電線押出基本原理

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電線押出基本原理

一、押出機構(gòu)造二、螺桿的形式三、押出能量計算四、押出量的簡單計算法五、螺桿型式的決定六、馬達容量決定七、加熱、冷卻裝置八、溫度測定與控制九、機頭十、眼模

十一、依線徑(押出量)選定機臺十二、如何選用眼模及眼模調(diào)整十三、押出溫度十四、抽真空的效果十五、冷卻的效果

十六、常用塑膠押出(PVC、PP、PE)十七、發(fā)泡塑膠的押出

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電線押出基本原理介紹

一.押出機的構(gòu)造:

此處所討論的押出機,係指可將配料好的膠粒(PVC.PP.PE),使其熔融可塑化的設(shè)備,稱可塑化押出機,而所使用的螺桿只更一支,所以又稱為單螺桿可塑化押出機(SingleScrewPlasticizeExtruder).如圖二所示.

1-1.單螺桿押出機的構(gòu)成,如圖2所示.最重要的部分為內(nèi)藏螺桿的螺缸.

塑化流程為,加料斗參與固形原料→經(jīng)螺缸內(nèi)熔融可塑化後→由末端眼模成形押出,螺缸末端設(shè)更蜂巢板,用以支持濾網(wǎng)并作為螺缸與機頭的接續(xù)部分密封用.1-2.螺缸的加熱冷卻尋常都用電熱及風扇為主.部分場合設(shè)更夾層而採用油熱或蒸汽加熱,螺

桿轉(zhuǎn)數(shù)由幾十轉(zhuǎn)至幾百轉(zhuǎn),係由馬達經(jīng)減速齒輪而轉(zhuǎn)動亦更採用DC馬達或變速馬達.

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二.螺桿的形式

PP用螺桿為例,(如圖3所示).其螺旋從根部直通到前端,這種螺桿稱為螺旋螺桿(Full-FlightScrew),以螺缸內(nèi)徑65mm為代表值,稱65mm螺桿及65mm押出機.a.螺距與螺缸內(nèi)徑一致為65mm.b.螺旋廊寬為內(nèi)徑的1/10即6.5mm.

c.螺桿外徑略小於螺缸,其外徑約小於螺缸的1/250~1/100.

d.加料斗側(cè)的部分更一段溝深一致,稱為供料部.(FeedSection)圖3中供料部溝深9.8mm,長度為390mm.相當於螺缸內(nèi)徑的6倍,亦即為6D.

e.螺桿中間部分,溝深漸淺部分稱為壓縮部(CompressionSection),長度845mm,相當於13D.

f.在螺桿末端亦更溝深一致部分,稱為計量部.(MeteringSection),其溝深為2.8mm,長455mm相當於7D.

供料.壓縮.計量三部份合計長度為螺桿更效長度(L),其長度為1690mm.亦即26D.g.尋常螺桿以供料部6D.壓縮部13D.計量部7D來表示為主,螺桿更效用L/D來表示,即為26D.

h.溝深是以螺缸內(nèi)徑到溝底距離.如圖3.供料部的溝底為45.4mm(65-9.8*2)

i.螺桿末端計量部的溝深比供料部溝深淺.兩者間更一段溝深變化的壓縮部,螺桿供給的原料在壓縮部接受壓縮作用.其壓縮程度的大小,稱為壓縮比.(CompressionRatio)CR=〔Hf(D-Hf)〕/〔Hm(D-Hm)〕CR:壓縮比Hf:供料部溝深mmHm:計量部溝深mmD:螺桿內(nèi)徑mm

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例圖3中

CR=〔9.8(65-9.8)〕/〔2.8(65-2.8)〕=3.11

因此,圖3螺桿的表示方法為:Φ65mm.L/D26CR3.11.供料部6D.壓縮部13D,計量部7D.計量部溝深2.8mm.三.能量計算

3-1押出機的尺寸用螺缸直徑作代表,原因為:a.由螺缸的直徑,可約略決定押出量.b.押出量決定後,所需動力便可決定.

c.從螺缸的直徑,幾乎可決定押出機的個部尺寸.

d.從圖4所示,例如65mm押出機,最大押出量80kg/m,所需動力為22kw(不同材料動力不同).e.螺桿更效長與螺缸內(nèi)徑比L/D約22~26D取L/D=24螺桿更效長度為65*24=1.56M四.押出量的簡單計算法

