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电线电缆挤塑工艺讲义
电线电缆挤塑工艺讲义
第一章绪论 5
电线电缆在社会生活中的作用
第二节 电线电缆产品的分类
一电线电缆产品的应用领域
二电线电缆产品的分类方法
三电线电缆的产品型号
第三节电线电缆产品制造工艺特点
第四节塑料绝缘电线电缆
一塑料绝缘电线电缆的分类
二塑料绝缘电线电缆的基本结构
三塑料绝缘电线电缆的发展趋势
第二章挤出用材料和半成品 15
塑料材料
一聚氯乙烯
二聚乙烯
三交联聚乙烯
四泡沫聚乙烯
五氟塑料
六聚丙烯
七热塑性聚氨酯塑料
八聚酰胺
第二节导体
一电工圆铜线
二塑料电线电缆用导电线芯
三半成品缆芯
第三章挤塑设备和辅助设备 25
塑料挤出生产线
一塑料挤出机
二放线装置
三校直装置
四预热装置
五定型冷却系统
六火花试验机
七外径测量系统和电缆干燥装置
八计米印字装置
九牵引装置
十收排线装置
十一其它辅助装置
十二控制系统
塑料挤出机螺杆
一螺杆的类型
二螺杆的主要参数
三挤出机螺杆的分段及各区段的基本职能
四螺杆的维护保养
五几种新型螺杆
第四章工装模具和选择 40
挤塑模具设计和选配
一挤出模具的组合类型
二模具尺寸的选用
三挤管模具配模系数和拉伸比
第二节盘具选用
第五章挤出理论和工艺 46
热塑性塑料的三态变化
塑料在挤出机中的运动过程
一塑料挤出过程
二挤出过程的三个阶段
三塑化阶段塑料流动的变化
四．挤出过程中塑料的流动状态
五挤出量
六挤出质量
七挤出理论的研究
第三节 物理发泡绝缘工艺
一发泡机理
工艺设备及工艺设计
挤制中容易出现的问题及解决方法
物理发泡绝缘的隔层挤出技术
拉线 韧炼
挤塑
检测
收线
第二节原材料处理
第三节挤出温度控制
第四节塑料挤出的速度
第五节冷却
第六节各阶段的质量控制要点
一准备阶段的质量控制
二绝缘和护套挤出运行阶段的质量控制
三挤出完工阶段的质量控制
第七章塑料挤出质量检验和缺陷预防 85
第一节常用检查量具
一游标卡尺
二外径千分尺
第二节外观检查
第三节结构尺寸检查
外径的测量
二厚度的测量
三厚度偏差率和偏心度的测定
第四节电气性能检查
第五节常见的质量缺陷
第一章绪论
自1836年世界上制造出第一根低电压的电力用电线铜线外用橡皮带包绕以来随着人类文明的发展电线电缆已经发展成为用途广泛品种繁多门类齐全的一大产品类别
电线电缆是用来传输电力传输信息和实现电磁能转换的一大类电工产品
电线和电缆并无严格的区分一般将无绝缘的裸电线或虽有绝缘但结构比较简单直径比较细小芯数少性能要求不高的产品称为电线电缆一般是线芯绝缘后多根绝缘线芯成缆带有屏蔽或无屏蔽护套的产品电缆的性能要求项目较多较高如射频电缆虽然往往是单根不是多芯但是它性能要求高确称为电缆
第一节 电线电缆在社会生活中的作用
在现代社会生活中凡是有人生活的地方凡是有生产交通及一切经济活动的场所不论是天上地下水中等一切需要探索开发或任何一项科技创新的研究都离不开电及电磁波的应用和传输电和电磁波的产生应用和传输都离不开电线电缆作为连接和传输的基本部件或绕组材料因此电线电缆作为电力系统的传输媒体犹如人体的血管电线电缆在信息系统的作用犹如人体的神经在电机仪表绕组线圈用的电磁线比作为人体的心脏的重要部件
二十世纪九十年代中期一位未来学专家曾预言二十一世纪将是线电线电缆的世界由此可以看出和说明电线电缆在现代社会发展中的重要作用
1电线电缆是量大面广用途遍及所有领域的电工产品
电线电缆已广泛应用于一切社会活动经济体系运转中所使用的设施装备器材和电力或
