农润聚电线电缆生产技术知识

康普综合布线电线电缆生产技术知识

手艺

塑料电线电缆的主要绝缘材料和保护层材料是塑料。热塑性塑料具有优异的性能和良好的加工性能，特别适用于生产电线电缆的挤出绝缘层和保护层。生产电缆塑料绝缘层和保护层的基本方法是用单螺杆挤出机连续挤出。由于挤出机具有连续挤出的特点，塑料绝缘和护套的生产过程也是连续的。就电线电缆生产而言，产品规格和挤出件的差异往往决定了挤出设备和工艺参数的一些变化。但总的来说，各种产品和部件的挤出包覆工艺都是差不多的。以下是对挤压原理、工艺、模具类型的介绍，以通用为主，个别为辅。

'第'一节塑料挤出

一、塑料挤出的基本原理

挤出机的工作原理是:特定形状的螺杆在加热的机筒中旋转，从料斗中输送出来的塑料被向前挤压，使塑料均匀塑化(即熔融)。通过不同形状的模头和模具，将塑料挤压成各种形状的连续塑料层，包裹在线芯和电缆上。

1.塑料挤出过程

电缆的塑料绝缘和护套是用连续挤出的方法制成的，挤出设备一般是单螺杆挤出机。塑料挤出前，提前检查塑料是否潮湿或有其他杂物，然后预热螺杆，加入料斗。在挤出过程中，装入料斗的塑料靠重力或喂料螺杆进入机筒，在旋转螺杆的推力下不断前进，逐渐从预热段向均化段移动；同时，塑料被螺杆搅拌挤压，在机筒的外部加热和塑料与设备之间的剪切摩擦下，转变为粘性状态，在螺旋槽内形成连续均匀的物料流动。在工艺规定的温度作用下，塑料由固态转化为熔融的塑料物体，然后通过螺杆的推动或搅拌将完全塑化的塑料推入机头；到达模头的物流通过模芯和模套之间的环形间隙，从模套口挤出，包裹在导体或线芯周围，形成连续致密的绝缘层或护套层，然后冷却固化，制成电线电缆产品。

2.挤压过程的三个阶段

塑料挤出最重要的依据是塑料的塑性状态。塑料在挤出机中成型是一个复杂的物理过程，包括混合、粉碎、熔融、塑化、排气、压缩和最终成型。大家注意的是，这个过程是不断实现的。但传统上，人们往往根据塑料的不同反应将挤出的连续过程分为不同的阶段，即塑化阶段(塑料的混合、熔融和均化)；成型阶段(塑料的挤压成型)；凝固阶段(塑料层的冷却和固化)。

'第'一阶段是塑化阶段。也称为压缩阶段。它是在挤出机的机筒内完成的，通过螺杆的旋转，塑料由颗粒状固体变为塑性粘性流体。塑料在塑化阶段获得的热量有两个来源:一是筒外电加热；二是螺杆旋转时产生的摩擦热。起初，热量是由桶外的电加热产生的。正常启动后，在压缩、剪切和搅拌过程中，通过螺杆可选物料与筒体内壁的摩擦和物料分子间的内耗获得热量。

第二阶段是成型阶段。它是在机头中进行的。由于螺杆的旋转和压力，粘性流体被推向机头，粘性流体通过机头内的模具被成型为所需的各种尺寸和形状的挤压材料，并被包覆在线芯或导体外。

第三阶段是成型阶段。在冷却水箱或冷却管道中进行。冷却后，塑料挤出涂层从无定形的塑性状态变为固定的固态。

3.塑化阶段塑料流动的变化

在塑化阶段，塑料在沿螺杆轴向从螺杆运动到模具的过程中，经历温度、压力、粘度，甚至化学结构的变化，这些变化在螺杆的不同截面是不同的。塑化阶段根据塑料流动时状态的变化过程人为地分为三个阶段，即加料阶段、熔融阶段和均化阶段。这也是人们对挤压螺杆使用的分段方法。每个阶段对塑料挤出的影响不同，塑料在每个阶段呈现不同的形状，从而表现出塑料的挤出特性。

在进料段，首先为颗粒状固体塑料提供软化温度，其次，螺杆旋转与固定筒体之间产生的剪切应力作用于塑料颗粒，使软化的塑料破碎。最重要的是螺杆旋转产生足够连续稳定的推力和反向摩擦力，形成连续稳定的挤出压力，然后将粉碎后的塑料搅拌混合均匀，并初步进行热交换，为连续稳定挤出提供基础。这一阶段产生的推力是否连续、均匀、稳定，剪切应变率，破碎搅拌是否均匀，直接影响挤压质量和产量。