Ｑ=｛0.9πD〔Hm(D-Hm)〕*60*N｝/106*ρ(KG/hr)D:螺缸內(nèi)徑Hm;計量部溝深mmN:螺桿回轉(zhuǎn)數(shù)rpmρ:原料比重

注1:實際押出量約為計量值得40%注2:橡膠粘度較高約為70%

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五.螺桿形式的決定

a.L/D較長的螺桿混練較好,可用於低溫押出.b.供料部需更6~7D才能確保供料穩(wěn)定均勻.

c.混練段最主要在計量部,計量段長對混練更益約需7~10D.

d.壓縮部長對粒間空氣的排除更較佳效果,NylonFEP需要短及急壓的壓縮部.

六.馬達容量決定

a.依經(jīng)驗數(shù)據(jù)所需動力為押出量0.20~0.25kwh/kg,若押出量為75kg/hr,則動力為75*(0.2~0.25)=15~18.75KW.考慮損耗則為15~18.75/0.8=18.75~23.44KW.b.深溝比淺槽螺桿,長比短螺桿需較大動力.c.粘度高樹脂需較高動力.七.加熱冷卻裝置

a.押出機加熱區(qū)分佈:「加熱部6D」「壓縮部13D」「計量部7D」

4D5D6D4D4D4D機頭C1C2C3C4C5120℃180℃230℃230℃210℃圖5加熱區(qū)的分派與溫度設(shè)定

C1.C2供料部間距可大,且可以不加冷卻裝置.C3~C5需較精確溫度,固間距亦小,且須裝冷卻裝

置.

b.加熱裝置更帶型,鑄鋁,鑄黃銅加熱器等.特別情況亦更用誘導(dǎo)電流加熱裝置.

c.冷卻裝置更冷風扇,夾層水冷,油加熱冷卻等.

d.尋常Φ65mm以下用帶型加熱器+冷風扇組合,Φ65mm以上若重視加熱能力則用鑄鋁加熱器,300℃以上則採用鑄黃銅加熱器.

e.夾層水冷是在須要強制冷卻及精確溫度的場合.八.溫度測定與控制

a.押出溫度左右成品的良莠,溫度控制與計測則為重點.

b.溫度計測以熱電偶感溫棒為主.

c.控制一般以O(shè)N/OFF為主,近來被比例式所代換,比例式為快達到設(shè)定溫度時電流會自動變小而加熱程度自動變?nèi)踔敝翜囟鹊竭_時切斷,可得較精準溫度控制.

九.機頭

押出機頭一般皆與機頭縱向成直角,乃螺缸到眼模熔融材料的流動通路如圖6所示.a.螺缸到機投頸部要盡量短,否則流動會受阻.b.機頭內(nèi)容積要盡量小,避免回流及停滯.c.流道要直且平滑,避免島形或急大急小.

d.如圖7,為使圓周方向更均等流動速度,流路由普通型改為2分割或4分割.e.機頭內(nèi)璧與心軸間隙影響亦大,一般塑膠約3~6mm,橡膠為5~8mm.

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十.眼模

電線押出眼模分為加壓型(PressureType)與套管型(TubingType)兩種.

a.圖8加壓眼模押出場合:熔融材料在加壓下押出到導(dǎo)體上,材料與導(dǎo)體密著性好,表面良好,一般絕緣及厚層外被押出常使用.b.圖9套管眼模押出場合,熔融材料呈管狀押出,押出後引落而包在芯線上.必要時(較大引落如NylonFEP)絕緣與導(dǎo)體間可用真空抽吸,使絕緣緊密避免氣泡發(fā)生.套管眼模優(yōu)點為絕緣厚度較均一,密著力較小,細導(dǎo)體剝皮時較不易斷。

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c.眼模設(shè)計要領(lǐng)

(1)內(nèi)導(dǎo)角度必須是銳角,才不會產(chǎn)生旋渦死角.如圖11.

(2)眼模出口部平行段長度,稱廊長.設(shè)計時依線種及料別而定.(3)孔徑大小要與線種協(xié)同.

