎn)可歸納為：機(jī)械性能和電性能良好，電容變化和絕緣厚度變化十分穩(wěn)定。生產(chǎn)費(fèi)用低。由于高發(fā)泡度，可采用廉價(jià)的原料，以及絕緣外徑減小能相應(yīng)地減少護(hù)套料的用量。所生產(chǎn)的新穎話纜結(jié)構(gòu)是可行的。高發(fā)泡度能使電纜的絕緣厚度縮小，在與傳統(tǒng)話纜相同外徑的條件下，新穎話纜可以容納更多的線芯對(duì)數(shù)，并提高了同口徑管道的電纜傳輸容量。工藝安全可靠。發(fā)泡劑及N2均無(wú)毒，不可燃，而且價(jià)格低廉又易于采購(gòu)。第四節(jié) 高速絕緣生產(chǎn)線 近年來(lái)，我國(guó)電纜制造行業(yè)引進(jìn)了許多條高速絕緣芯線生產(chǎn)線，大大提高了我國(guó)銅芯通過(guò)電纜的制造技術(shù)水平。該生產(chǎn)線具有高速（最大線速2500m/min）、連續(xù)（拉絲、軟化、擠

22、塑連續(xù)完成）、自動(dòng)控制（絕緣外徑、電容、絕緣破損檢測(cè)、系統(tǒng)引力、收線上下盤）等特點(diǎn)；整個(gè)生產(chǎn)線按功能分，由五個(gè)單元和一個(gè)主操作柜組成。如圖55所示，其五個(gè)功能單元分別是：（1） 拉線單元：包含兩個(gè)銅桿盛線筒、高放線架、銅導(dǎo)體拉線機(jī)。（2） 韌煉單元：包含導(dǎo)體預(yù)熱、韌煉、張力擺輪。（3） 擠塑單元：包含預(yù)熱機(jī)、輔助張力機(jī)、主擠出機(jī)、輔助擠出機(jī)（生產(chǎn)發(fā)泡/實(shí)芯皮絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)，擠出實(shí)心皮用）、噴淋式冷卻水槽、牽引機(jī)（帶噴淋，最大線速20002500m/min）。（4） 檢測(cè)單元：包含水中電容試器、高壓測(cè)試器、絕緣外徑測(cè)試器（光電式，XY雙向）。（5） 收線單元：包含張力擺輪、收線機(jī)（兩個(gè)收線盤自動(dòng)切換

23、、上下盤）。操作高速絕緣線芯生產(chǎn)時(shí)，必須對(duì)傳統(tǒng)的各自獨(dú)立的拉線、韌煉及擠塑工藝相當(dāng)熟悉，重要的是十分了解這三道工序連成一體后的相互制約因素。 圖55高速絕緣生產(chǎn)擠出線一.拉線 1.銅桿和銅導(dǎo)體由銅桿拉制而成.為滿足高速、連續(xù)生產(chǎn)，銅桿應(yīng)為具有圓整截面、質(zhì)量均勻一致、無(wú)雜質(zhì)的無(wú)（低）氧銅桿。經(jīng)大拉，提供拉線機(jī)進(jìn)線所需規(guī)格的硬銅線。若拉線機(jī)是17模的，進(jìn)線銅線直徑可以是2.5或2.6mm（拉出的銅導(dǎo)體直徑為0.400.80mm），或1.8mm（拉出的銅導(dǎo)體直徑為0.32mm）。若拉線機(jī)是14模的，進(jìn)線銅線直徑可以是2.5mm（拉出的銅導(dǎo)體直徑為0.5mm）或2.00mm（拉出的銅導(dǎo)體直徑為0.40

24、mm）。2.配模在正常情況下，導(dǎo)體從拉線機(jī)出口模出來(lái)之后，直到制成電纜成品，它的直徑變化大約為10%o，考慮到容差，拉線機(jī)出口?？讖皆瓌t上應(yīng)配成比導(dǎo)體標(biāo)稱直徑大8%o左右。但是若整個(gè)電纜生產(chǎn)性能良好，附加額外張力很小的話，從節(jié)約原材料考慮，可將出口?？讖脚涞眯⌒＠€機(jī)出口模和進(jìn)口模之間各模的孔徑間隔，以盡可能減少銅導(dǎo)體在拉制過(guò)程中所受張力為原則。拉絲模應(yīng)全是鉆石模，出口?？讖讲粓A度在2%o之內(nèi)。表51列出幾種拉線機(jī)的參考模具配置情況。表51 拉線機(jī)模具配置表拉線機(jī)種類銅桿直徑（mm）導(dǎo)體直徑（mm）模具個(gè)數(shù)進(jìn)口模孔徑（mm）出口?？讖?4模拉線機(jī)2.502.000.500.4014142.2