信息传输系统中电线电缆已深入到每一个家庭和人们日常生活中事实上一切工业生产交通运输科学研究军事装备建筑设施现代农业以及社会生活的方方面面都与电线电缆产品息息相关
2电线电缆是一切用电设备和场所必须的产品
人体离不开血管的供血离不开神经的传导现代经济活动一刻也离不开电线电缆的供血电力输送电线电缆的信号传导信息传输
城市和乡村的供电电话电视的稳定有效畅通计算机互联网的应用汽车火车飞机甚或人造卫星宇宙飞船等一切都必须使用到各种不同性能和结构的电线电缆
3电线电缆产品安全可靠运行的重要性
电线电缆的广泛使用电线电缆的必不可少电线电缆犹如人体的血管和神经人体主要血管和神经的瘫痪就会使人死亡电线电缆的不可靠不安全一旦出问题就会使经济活动瘫痪给国家和人民生命财产带来巨大损失这一切都说明了电线电缆安全可靠运行的重要性加之电线电缆产品一般是不能维修只能更换因此电线电缆的长期安全可靠运行特别重要
第二节 电线电缆产品的分类
电线电缆的产品的品种非常繁多目前已有1000多个品种20000多个规格为了组织生产和用户的合理正确地选用以及在科学研究开发和安装敷设使用运行维修中比较全面地区分某一类产品的共性要求及个别产品的特性必须对电线电缆进行科学合理分类
一电线电缆产品的应用领域
电线电缆的应用主要可归纳为三大应用领域
1电力系统
电力系统中应用的电线电缆产品主要包括架空输电线用裸电线汇流排母线电力电缆以及电气装备用的电气装备用电线电缆
2信息传输系统
使用于信息传输系统的电线电缆有电话电缆有线电视电缆数据传输电缆移动无线通信系统用的射频电缆和各种电子线缆等近年来光纤光缆在信息传输网中的比重迅速增大成为信息传输线路的主要传输媒介
3电工装备电器仪表内部用电线电缆
在电力和信息二大系统中从系统的起点如发电机信号发射机经过系统的各个节点如变压器程控交换机到用户终端如家用电器电话电视电脑所有这些装备都使用大量的电线电缆
这些电线电缆按功能分为一类是将电能转换为磁能或将磁能转换为电能的载体电磁线绕组线另一类作为装置中元器件的连接线起着传输电能或传输信号的作用
二电线电缆产品的分类方法
1产品分类的层次
产品以大类区分大类是从产品的应用领域出发兼顾产品生产工艺的学科相近性专用性
等因素这样有利于相近应用领域产品的开发和设备配置有利于用户的合理选用和用户的划分方便生产管理以及针对性地开展工艺研究新材料和新设备的应用研究
大类以下依次分为小类系列品种规格等层次
小类仍以产品使用领域的相近性为主但是小类的划分不像大类划分明确系列是指用途结构材料基本相同或相似的产品往往归列于同一产品标准或分标准中同系列产品属于结构延伸性的较多相互替代使用的可能性较大
品种是产品的基点一个品种有一个名称一个型号相互对应
规格则是指某一个品种中结构尺寸大小或结构组成多少的变化如数字传输电缆的导体结构绝缘线芯的对数或组数等
2电线电缆产品的五个大类
电线电缆产品可以分为五个大类
21裸电线和裸导体制品
这类产品都是无绝缘层的导体如架空输配电线路用的架空导线以及铜铝汇流排母线和特种导电制品
2 2电力电缆
电力电缆是供电系统从超高压到低压220V各电压等级的输电变电配电和供电线路使
用它是强电流几十到几百安倍高电压从220V到高压超高压500KV以上
2 3电气装备用电线电缆
这是一类进入用户终端用电线路用的一大类产品是品种规格最为繁多的产品大约占电线电缆总数的60％左右这类产品的柔软性耐温性耐气候性以及抗电磁干扰的屏蔽性等是其主要要求
2 4通信电缆光缆和电子线缆
随着信息传输的数字化高速化和广域化网络化和宽带化使信息传输系统用的通信电缆光缆和电子线缆得到超速发展对这类线缆的要求越来越高要求衰减更小屏蔽性能更高结构尺寸小而均匀一致性好等等