(4)眼模材質(zhì)尋常用硬剛製作,也更用鎳鉻合金,工具鋼來製造.加工成型硬化處理表面研磨鍍硬鉻即成.材質(zhì)硬度約RockwellC60~62鍍硬鉻厚度約3~50μ.

(5)調(diào)整偏芯用螺釘應(yīng)採用耐高溫耐壓鋼材,以鎳鉻合金剛,鎳鋼,鉻鋼,鉬鋼等材料為主.(6)引落比,如圖12所示.在套管眼模為重要設(shè)計條件,引落比為成品線絕緣層截面積與甫出眼模,材料截面積(眼模開環(huán)面積)之比.

DR=(DD2-DG2)/DCW2-DW2)

DR:引落比.DD2:外眼孔徑DCW:完成線外徑DG:內(nèi)眼廊外徑DW:導(dǎo)體或芯線外徑

6-1套管押出引落比,因材料不同而異,引落比:LDPE~1.5,HDPE~1.2,PVC~1.5,NYLON厚4~8,NYLON薄9~25,FEP140~160.

6-2眼模廊長,以線徑D為準,一般為0.5~2.0D,線徑很大時,廊長最長為25mm.因再長時不但對眼困難,且對押出阻力大,亦不得宜.

6-3一般不用引落,即引落比為1,因塑料熱脹性,為求得較好外徑.眼?？陕源蟪善窂?6-4外眼?？讖?在套管式押出場合:

DD=√DR(DCW2-DW2)+DG

6-5內(nèi)眼廊外徑,則以內(nèi)眼孔徑與2倍廊段厚度為準,一般視材質(zhì)強度愈薄愈好.十一.依線徑(押出量)選定機臺

如前所述,螺桿尺寸直接影響壓出能力,而押出機作業(yè)取押出能力80%左右運轉(zhuǎn)，

最為適當。並且押出量的大小會引影響生產(chǎn)速度，例如，用料１２〃５６KG/KM的CAT.5外被，如下表選用φ６５mm押出機，其押出速度＝（１００×０〃８）÷

１２〃５６＝６〃３７KM/hr＝106M/min.；若選用φ９０mm押出機，其押出速度＝（２００×０〃８）÷１２〃５６＝１２〃７KM/hr＝２１２M/min.押出機選用應(yīng)以押出速度（押出量）及螺桿性能為考量，其它給線,卷取,印字機等亦需一併考量.

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十二.如何選用眼模及眼模調(diào)整

12-1一般原則.絕緣選加壓眼模,外被選用套管眼模

12-2電線押出眼模一般皆以一圓形錐(銳角)與眼模廊組成.如圖13

12-3押出阻力在廊段是很大的,速度加快其壓力亦相對加大,超大壓力造成押出表面不良速度放慢表面良好.

12-4減輕壓力(阻力),最好的辦法是廊段改小,但高分子更彈性記憶,廊段過小,表面亦差,故改善方式為將眼模廊段改為二階或三階可減低壓力.

12-5眼模調(diào)整:內(nèi)外眼距大(或過小)的場合,其間流動材料會發(fā)生逆流而起旋渦,造成表面粗糙,易偏芯,及押出量不穩(wěn),最正確間距應(yīng)為押出厚度1.5~3倍.

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十三.押出溫度

13-1電線押出溫度隨材料別,機器螺桿型式,長度,回轉(zhuǎn)數(shù),押出量等不同而更差異.各材料概略押出溫度為PVC140℃~190℃,PEMI:3~6約140~170℃,MI:1~2約170~200℃,PP約200~230℃,FEP約380~420℃.

13-2一般押出溫度.因材料內(nèi)部更摩擦熱,溫度上升約10~20%,上升時間約10~30分鐘,故剛開機30分鐘內(nèi)需檢查押出狀況,調(diào)降溫度至最適當狀態(tài).

13-3押出作業(yè)技術(shù)員常會在未押線前檢查螺桿,擠出PVC粒,剛開始更粒狀擠出,其次是較硬料擠出,溫度需要再上升使材料充分膠化變軟,不可加網(wǎng)膜,上蜂巢片及關(guān)機頭押出.待塑料充分膠化表面光滑後，再加網(wǎng)膜

13-4電線押出時,熔融材料與導(dǎo)體接觸部分,因高溫急冷,造成押出層應(yīng)變殘留,殘留的應(yīng)變在未緩和前凍結(jié)固化(冷水槽),成品便發(fā)生熱收縮,熱纏繞,熱老化及密著性變差等現(xiàn)象,薄層押出更嚴重.正常押出。

13-5導(dǎo)體預(yù)熱器利用誘電加熱法,如圖17所示.係將通過的導(dǎo)體當成二次線圈,而誘起渦電流加熱在瞬間加熱導(dǎo)體.