25、41.800.5040.40417模拉線機(jī)2.502.502.502.500.900.500.400.32101517152.452.452.451.750.9040.5040.4040.328日本SWCC17模拉線機(jī)2.602.602.602.602.600.900.700.650.500.4010121315172.452.452.452.452.450.8980.6980.6480.5040.4043.拉線潤(rùn)滑液拉線潤(rùn)滑液又稱乳濁液,它的作用有三個(gè)：潤(rùn)滑,減少銅線與拉線模的摩擦；濾銅屑,將在拉線過(guò)程中產(chǎn)生的銅屑濾去,以免堵塞拉線模；降溫,通過(guò)潤(rùn)滑液的循環(huán),將拉線時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走。拉線潤(rùn)滑

26、液的濃度應(yīng)控制在57%，溫度控制在3040，供應(yīng)量適度，否則將引起斷線頻繁，導(dǎo)體變色、變細(xì)等。4.操作要點(diǎn)拉線機(jī)操作比較簡(jiǎn)單，先根據(jù)導(dǎo)體直徑選定調(diào)速桿檔位，從銅桿盛線筒向高放線架、拉線機(jī)引線，根據(jù)工藝卡配模、穿模、打開潤(rùn)滑液閥門點(diǎn)動(dòng)試?yán)?，檢驗(yàn)拉成的導(dǎo)體是否符合工藝要求。二.韌煉 韌煉單元由五個(gè)導(dǎo)輪、三個(gè)電極輪，三個(gè)吹干器及一個(gè)張力擺輪所組成，如圖56所示。 圖56韌煉裝置示意圖1. 導(dǎo)體預(yù)熱電極輪1與2之間為導(dǎo)體預(yù)熱段，對(duì)于高速連續(xù)韌煉來(lái)講，導(dǎo)體預(yù)熱是必須的。預(yù)熱段長(zhǎng)度可調(diào)（有些生產(chǎn)線是固定的）。預(yù)熱段長(zhǎng)度長(zhǎng)，銅線韌煉難；反之，韌煉易。一般以導(dǎo)體直徑0.6mm為界，當(dāng)導(dǎo)體直徑大于0.6mm時(shí)，

27、應(yīng)適當(dāng)縮短導(dǎo)輪2與3之間的距離。2. 韌煉與冷卻在電極輪2與3之間，右側(cè)為韌煉段，左側(cè)及下部為冷卻段。韌煉段充滿蒸氣，冷卻段充滿冷卻水。這里是軟化的關(guān)鍵，有幾個(gè)問(wèn)題應(yīng)予重視。1） 蒸氣壓力應(yīng)控制制在1525Kpa，供應(yīng)量適度。2） 冷卻水溫度應(yīng)控制在4050，供應(yīng)量要滿足，不能含有空氣。尤其是電極輪，它也是充滿水的，在它的轉(zhuǎn)動(dòng)軸處有一水封，要經(jīng)常檢查，以防漏氣。韌煉用的冷卻水最好是軟水，呈中性；水口也可加些防氧化劑，目的是提高銅線的長(zhǎng)期抗氧化能力。軟化水及蒸氣處理不當(dāng)亦是導(dǎo)致斷線頻繁，導(dǎo)體變色、變細(xì)，延伸率不足的重要原因。3. 吹干器吹干裝置由一個(gè)帶孔的吹干模和兩個(gè)稍大些的吹干器組成，如圖47

28、所示。它們的作用是將從拉絲單元帶來(lái)的潤(rùn)滑液及軟化水全部吹拌。吹干用的壓縮空氣應(yīng)供應(yīng)充足，吹干模配置要恰當(dāng)，參見表45。表52 吹干模配置表 導(dǎo)體直徑（mm）0.320.400.500.90吹干?？讖剑╩m）0.40.500.601.004. 張力擺輪(1)張力擺輪(1)主要是通過(guò)一個(gè)同步傳感器來(lái)調(diào)節(jié)拉線、韌煉和牽引之間的同步。如圖57所示，它以牽引速度為基準(zhǔn)，根據(jù)張力擺輪（1）受導(dǎo)線張力而擺動(dòng)的位置來(lái)隨時(shí)微調(diào)拉線和韌煉的送線速。這里有一個(gè)拉線機(jī)與韌煉的同步問(wèn)題。當(dāng)拉線機(jī)與韌煉機(jī)合用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，它們是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的；當(dāng)拉線機(jī)與韌煉機(jī)各用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們是通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)同