2 5电磁线绕组线
这类线应用于各种电机电器仪表变压器以及电极磁场发生器中的绕组线圈用
三电线电缆的产品型号
由于产品名称的表达很长麻烦因此制定了型号来简便表达几乎所有的工业产品都是采用这种方式产品型号实质上就是产品品种的代号一个品种有一个产品名称和一个型号一一对应
我国的电线电缆产品型号编制方法是1959年确定的型号组成与顺序如下
类别用途 导体 绝缘 内护层 结构特征 外护层或派生 使用特征
1 2 3 4 5 6 7
1－5项目和第7项以汉语拼音字母大写表示每一项可以是1到2个字母第6项一般以阿拉伯数字表示
型号编制中省略原则是非常重要的特别是量大面广的常用品种否则8－9个汉语拼音连在一起很难记忆和应用失去了制定型号方便使用的目的省略原则制定出来的型号应具有单一性和不混淆性省略主要体现在第1－2两项电线电缆以铜导体为主故一般铜导体不表明对裸电线和裸导体制品电力电缆电磁线绕组线这三大类产品一般不表明大类代号
第三节电线电缆产品制造工艺特点
电线电缆的制造与大多数机电产品的生产方式是完全不同的机电产品通常采用将另件装配成部件多个部件再装配成单台产品产品以台数或件数计量电线电缆是以长度为基本计量单位所有电线电缆都是从导体加工开始在导体的外围一层一层地加上绝缘屏蔽成缆护层等而制成电线电缆产品产品结构越复杂叠加的层次就越多电线电缆产品的制造具有其特有的工艺特点
一大长度连续叠加组合生产方式
大长度连续叠加组合生产方式对电线电缆生产的影响是全局性和控制性的这涉及和影响到
1生产工艺流程和设备布置
生产车间的各种设备必须按产品要求的工艺流程合理排放使各阶段的半成品顺次流转设备配置要考虑生产效率不同而进行生产能力的平衡有的设备可能必须配置两台或多台才能使生产线的生产能力得以平衡从而设备的合理选配组合和生产场地的布置必须根据产品和生产量来平衡综合考虑
2生产组织管理
生产组织管理必须科学合理周密准确严格细致操作者必须一丝不苟地按工艺要求执行任何一个环节出现问题都会影响工艺流程的通畅影响产品的质量和交货特别是多芯电缆某一个线对或基本单元长度短了或者质量出现问题则整根电缆就会长度不够造成报废反之如果某个单元长度过长则必须锯去造成浪费
3质量管理
大长度连续叠加组合的生产方式使生产过程中任何一个环节瞬时发生一点问题就会影响整根电缆质量质量缺陷越是发生在内层而且没有及时发现终止生产那么造成的损失就越大因为电线电缆的生产不同于组装式的产品可以拆开重装及更换另件电线电缆的任一部件或工艺过程的质量问题对这根电缆几乎是无法挽回和弥补的事后的处理都是十分消极的不是锯短就是降级处理它无法拆开重装
电线电缆的质量管理必须贯串整个生产过程质量管理检查部门要对整个生产过程巡回检查操作人自检上下工序互检这是保证产品质量提高企业经济效益的重要保证和手段
二生产工艺门类多物料流量大
电线电缆制造涉及的工艺门类广泛从有色金属的熔炼和压力加工到塑料橡胶油漆等化工技术纤维材料的绕包编织等的纺织技术到金属材料的绕包及金属带材的纵包焊接的金属成形加工工艺等等
电线电缆制造所用的各种材料不但类别品种规格多而且数量大因此各种材料的用量备用量批料周期与批量必须核定同时对废品的分解处理回收重复利用及废料处理作为管理的一个重要内容做好材料定额管理重视节约工作
电线电缆生产中从原材料及各种辅助材料的进出存储各工序半成品的流转到产品的存放出厂物料流量大必须合理布局动态管理
三专用设备多
电线电缆制造使用具有本行业工艺特点的专用生产设备以适应线缆产品的结构性能要求满足大长度连续并尽可能高速生产的要求从而形成了线缆制造的专用设备系列如挤塑机系列拉线机系列绞线机系列等