13-6導(dǎo)體預(yù)熱在薄絕緣押出為必要條件,能改善押出層特性,如表5所示.另導(dǎo)體乾燥及淨化作用亦不可忽略,一般淨化是導(dǎo)體進眼模前加羊毛氈,導(dǎo)體預(yù)熱一般需在80℃以上才更效果.

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十四.抽真空的效果

14-1套管眼模押出時,為使押出的時候押出層與芯線或?qū)w間更良好的密著性,可利用真空抽吸法.真空抽吸裝置如圖18所示,從內(nèi)眼後方利用.真空抽吸耦合器.在導(dǎo)體或芯線入口部設(shè)置墊圈(或密閉型圓筒),真空抽吸最主要的是壓力的平穩(wěn),可在真空泵與機頭間設(shè)置一振動防止槽,另壓力調(diào)整需能微調(diào).14-２真空抽吸裝置.主要用在高引落比材料如FEP及Nylon.

十五.冷卻的效果

15-1押出電線經(jīng)冷卻水槽冷卻定型,厚絕緣或被覆押出在急冷條件下,先從表面硬化,內(nèi)部冷卻較慢,於是收縮不同產(chǎn)生氣泡及內(nèi)應(yīng)力殘留,造成產(chǎn)品不良.15-2採用分段冷卻,子水槽用80~90℃熱水,而後分段降低溫度,直至常溫為止,可防止不良.

15-3薄壁押出一般用徐冷方式可改善成品特性,可加長空冷時間來改善(機頭和子水槽距離加長).

15-4印字場合,第一段用熱水,噴字可加長空冷距離.

15-5水槽短,押出速度高時,需注意電線需充分冷卻,才不致變形,15-6一般PE,PP,SR-PVC,子水槽均需加熱分段冷卻.

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十六.常用塑膠押出:PVC.PP.PE16-1共通點:

a.可用共通的押出設(shè)備.b.所用的眼模一致.c.其它輔助設(shè)備一致.

不同點:

a.押出溫度不同.

b.所需混煉的程度不同.

c.比重不同押出量各異.

d.PVC粒先配色,PP.PE用色母攪拌後押出.

16-2PE粘度較低,要得到良好的混煉度,需更多更密的網(wǎng)膜,增加背壓.

16-3PVC因加填充劑而熱摩擦係數(shù)較大,但在190℃以上會因脫鹽酸而焦化,故網(wǎng)膜密背壓大時會更反效果.表6注用塑膠的押出溫度表供參考.

十七.發(fā)泡塑膠的押出

17-1發(fā)泡的目的在使製品輕量化,並加強可繞曲性,同時可降低材料成本,但降低材料的介電係數(shù)才是主要目的.

17-2發(fā)泡劑本身更吸濕性,故材料及成品保存時,需注意保持乾燥,芯線保存時間長,重新投產(chǎn)需低溫乾燥.

17-3材料介電係數(shù)降低,靜電容量變小,而靜電容量一定時,介電係數(shù)降低,可減小芯線OD(厚度).

17-4發(fā)泡度增加,則強度變低.

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17-5發(fā)泡度的測量方法：

17-5-1利用密度測定法計算，所謂發(fā)泡度乃是指發(fā)泡體中，含更多少百分比的氣體，故可用下式表示：P＝（d0－d/d0）×100＝（1－d/d0）×100d：發(fā)泡體密度

d0：未發(fā)泡基材的密度17-5-2比重小於1的測量方法：

a、先秤發(fā)泡體的空重W1。

b、再將發(fā)泡體與法碼用極細銅絲綁起來吊在液體中秤重W2。c、最後秤出法碼在液體中重W3。則比重為：

D＝W1/W1-（W2-W3）×ρW1：發(fā)泡體的空重。

W2：發(fā)泡體與法碼在液體中重。W3：法碼在液體中重ρ：液體的比重。17-5-3簡便測定發(fā)泡體比重：

切取已去導(dǎo)體的絕緣體長100，中間標示、45、50、55、60、65、70等刻劃，將待測線浸泡酒精後，再放入裝水試管，所讀出刻劃如為60，則D＝L/100＝60÷100＝0.60即為比重，此方法可在生產(chǎn)線作簡略比對用途。L：發(fā)泡體在水中所讀出刻劃。17-6發(fā)泡押出眼模的選定：