29、步的。一般在起動(dòng)和停止時(shí)，總是用機(jī)械或電氣的方法使拉線機(jī)先起來(lái)后停，韌煉機(jī)后起先停，以免導(dǎo)體受到過(guò)大的張力。張力擺輪（1）上有一個(gè)平衡法碼，法碼向B調(diào)節(jié)時(shí)張力減小，法碼向A調(diào)節(jié)時(shí)張力加大。5. 電極輪軟化電極輪有兩種，一種是導(dǎo)電帶與電極輪連成一體的，導(dǎo)電帶系用耐磨合金材料制成，使用壽命長(zhǎng)，但磨損后要更換整個(gè)輪子。另一種導(dǎo)電帶與電極輪是可分離的，導(dǎo)電帶采用鍍鎳金屬材料制成，其壽命在正常情況下是2個(gè)月。鍍鎳導(dǎo)電帶當(dāng)帶上有小疵點(diǎn)時(shí)會(huì)打火，如果不及時(shí)用砂紙打磨，打火點(diǎn)會(huì)越來(lái)越多，直至造成斷線，使導(dǎo)電帶壽命縮短。因此每天開機(jī)前應(yīng)對(duì)電極輪的導(dǎo)電帶進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)有打火點(diǎn)，一定得處理好再開機(jī)。6. 軟化電壓

30、與電流軟化電壓與電流是軟化單元最重要的參數(shù)。根據(jù)電阻公式及歐姆定律有： 因電極輪2與3的相對(duì)位置固定，故L為常數(shù)，導(dǎo)體截面S為變量，則SR I 或S R I因工藝控制是調(diào)節(jié)電壓的，故可將V看成自變量，I看成因變量，于是只要根據(jù)導(dǎo)體S的不同來(lái)分別設(shè)定V即可。在大多數(shù)引進(jìn)生產(chǎn)線上除了給出韌煉電壓指示外，還給出電極輪1與2的預(yù)熱分流電阻和電極輪2與3的韌煉電流指示。最高韌煉電壓為60V，韌煉電流為600A。韌煉電流所產(chǎn)生的熱量=0.24I2Rt,由此可知，雖然在韌煉時(shí)調(diào)節(jié)的是電壓，但因電流I、導(dǎo)本電阻R、牽引速度（決定通電時(shí)間t）都是變量，故電壓值的選擇不是固定的，應(yīng)根椐所要求的軟化的導(dǎo)體質(zhì)量來(lái)選擇

31、。主要應(yīng)考慮導(dǎo)體直徑，延伸率及不氧化。不同直徑導(dǎo)體在不同牽引速度下的韌煉電壓設(shè)定值，以日本SWCC生產(chǎn)線（最大牽引速度為2500m/min）為參考，如表46所示。表53 韌煉電壓設(shè)定表 導(dǎo)體直徑（mm）0.400.500.650.90牽引速度（m/min）2100200018007501600軟化電壓（V）56605060404935397. 操作要點(diǎn)1） 檢查各導(dǎo)輪、電極輪是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。2） 檢查冷卻水、蒸氣、壓縮空氣供應(yīng)情況。3） 配好吹干模。4） 點(diǎn)動(dòng)穿線，穿線完畢關(guān)上電極輪2與3的門。5） 開始供水，若水中有空氣還要打開放水閥，讓空氣隨著水流走，再關(guān)上放水閥。6） 設(shè)定韌煉電壓值。由于

32、高速生產(chǎn)線都設(shè)計(jì)成緩起動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到設(shè)定速度，所以，韌煉機(jī)只是一定速度以上才開始上電。最高速度的生產(chǎn)線大約在線速度達(dá)到500m/min時(shí)加壓；最高速度稍低的生產(chǎn)線大約在線速達(dá)到350m/min加壓。三.擠塑擠塑單元的功能是在導(dǎo)體上擠包絕緣。導(dǎo)線絕緣是確定電纜一次參數(shù)的關(guān)鍵因素之一，所以擠塑單元是高速擠出生產(chǎn)線的核心。1. 絕緣結(jié)構(gòu)絕緣結(jié)構(gòu)主要有三種：實(shí)心、泡沫、泡沫/實(shí)心皮。其中實(shí)心絕緣用得最多，顯然它的介電強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度最優(yōu)。泡沫結(jié)構(gòu)是通過(guò)在聚烯烴材料內(nèi)添加發(fā)泡劑而得到的，評(píng)價(jià)參數(shù)是發(fā)泡度（空氣在絕緣中的占空化），發(fā)泡的目的是降低絕緣體的介電常數(shù)，從而得到較小的工作電容。反言之，當(dāng)