在熔融段，经过粉碎、软化和初步搅拌的旧塑料由于螺杆的推动作用，沿着螺旋槽向机头移动，从进料段进入熔融段。在这个部分中，塑料暴露于高温热，这是热源。除了机筒外的点加热外，螺杆旋转的摩擦热也起作用。但来自进料段的推力和来自均化段的反作用力使塑料在前进的过程中形成回流，这种回流发生在螺杆槽和螺杆与机筒的间隙中。回流不仅使物料混合更均匀，还增加了塑料的热交换功能，达到表面热平衡。在这个阶段，作用温度已经超过塑料的流变温度，作用时间长，导致塑料的状态发生转变，与加热料筒接触的物料开始熔化，在料筒内表面形成一层聚合物熔膜。当熔融膜的厚度超过螺杆顶部与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺杆刮下，聚集在前进的螺杆前面，形成熔池。由于筒体和螺纹根部之间的相对运动，材料在熔池中产生循环流动。螺杆边缘后面有一个固体床(固体塑料)。当物料沿螺旋槽前进时，熔融段螺旋槽的深度向均化段逐渐变浅，固体床不断被推向机筒内壁，加速了机筒向固体床的传热过程。同时，螺杆的旋转对机筒内壁的熔膜产生剪切作用，使熔膜与固体床界面处的物料熔化，固体床的宽度逐渐减小，直至完全消失，即由固态变为粘稠态。此时，塑料的分子结构发生了根本变化，分子间的张力极度松弛。如果是结晶聚合物，其结晶区开始减少，非晶态增加。除了其中的特大分子外，主体已经塑化，也就是所谓的“初步塑化”。在压力的作用下，固体物料中所含的气体被排除，实现初步压实。

在均化段，有几个突出的工艺特点:该段螺纹深度最浅，即螺旋槽容积最小，因此是螺杆与机筒间压力的工作段；此外，来自螺杆的推力和筛板的反作用力，是塑料“贴身肉搏”的直接领域；这一段是挤出过程中的最高温度，因此塑料在这一阶段受到的径向压力和轴向压力。这种高压足以去除塑料中包含的所有气体，并使熔体紧密致密。该部分的名称为“压力平衡部分”。但由于温度较高，在熔融段未塑化的聚合物在该段塑化，从而最终消除“颗粒”，使塑料充分均匀塑化。然后，充分塑化和熔融的塑料在恒定压力下被模具定量且均匀地挤出。

4.塑料在挤出过程中的流动状态

在挤出的过程中，由于螺杆的旋转推动塑料，但机筒是静止的，机筒和螺杆之间存在相对运动，这种相对运动对塑料产生摩擦作用，使塑料被向前拖动。此外，由于机头中的模具、多孔筛板和过滤网的阻力，塑料在前进过程中产生反作用力，使塑料在螺杆和机筒中的流动变得复杂。通常，塑料的流动状态被认为由以下四种流动形式组成:

(1)正向流动——指塑料沿螺旋槽向机头的流动。它是由螺杆旋转的推力产生的，是四种流动形式中最重要的一种。正流速直接决定了挤出量。

(2)逆向流动——又称逆流，其方向与正向流动的流向相反。它是由机头区域产生的压力(塑料前进的反作用力)引起的，因为机头中的模具、筛板和滤网阻碍了塑料的前进。从头部到进料口的形状为“带压回流”，也称“背压流”。它会导致生产能力的损失。

(3)错流——是沿轴线的塑性流动，即垂直于螺纹槽的方向。它也是由螺杆旋转时的推动形成的。它的流动受到螺旋槽侧壁的阻碍。由于两侧螺纹的相互阻力，加上螺杆在旋转，塑料在螺旋槽内翻转，形成环流，所以错流本质上是环流。循环塑料在机筒内混合塑化成熔融状态，离不开循环流动的作用。循环物料在机筒内被搅拌混合，有利于机筒与物料之间的热交换。对提高挤出质量意义重大，但对挤出流量影响不大。

(4)泄漏——也是机头中的模具、筛板、滤网阻力造成的。但不是螺杆槽内的流动，而是螺杆与机筒间隙内形成的回流。它还会导致生产能力的损失。由于螺杆与机筒之间的间隙通常很小，一般情况下，泄漏流量比顺流和逆流的泄漏流量要小得多。挤压过程中，漏流量会影响挤压量，漏流量增大，挤压量减小。

塑料的四种流动状态不会以单一形式出现，就某一个塑料颗粒而言，既不会出现真正的回流，也不会出现封闭循环。塑料在螺旋槽中的实际流动是上述四种流动状态的组合，是一种螺旋轨迹的正向流动。

(5)挤出质量——挤出质量主要指塑料的塑化是否良好，几何尺寸是否均匀，即径向厚度是否一致，轴向外径是否均匀。除了塑料本身，决定塑化的因素主要是温度、剪切应变速率和作用时间。过高的挤出温度不仅会引起挤出压力的波动，还会导致塑料的分解，甚至可能导致设备事故。但减小螺杆槽深，增加螺杆长径比，有利于塑料的热交换，延长加热时间，满足均匀塑化的要求，但会影响挤出量，给螺杆的制造和装配造成困难。因此，保证塑化的重要因素应该是增加螺杆旋转引起的塑料剪切应变率，从而达到均匀的机械混合和平衡的挤出热交换，进而为均匀塑化提供保证。该应变速率的大小由螺杆和机筒之间的剪切应变力决定，其剪切应变速率值为:

其中:δ是剪切应变速率(1/分钟)

d是螺杆直径(厘米)

n是螺杆速度(转/分)

-是螺旋槽的深度(厘米)

因此，康普综合布线在保证挤出量的要求下，可以在提高转速的情况下增加螺旋槽的深度。此外，螺杆与机筒之间的间隙也影响挤出质量。当间隙过大时，塑料的回流和泄漏会增加，不仅会引起挤出压力波动，还会影响挤出量。此外，由于这些回流的增加，塑料过热，导致塑料烧焦或难以成型。