發(fā)泡體押出由於材料為出眼?？卺?，才減壓發(fā)泡，所以完成外徑的控制,要取決於發(fā)泡程度而定，對於眼模的選定，亦同樣受發(fā)泡度所支配，若以A表示發(fā)泡前、後截面積的增加率。則A與發(fā)泡度的關(guān)係，如表10所列，而依A值的數(shù)學(xué)定義，可得到以下公式：

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發(fā)泡後所增加截面積A：Dcw2－Dw21+A=

Dd2－Dw2Dd=外眼孔徑

Dcw=完成孔徑如圖19所示Dw=導(dǎo)體外徑

於是，發(fā)泡押出外眼孔徑，即可利用前式反推：

Dcw2+ADw2Dd2=A+1A值如表10所示

∴Dd2=

Dcw2+ADw2A+1

當發(fā)泡度、完成外徑及導(dǎo)體外徑?jīng)Q定時，外眼孔徑可用公式求出：例：若導(dǎo)體外徑：0.82mm，完成外徑：4.6mm，希望發(fā)泡度45%則

Dcw=4.6mm，Dw=0.82mm，A=0.45

Dd2=

4.602+0.45*0.822＝0.45+121.461.45

=3.85mm

17-7發(fā)泡押出條件的影響

發(fā)泡押出時發(fā)泡劑要把握其在螺缸內(nèi)分解，分解氣熔入高壓的熔融材料中，如欲使氣泡細密均勻，則進入機頭的材料最好仍保更少量未分解的發(fā)泡劑，當材料脫離眼?？诘膭x那，這些未分解的發(fā)泡劑，便成為分解的核心，而材料中過飽和的溶解氣便在核心周圍，呈微細均勻的氣泡。發(fā)泡劑在螺缸內(nèi)生成的機構(gòu)，如圖20所示。而出眼模的發(fā)泡過程如圖21所示。

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若螺缸中發(fā)泡劑已完全分解，則作為中心的核數(shù)減少、氣泡數(shù)減少的結(jié)果押出後便發(fā)粗泡，押出條件與分解(發(fā)泡)時機的密切協(xié)同，才能令發(fā)泡所產(chǎn)生的氣壓與成核條件雙方搭配，得到均勻細密發(fā)泡的相乘效果。a.押出溫度對發(fā)泡的影響：

發(fā)泡押出作業(yè)，押出溫度條件，對發(fā)泡特性的良莠占重要地位，押出溫度必須與發(fā)泡劑分解溫度充分派合，才能製造出良好特性的成品。

a-1.溫度對發(fā)泡度狀態(tài)的變化，如圖22所示，溫度偏低時?發(fā)泡數(shù)少，當溫度逐漸昇高時?發(fā)泡數(shù)亦逐漸提高，達到某一最正確溫度時?發(fā)泡均勻細密，發(fā)泡度亦達最高點，溫度再上昇?則氣泡粗大化，並更破碎的現(xiàn)象，整個過程如圖22中的a、-b、-c。(每種發(fā)泡料DataSheet都更註明最高發(fā)泡度)

b.螺桿回轉(zhuǎn)數(shù)的影響：

螺桿回轉(zhuǎn)數(shù)與押出材料溫度及壓力更密切的關(guān)係，回轉(zhuǎn)數(shù)增加?則因摩擦熱而使材料溫度上昇，並因押出量提高而使押出壓力增大，尋?；剞D(zhuǎn)數(shù)增加?發(fā)泡度亦增加，氣泡構(gòu)造更加細密，直達某一限度為止，超過此限度則效果下降。REV1.06/05/01