33、電纜外徑與工作電容要求不變時(shí)，采用發(fā)泡結(jié)構(gòu)可比實(shí)心結(jié)構(gòu)容納更多的對(duì)數(shù)。一般化學(xué)發(fā)泡法的發(fā)泡度約為33%左右，泡沫/實(shí)心結(jié)構(gòu)是在發(fā)泡絕緣體外再覆一層（薄）實(shí)心絕緣皮，其發(fā)泡度可提強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。在擠包泡沫/實(shí)心皮絕緣時(shí)，須用主、輔兩臺(tái)擠出機(jī)。圖57預(yù)熱機(jī)和輔助張力機(jī)示意圖2. 預(yù)熱機(jī)和輔助張力機(jī)預(yù)熱機(jī)與輔助張力機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖48所示，預(yù)熱機(jī)有時(shí)稱為再熱機(jī)或芯線預(yù)熱機(jī)，以區(qū)別于韌煉機(jī)的導(dǎo)體預(yù)熱。與韌煉機(jī)不同的是這里采用感應(yīng)電流對(duì)銅導(dǎo)體進(jìn)行預(yù)熱，它的作用是使銅導(dǎo)體具有一定的溫度，以利絕緣在高速擠包情況下，仍對(duì)銅導(dǎo)體有良好的附著性。從理論上講擠實(shí)心結(jié)構(gòu)的絕緣時(shí)銅導(dǎo)體溫度應(yīng)為140150，擠泡沫/實(shí)心皮結(jié)構(gòu)

34、時(shí)，銅導(dǎo)體溫度再高些。根據(jù)這一要求，預(yù)熱機(jī)電壓設(shè)定值可參考表54。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)絕緣的剝離力或發(fā)泡度，對(duì)設(shè)定值作適方的調(diào)節(jié)。表54 預(yù)熱機(jī)電壓設(shè)定值 導(dǎo)體直徑（mm）0.400.500.630.90電壓（V）35353525電流（A）35100160190輔助張力機(jī)的作用是減少導(dǎo)體的脈動(dòng),維持一個(gè)最利于擠包絕緣的張力,銅導(dǎo)體在主導(dǎo)輪與導(dǎo)輪5之間至少要繞三圈(圖48)，以足夠的長(zhǎng)度來(lái)輔助張力機(jī)對(duì)銅導(dǎo)體的張力進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整原理是：當(dāng)張力合適，主導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速成與導(dǎo)體線速相對(duì)應(yīng)；當(dāng)張力過(guò)大時(shí)主導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速略大于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體線速；當(dāng)張力太小時(shí)（脈動(dòng)顯著）主導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速略小于對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體線速。如此使導(dǎo)體獲得合適的張

35、力和最小的脈動(dòng)去接受絕緣擠包。預(yù)熱機(jī)和輔助張力機(jī)操作簡(jiǎn)便，但它們是絕緣擠包良好的重要條件，在操作中應(yīng)勤加觀察，否則將成為絕緣偏芯、剝離強(qiáng)度低、導(dǎo)體拉細(xì)等的重要原因。3. 擠出機(jī)（主、輔機(jī)）主擠出機(jī)能擠包實(shí)心或泡沫絕緣，當(dāng)需擠包泡沫/實(shí)心皮絕緣時(shí)，主擠出機(jī)擠內(nèi)層的泡沫絕緣，輔助擠出機(jī)擠外層的實(shí)心皮絕緣。雖然擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與普通擠出機(jī)基本相同，但模具采用了不調(diào)偏結(jié)構(gòu)，主、輔機(jī)可同時(shí)工作；絕緣顏色是通過(guò)色比計(jì)在本色料中添加色母料來(lái)實(shí)現(xiàn)（集中供料的亦可通過(guò)預(yù)先進(jìn)行兩次造粒來(lái)實(shí)現(xiàn)），這些都給制造技術(shù)提出了新的要求。（1） 擠出模構(gòu)造和裝模步驟由圖56所示，擠出模由模套，內(nèi)模（嵌“子彈頭”），外模