电线电缆的制造工艺和专用设备的发展密切相关互相促进新工艺要求促进新专用设备的产生和发展反过来新专用设备的开发又提高促进了新工艺的推广和应用如拉丝退火挤出串联线物理发泡生产线等专用设备促进了电线电缆制造工艺的发展和提高提高了电缆的产品质量和生产效率
第四节塑料绝缘电线电缆
塑料绝缘电线电缆采用塑料这种高聚合物材料为主体使其具有电气性能好机械性能优
越耐环境气候不延燃耐化学腐蚀容易加工工艺流程较短技术操作简便材料来源丰富成本较低等优点随着各种性能优异的塑料的产量质量的不断提高开发的新型电线电缆用塑料品种的不断涌现塑料电线电缆具有了更大的发展空间
一塑料电线电缆的分类
塑料电线电缆的主要品种有塑料电力电缆塑料通信电缆电气装备用塑料电线电缆等
1塑料电力电缆主要用于传输电力和分配大功率的电能等通常使用的绝缘材料主要是聚氯乙烯塑料和聚烯烃塑料其主导产品大致分为聚氯乙烯绝缘电力电缆简称为塑力缆交联聚乙烯绝缘电力电缆简称为交联电缆包括硅烷交联电缆和辐照电缆和架空绝缘电缆等根据用途不同可采用不同结构截面电压规格来生产各种型号的塑料电力电缆塑料电力电缆按照其导电线芯标称截面的大小从1mm21000mm2共有22种规格按照电缆芯的组成可分为单芯二芯三芯四芯包括3＋l芯五芯包括3＋2芯4＋1芯电缆等按照工作运行中额定电压等级的高低主要分为1kV以下1－6kV及10－35kV电缆按照电缆使用场合要求的保护层结构形式可分为非铠装型和铠装型包括钢带铠装和钢丝铠装电力电缆
2塑料通信电缆主要用于电话电报传真电视计算机及其它电讯信息的传递主要产品包括市内通信电缆长途对称通信电缆同轴通信电缆农用通信电缆如聚氯乙烯绝缘直埋线通信设备用电线电缆如局用电缆及电话软线等海底通信电缆计算机用电缆以及其它各种通信广播电视用电线电缆等塑料通信电缆根据其敷设和运行条件可分为架空电线电缆直埋电缆管道电缆水下电缆根据传输频率的高低可分为低频电缆和高频电缆
3电气装备用塑料电线电缆主要是指从电力系统的配电点将电能直接输送到各种用电设备器具的电源连接线路以及电气装备内部的安装线各种装备的控制信号仪表用电线电缆
这类产品使用范围最广品种最为繁多而且大多数要结合所使用装备的特性和使用条件来确定产品的结构和性能除有大量的通用产品外还有许多专用和特殊产品其主要产品包括塑料绝缘软电线安装线电梯电缆控制电缆信号电缆船用电缆矿山及井下用矿用电缆石油及地质勘探用电缆农用电线电缆高压直流装备用软电缆航天用电线电缆照明电缆汽车专用电线电缆等
二塑料绝缘电线电缆的基本结构
塑料电线电缆产品由于使用特性敷设场合工作条件的要求不同其产品的结构组成也是多种形式的塑料电线电缆其基本结构一般是由导电线芯绝缘层保护层三部分组成
1导电线芯
11导电线芯又叫导体是塑料电线电缆中具有传导电流功能的元件一般由具有高导电系数的铜和铝及其合金制成因为铜和铝具有很好的导电性能和导热性能良好的柔软性足够的机械强度塑性好容易加工易于压延和拉丝焊接耐腐蚀性能好基本上能够满足塑料电线电缆对导电线芯的要求
塑料电线电缆是利用导电线芯来传导电流的在一定工作电压下导电线芯的电阻越小越好根据欧姆定律根据欧姆定律对于线性导体在温度不变时其电阻有下列关系
式中 R导体的电阻 欧姆
L导体的长度 mm
S导体的截面积 mm2
D导体的直径 mm
P导体的电阻系数Ω·mm2m
由此可以看出在电线电缆一定长度上当工作额定电压给定时导电线芯的截面积或直径越大允许通过的电流越大否则反之因而电线电缆的规格都是以导电线芯的标称截面或标称直径来表示的
12导电线芯的分类用途