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押出問題解說

一、表面不亮

1.提高押出溫度

2.增加空冷段距離3.烘烤塑料，除去濕氣4.外眼廊段過長

二、線材表面污痕(水痕)－經(jīng)過噴氣環(huán)時造成

1.保持空壓機氣體乾燥

2.增加氣壓將線確實吹乾

3.保持水槽清潔度(杜絕油漬、油墨)

三、表面小腫塊或擊起物－水濺到導(dǎo)體造成

1.隔離水氣

2.烘烤塑料

3.保持導(dǎo)體乾燥及過預(yù)熱機

四、表面收縮不平整－快速冷卻造成

1.分段冷卻－第一段水槽加熱水

2.空冷－將第一段水槽往後移，增加空冷距離(太遠會造成膠料滲入導(dǎo)體，剝皮時斷導(dǎo)體)

3.降低押出溫度

五、PE絕緣小腫塊－從眼模中流出1.模溫太低－用火焰噴眼模2.使用廊段較短眼模3.押出前烘烤膠粒

六、絕緣材料中更氣泡

1.增加押出機(螺缸)壓力－增加網(wǎng)膜張數(shù)或目數(shù)，或增加螺桿壓縮比

2.使用線溝螺桿

3.增加螺桿更效長度

4.押出溫度過高，塑料高溫發(fā)泡

七、絕緣碎裂

1.使用流線型眼模，杜絕流道更島形料產(chǎn)生

2.分流梭改成2分割或胡桃型的3、4分割型3.降低押出速度

4.增加原料混合時溫度(或押出溫度)

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八、導(dǎo)體斷線

1.捲取機張力調(diào)整過大

2.齒輪齒齦太小或變形造成張力加大3.庫存溫度太低更濕氣或?qū)w氧化4.銅屑堵塞內(nèi)眼模5.銅線進眼模前掉出導(dǎo)輪6.導(dǎo)體延伸率過高

7.培林脫離滑輪槽，或?qū)w纏住導(dǎo)輪8.導(dǎo)體線徑太?。瓘埩Σ蛔?.內(nèi)眼模太小10.絞線跳股

九、絕緣厚度偏芯

1.內(nèi)眼磨損或尺寸不符，造成導(dǎo)體不在中心

2.外眼磨損不圓

3.外眼、內(nèi)眼及稱架不在同一中心線上4.外眼未確實定位在稱套上5.眼模尺寸錯誤－過大或過小6.銅屑堵在內(nèi)眼模上

7.導(dǎo)體進眼模前掁動過大

8.內(nèi)、外眼及稱套未對位鎖緊

9.固定螺栓中更塑料未清除乾淨，造成模具偏移10.內(nèi)眼模未鎖緊在內(nèi)模支架上11.膠化不足(冷膠)

十、絕緣更氣泡1.導(dǎo)體污髒

2.銅線軸法蘭片生銹3.降低色母比例4.擦拭油污羊毛氈太髒5.更換網(wǎng)膜

6押出溫度過高

十一、收線軸排線不良1.捲取張力過低或過高

2.排線速度太快或太慢－速度應(yīng)調(diào)速讓線落在前一層兩線間凹槽上3.收線軸法蘭片傾斜

4.收線軸培林損壞造成傳動軸搖晃5.排線設(shè)定總寬和收線軸總寬不一

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十二、排線單邊或兩邊過高1.排線桿定位銷調(diào)太寬

2.線軸法蘭片傾斜變形3.排線定位銷失靈或滑動

4.排線桿離合器或齒輪磨損，造成速度不一5.排線面板過度磨損

6.扁平線附著在法蘭片上

十三、絕緣顏色錯誤

1.比色儀標準設(shè)定值錯誤2.比色儀測試器孔徑比線材大3.色母混合時分散性不足4.混煉溫度過高，造成焦料變色

5.押出螺桿上更焦料，造成押出異色

6.材料遮掩性不足，押深色導(dǎo)體顯現(xiàn)色差

十四、絕緣外徑不圓

1.外眼內(nèi)徑太大或不圓

2.押出溫度過高，造成膠料下垂3.內(nèi)眼表面磨損造成表面凹陷

4.未冷卻線材，在水槽前磨擦變形5.冷卻不足收線

十五、水泡、氣孔

1.膠粒更濕氣2.導(dǎo)體更濕氣3押出溫度過高

十六、無光澤，絞路表面

1.