低煙無(wú)鹵阻燃電纜及護(hù)套擠制工藝的探討

1、低煙無(wú)鹵阻燃電纜及護(hù)套擠制工藝的探討  摘要：本文介紹了在低煙無(wú)鹵阻燃電纜的開(kāi)發(fā)中，低煙無(wú)鹵護(hù)套料的選用，以及護(hù)套擠制中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，并給出了成品電纜的測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞：低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜；性能測(cè)試；擠出工藝l 引 言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)電線電纜產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性提出了更高的要求，20世紀(jì)90年代后期國(guó)內(nèi)高分子材料的應(yīng)用技術(shù)與合成樹(shù)脂及其共混改性技術(shù)發(fā)展較快，積極推動(dòng)著線纜行業(yè)又進(jìn)入一個(gè)新材料的應(yīng)用時(shí)代。低煙無(wú)鹵阻燃材料是近幾年來(lái)出現(xiàn)的一個(gè)新型品種，其性能符合IEC92359標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)熱塑性材料的規(guī)定，所生產(chǎn)的低煙無(wú)鹵阻燃電纜已廣泛應(yīng)用于機(jī)電、地鐵和

2、高層建筑等人員比較集中的公共場(chǎng)所。目前，國(guó)內(nèi)外大公司正集中力量開(kāi)發(fā)低成本的低煙無(wú)鹵聚烯烴電纜用系列材料，以滿足激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求。和普通PVC阻燃材料相比，以聚烯烴為基料的低煙無(wú)鹵材料在著火燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大量的黑色煙霧與有害的HCI氣體，可以避免對(duì)人體健康及監(jiān)控設(shè)備造成嚴(yán)重危害，減少火災(zāi)二次損失。為了達(dá)到低煙無(wú)鹵與阻燃的技術(shù)要求，各廠家在低煙無(wú)鹵阻燃材料的配方中加入填充料(CaCO3。)、無(wú)機(jī)消煙劑、含結(jié)晶水的Al(OH)3、Mg(OH)2：及無(wú)機(jī)阻燃劑(硼酸鋅、MoO3、Al(oH)3)等助劑；由于各成分用量不一，粒徑大小及表面活化處理的效果也有差異，致使各廠低煙無(wú)鹵阻燃材料的密度差別較大，

3、性能參差不齊，而且材料的流動(dòng)性較差，擠出性能遠(yuǎn)不如普通PVC、PE料，在擠制過(guò)程中帶來(lái)了不少問(wèn)題。本文對(duì)我公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜的過(guò)程進(jìn)行總結(jié)分析與探討，以便于與同行交流。2 電纜設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)公司項(xiàng)目開(kāi)發(fā)計(jì)劃，我們查閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并收集市場(chǎng)反饋信息，結(jié)合公司多年來(lái)開(kāi)發(fā)電力電纜的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多方論證，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套A 類阻燃電纜(YJYDYWLZR(A)-061 kV 3×25)，鋁芯交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套C類阻燃電纜(YJLY23一DYWLZR(C)一061kV 4× 95)。3 原材料的選擇及

4、性能的對(duì)比原材料質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量與擠出工藝有著直接的影響，因而選擇合適的絕緣料與護(hù)套料較為重要。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，絕緣料選用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，而開(kāi)發(fā)低煙無(wú)鹵阻燃電纜最為關(guān)鍵的是低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套料的選用。針對(duì)這一關(guān)鍵材料，我們從相關(guān)生產(chǎn)廠家選用了部分材料來(lái)進(jìn)行性能測(cè)試及工藝探索，最終確定了性能優(yōu)異、擠制性能良好的低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套料。表1為我們對(duì)三個(gè)不同廠家生產(chǎn)的三種低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套料進(jìn)行了性能測(cè)試的對(duì)比。 注：1表中未加括號(hào)的數(shù)字為材料廠提供的產(chǎn)品性能指標(biāo)括號(hào)內(nèi)數(shù)字為我公司的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。2表中所瀏的各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及其試驗(yàn)方法進(jìn)行瀏試，其中部份指

5、標(biāo)是委托檢驗(yàn)中心檢瀏。4 護(hù)套擠制工藝的分析41 擠制設(shè)備由于各廠生產(chǎn)的低煙無(wú)鹵護(hù)套料性能的差異及其所含填料與阻燃劑的種類及份量各異，因而所選用的擠制設(shè)備對(duì)護(hù)套擠出性能及產(chǎn)品質(zhì)量的影響較大。在試生產(chǎn)中我們選用不同長(zhǎng)徑比與壓縮比的單螺桿擠塑機(jī)進(jìn)行護(hù)套擠制，經(jīng)試生產(chǎn)證明采用長(zhǎng)徑比為25：1，壓縮比為1：25的XJ一65型擠塑機(jī)和長(zhǎng)徑比為15：1，壓縮比為1：28的XJ一150型擠塑機(jī)擠制護(hù)套，其塑化效果好，螺桿負(fù)荷較小，護(hù)套表面質(zhì)量較優(yōu)。4，2 模具的選配采用擠塑模具進(jìn)行擠制，模具的選配可按下式計(jì)算：(1)擠制絕緣時(shí)D1=D+(0.30.8) mmD2=Dl+ (25 3)×tl mm式