36、，模套緊固螺母，外模緊固螺母及銅線導(dǎo)向螺母等組成；若主、輔機(jī)同時(shí)工作（擠泡沫/實(shí)心皮絕緣），模套需換成有專用連接頭的，另外還要加一個(gè)分流模。內(nèi)、外模的制造精度極高，內(nèi)模采用鑲嵌式，在頭部嵌入一鉆石材料制造了“子彈頭”，外模采用鎢鋼材料制成。圖58擠出模構(gòu)造和裝模步驟根據(jù)熱張冷縮原理，裝模時(shí)應(yīng)遵循先熱后冷的原則。裝模須序是：1） 將十字機(jī)頭加熱，待其略膨脹后將模套裝入，擰緊模套緊固螺母；2） 待模套裝入稍熱略脹后將內(nèi)模裝入；3） 裝上外模擰緊外模緊固螺母；主、輔機(jī)同時(shí)工作時(shí)在3）前加以下操作：將分流模加熱待其略脹后將外模嵌入分流模，待已嵌有外模的分流冷卻后將其裝上，擰緊外模緊固螺母。4） 擰上銅

37、線導(dǎo)向螺母。在裝模時(shí)應(yīng)在各部件的接觸上涂沫二硫化鉬油，以便換規(guī)格時(shí)調(diào)換模具。（2） 色比計(jì)色比計(jì)是用來(lái)控制色母料粒的供料速度的。通常本色絕緣料的供給速度是給定的，只要合理設(shè)定色比計(jì)值，就能使本色料以一定的比例向擠出機(jī)供料，從而得到符合工藝要求的有色絕緣。一般在擠有色實(shí)心絕緣時(shí)本色料與色母料的供給比是30：1，擠包泡沫絕緣時(shí)供料比約為40：1。供料比的設(shè)定取決于本色料與色母料的各自的比重。表48給出某種進(jìn)口料的色比計(jì)設(shè)定參考（供料比為30：1）。當(dāng)刻度值小，色母粒供料快；刻度值大，則慢。）供定性了解用。供料比正確與否，以絕緣線芯的絕緣顏色是否符合工藝的要求為準(zhǔn)。 表55 色比計(jì)設(shè)定表 絕緣顏色藍(lán)

38、桔綠棕灰白紅黑黃紫色比計(jì)刻度1.61.81.81.51.61.41.72.21.61.6（3） 輔助擠出機(jī)輔助擠出機(jī)垂直固定于主擠出機(jī)上方，可作上下運(yùn)動(dòng)；當(dāng)要擠包泡沫/實(shí)心皮絕緣時(shí)，按動(dòng)機(jī)架上的下降按扭，待其接近主機(jī)時(shí)，點(diǎn)動(dòng)，使輔機(jī)和主機(jī)上的連接頭（見圖58）吻合良好，然后擰緊連接螺母，使其不溢漏。4. 擠出機(jī)溫度的設(shè)定一般主擠出機(jī)分六段控制溫度，螺桿筒四段（C1C4），十字機(jī)頭一段（CH），模頭一段（D）；輔助擠出機(jī)分四段控制溫度，螺村筒三段（C1 C3），連接頭一段（D）。擠出機(jī)的溫度設(shè)定實(shí)踐性很強(qiáng)，以擠包絕緣塑化良好，剝離強(qiáng)度、外徑、電容符合工藝要求為目標(biāo)，以環(huán)境溫度、材料品質(zhì)、擠出機(jī)性

39、能為條件，從進(jìn)料口開始到模頭，由低到高，形成一種合理的溫度梯度。表56列出了主擠出機(jī)的溫度設(shè)定值，對(duì)于實(shí)心和泡沫絕緣（PE）都適用，只是后者溫度取值應(yīng)略大些。表57列出了擠包泡沫/實(shí)心皮絕緣的主、輔擠出機(jī)溫度設(shè)定的一個(gè)實(shí)際例子。 表56 主擠出機(jī)溫度設(shè)定值 擠出機(jī)部位C1C2C3C4CHDLDPE 溫度（）HDPE150180170195180190215190210235190210250190210250表57 一個(gè)溫度設(shè)定的實(shí)例子（泡沫/實(shí)心皮）擠出機(jī)部 位主 機(jī)輔 助C1C2C3C4CHDC1C2C3DLDPE溫度（）HFPE152180172195191215211235211250211250174180194195200229235240232250注：絕緣材料：PE，顏色：紅，導(dǎo)體直徑：0.5mm5. 冷卻水槽和牽引機(jī)高速生產(chǎn)線的冷卻水槽比較長(zhǎng)，短了絕緣冷卻不足，會(huì)造成熱縮率過(guò)大和偏芯等情況。在引進(jìn)的生產(chǎn)線中，有的冷卻水是直接射到絕緣線芯上的，對(duì)絕緣線芯阻力較大；有的冷卻水是噴霧狀的，對(duì)絕緣線芯阻力較小。在擠包實(shí)心絕緣時(shí)影響尚不大，在擠包泡沫或泡沫/實(shí)心皮絕緣時(shí)冷卻水阻力大了會(huì)造成偏心，