塑料电线电缆根据其敷设安装使用的要求导电线芯有实心和绞合线芯两大类从导线芯的形状上可分为圆形线芯和异形线芯从导电线芯的绞合形式上可分为规则绞合和非规则绞合非规则绞合又分为束绞同心复绞特殊绞合等
1实心导电线芯主要表现为柱状的圆单线一般多用于塑料通信电缆和塑料绝缘电线在特殊情况下实心导体还制成了弓形或扇形用于固定敷设的塑料电力电缆的导电线芯
2规则绞合是指多根圆单线以绞线的中心线为轴线分层有序地绞合在其周围相邻绞层方向相反所有绞线最外层绞向均为左向中心层可以由于单根或几根线组成以中心线为一根的等直径单线的绞线最为常见这种绞合又称同心层绞一般多用于固定敷设的塑料电力电缆非规则绞合又分为束绞同心复绞特殊绞合等
束绞是将多根单线以同方向同节距不分层扭绞在一起的绞合方式其制品叫束线束线因填充系数高相同截面积的束线外径较小柔软性较高一般多用于导电线芯较小截面的电气装备用塑料电线电缆
同心复绞线是由多股束线或普通绞线以正规绞合制成其外周呈圆形一般多用于较大截面的电气装备用各种软电缆的导电线芯以提高电缆的柔软性
特殊绞合不同于上述的一些其它绞合它包括单线非同心层绞的各种线芯交替变化绞合方向的SZ绞合绞线中单线随机排列的交叉绞合等
2绝缘层
绝缘层简称绝缘是塑料电线电缆的主要组成部分是将绝缘材料按其耐受电压程度的要求以不同厚度包覆在导电线芯外面使带电体与其它部分隔绝其作用是保证产品具有良好的电气性能塑料电线电缆主要采用挤包封闭型绝缘层结构形式包括实心塑料绝缘层和空气-塑料绝缘层塑料电力电缆和电气装备用电线电缆主要采用实心绝缘塑料通信电缆则采用有实心绝缘泡沫绝缘带皮泡沫绝缘等形式
一般同一质量的电缆绝缘层愈厚耐电压也愈高绝缘层不仅要有好的电绝缘性能也要具有一定的物理机械性能和易加工制造的工艺性能比如在制造低电压电线电缆时尽管从电气性能方面考虑可以采用很薄的绝缘层但从机械性能与加工工艺考虑仍以稍厚一些的为好原因是绝缘层过薄加工较困难容易损坏而电线电缆通电后导体要发热绝缘层在电和热的作用下内部会产生变化日久天长绝缘性能降低这就是老化理想的塑料应对电有良好的绝缘性能而对热则有良好的传导性能因此绝缘层的设计包括对塑料的选择和挤包厚度的确定二个主要内容此外还必须考虑加工工艺方法
3保护层
保护层简称护层护套护层护套是保护电线电缆的绝缘层防止环境因素侵蚀的结构部分
护层的主要作用是提高电线电缆的机械强度防化学腐蚀防潮防水浸人以及对外界电磁干扰的屏蔽等能力电线电缆正常工作中受不到机械外力的作用应选择绝缘线芯成缆后直接挤包塑料护套的全塑结构敷设在地下电缆工作中可能承受一定的正压力作用可选择内钢带铠装结构电缆敷设在既有正压力作用又有拉力作用的场合如水中垂直竖井或落差较大的土壤中应选用具有内钢丝铠装的结构型塑料电力电缆和电气装备用电线电缆一般不采用内金属护套结构多采用外护层结构
塑料通信电缆的保护层结构传统上采用在金属护套外再加上外护层的结构全塑市话电缆护层采用了粘接护层即在缆芯上纵包双面贴合PE的铝塑或钢塑复合带后并在重叠处用热风加以粘合再挤包PE外护套并利用挤时的热量使PE护套粘到复合带上这样就大大提高了防潮性
电缆的护套材料根据使用材料来源经济性及工艺条件等因素来选定之后护套厚度的确定主要取决于机械因素同时考虑长期环境老化和材料透湿性的影响这些影响因素主要与产品的外径和导电线芯截面有关因此护套厚度一般除了随导电线芯的截面增大而加厚外还与产品的芯数有很大关系在产品规范中规定护套的原则主要是取决于挤包护套前电线电缆的直径
三塑料电线电缆的发展趋势
随着社会经济的迅速发展和各部门需求的不断提高塑料绝缘电线电缆的使用量和敷设密集程度越来越高人们对塑料电线电缆产品使用性能和安全性能的要求也越来越高从而推动塑料电线电缆依靠高新技术加强产品开发调整产品结构逐步形成产品的更新换代系列