6、中，D 為導(dǎo)線的直徑(mm)；D1為模芯的內(nèi)孔徑(mm)；D 為模套的內(nèi)孔徑(mm)；t1為絕緣標(biāo)稱厚度(mm)。(2)擠制護(hù)套時(shí)Dl =D + (12 15) mmD2 =Dl + (3 35)×t2，式中，D 為成纜后纜芯的外徑(mm)；D。為模芯的內(nèi)孔徑(mm)；D 為模套的內(nèi)孔徑(mm)；t 為護(hù)套的標(biāo)稱厚度(mm)。43 擠制工藝參數(shù)熱塑性低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料是以聚烯烴樹(shù)脂為基料加入優(yōu)質(zhì)高效經(jīng)活化處理或含結(jié)晶水的無(wú)鹵阻燃劑及其它改性劑經(jīng)高速混合、雙螺桿塑化、造粒而成。若儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易吸濕受潮，擠出后導(dǎo)致護(hù)套斷面有氣孔，表面粗糙，因此在擠制前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，我公司選用的三種

7、低煙無(wú)鹵護(hù)套料其中2#料所含阻燃劑較少，易擠出，設(shè)備負(fù)荷較??；1#、3#料所含阻燃劑較多，擠制時(shí)易摩擦生熱，擠制較為困難，設(shè)備負(fù)荷較大、出膠量也小。我們采用XJ一150型擠塑機(jī)擠制護(hù)套時(shí)，首先將護(hù)套料在60± 5 C時(shí)預(yù)熱干燥4 h，同時(shí)為了杜絕混入雜質(zhì)物料，擠制前用本色PE料清洗機(jī)頭、螺桿，避免混入其他材料而造成護(hù)套氣孔、脫節(jié)、孔洞及外觀差的現(xiàn)象，然后再加入低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料，擠制工藝參數(shù)如表2。44 擠制工藝分析同普通PVC、PE電纜護(hù)套料相比，由于低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料中含有較高的填充料及無(wú)鹵阻燃劑，其流動(dòng)性能較差，塑性降低、熱敏性強(qiáng)、且容易摩擦生熱，在機(jī)身內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)

8、易發(fā)生分解，產(chǎn)生大量低分子揮發(fā)物，并析出于護(hù)套的表面，導(dǎo)致辨觀有焦燒顆粒，護(hù)套斷面出現(xiàn)氣孔。因此應(yīng)選擇長(zhǎng)徑比與壓縮比合適的擠塑機(jī)，而且應(yīng)嚴(yán)格控制擠制工藝的參數(shù)。我們?cè)谟?#，2# 料擠制YJYDYWLzR(A)一061 kV 3×25 mm 電纜護(hù)套時(shí)，在設(shè)定的擠出溫度條件下，將主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為600 rmin，主機(jī)電流為130 A，發(fā)現(xiàn)電機(jī)發(fā)熱較快，且護(hù)套外觀較差，多處出現(xiàn)孔洞及不光滑現(xiàn)象，后經(jīng)調(diào)整工藝，對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)熱并將主機(jī)升速至12001350 rrain，主機(jī)電流為120 A，物料能順利擠出，產(chǎn)品外觀光滑、斷面無(wú)氣孔。由于低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料性能與擠出加工特殊性，護(hù)套擠制時(shí)

9、應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：(1)應(yīng)選用性能優(yōu)異，擠出性能良好的低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料，且密度最好控制在141±002gcm。；(2)擠制前應(yīng)在60土5 C下預(yù)熱4 h，去除材料表面吸附的水分，以免造成護(hù)套斷面氣孔現(xiàn)象；(3)適當(dāng)調(diào)整擠出濾網(wǎng)(2層、40+60目)，減少機(jī)身壓力，使物料能順暢擠出；選用長(zhǎng)徑比、壓縮比適當(dāng)?shù)臄D塑機(jī)也尤為關(guān)鍵；(4)根據(jù)設(shè)備負(fù)荷，調(diào)整出線速度與螺桿轉(zhuǎn)速，最好把螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)至額定轉(zhuǎn)速的90 ，主機(jī)電流調(diào)至額定電流的80 ，使物料在機(jī)身的壓力不太高，塑化充分的條件下擠出；(5)嚴(yán)格控制好擠出機(jī)各區(qū)段的溫度及螺桿與機(jī)身的冷卻，在保證物料充分、均勻的塑化的條件下適當(dāng)降低擠出溫度

10、，避免因過(guò)熱而導(dǎo)致材料中填充助劑、阻燃消煙劑分解出低分子物質(zhì)，從而產(chǎn)生氣孔及外觀不光滑等現(xiàn)象；(6)擠出時(shí)應(yīng)盡可能減少護(hù)套拉伸，可適當(dāng)增加護(hù)套的擠出厚度，避免因材料拉伸變形過(guò)度而造成護(hù)套脫節(jié)、孔洞等不良現(xiàn)象；出模后應(yīng)及時(shí)采取分段冷卻，以避免護(hù)套內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。表2 XJ一150擠塑機(jī)擠鑭低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴護(hù)套料的工藝參數(shù) 5 成品電纜的性能檢測(cè)將上述三種低煙無(wú)鹵阻燃護(hù)套料分別試制了三種電纜，并進(jìn)行了性能的對(duì)比試驗(yàn)(見(jiàn)表3)。從表3可知，三種低煙無(wú)鹵聚烯烴護(hù)套電纜均能滿足于使用要求，試驗(yàn)全部合格。表3 低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜性能測(cè)試 6 結(jié)束語(yǔ)新材料、新技術(shù)的發(fā)展以及市場(chǎng)對(duì)線纜產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性的需求，無(wú)疑推動(dòng)了線纜行業(yè)加工技術(shù)與新材料應(yīng)用的革命。雖然低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料與普通P