1电气装备用塑料电线电缆
一是提高各种装备用电线电缆的长期允许工作温度开发和生产耐高温及耐超高温耐超低温耐特殊环境的产品满足不同使用场合的需要
二是提高电缆的屏蔽性能满足信息传输自动化系统计算机网络的需要
三是开发各种阻燃耐火环保型电线电缆满足各行各业提高安全性的要求四是电线电缆结构小型化轻量化细径和薄壁预制化定长度带插接件
成束供应
2塑料通信电缆
高频超高频数字通信超大话对通信电缆的需求量日益增长通信电缆的采用泡沫绝缘皮－泡绝缘石油膏全填充式结构以及隔离型结构等产品均已开发
信息技术和电子计算机技术的迅速发展现代通信用电线电缆向着宽频带综合化以及数字化的方向发展宽带数字通信电缆采用了更高性能的对绞式结构线对上可传输更宽频带的信号从单纯的语言发展到图像可视电话计算机网络数据通信等使用频率从几兆赫上升到100兆赫甚至几百兆赫应用于智能大楼的综合布线系统能把电话电子邮件传真可视电话防盗报警自动化管理以及楼内计算机联网等多种业务集中在一根电缆中避免了各系统重复布线的麻烦利用物理发泡绝缘新技术使绝缘发泡率可达60～80％具有传输损耗小纵向密封性能好大大提高了电缆的可靠性和降低了传输衰减满足通信发展的高频宽带的发展需求
从耐环境性能来看要求塑料通信电缆不断向结构尺寸小重量轻防鼠防蚁阻燃防火低烟低毒方向发展以适应军用航天航海高层大楼等使用环境对电缆安全性能的要求
3塑料电力电缆将向着高压超高压长距离大容量的方向不断提高随着硅烷交联电缆和辐照交联电缆的不断开发和成熟由于硅烷或辐照交联电缆生产工艺简单可在塑料挤出机上生产生产的架空绝缘电缆机场照明电缆电机引出线和彩电用高压引接线等在我国发展十分迅速塑料绝缘电力电缆在薄绝缘耐热耐老化耐油耐化学腐蚀耐火低烟低卤及无卤阻燃的品种上加强开发正逐步形成产品系列化
4塑料电线电缆的阻燃环保化
在火灾发生场合普通塑料电线电缆在燃烧过程中着火蔓延电线电缆因受热分解会产生大量的烟雾和释放出有毒的腐蚀性气体这些气体会损坏电子仪器仪表及贵重设备对人体亦有伤害并严重影响了火灾现场人员的撤离和消防人员的救火工作随着人们对这些烟雾和毒气造成的二次灾害的认识人们对电线电缆防火阻燃等特性的要求越来越高不仅要求电线电缆线路具有高可靠性而且必须考虑它对周围环境的安全性环保型
要求电缆具有优良的阻燃性能低毒或无毒气体释放低腐蚀性生成的烟雾量极小等特点或者要求电线电缆在短时间内仍能维持工作以保证火灾时消防报警系统应急供电回路等能继续通电使救火和人员疏散工作能够正常进行这些要求对敷设电线电缆密集程度高的发电站核电站地铁隧道船舶和车辆高层建筑等安全性要求高的场所和重要设施尤为重要
第二章挤出用材料和半成品
塑料电线电缆要适应各种不同需要合理而正确的使用材料是关键在导电线芯和半成品缆芯满足规定的技术要求的前提下主要是对绝缘和护套用塑料的选用
绝缘塑料的基本要求是具有优异的电绝缘性能同时根据产品用途和使用条件分别提出
对机械件能耐温性物理化学性能及工艺性能的要求
护套塑料的基本要求是耐受各种环境因素作用的老化性能在满足这个条件下根据使用需要提出的一些特殊要求
随着塑料电线电缆向高压高频耐高温耐火阻燃等特殊功能的发展要求不断采用性能优异来源广泛的新材料研究材料与工艺的关系同时选择塑料时应考虑其经济性和资源可靠性将技术性和经济性紧密地结合起来统筹考虑
第一节塑料材料
塑料是高分子合成材料中具有可塑性变化的材料的总称塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类
热塑性塑料是指塑料加热即软化流动冷却即再度变硬一般线性高分子聚合物具有此类特性如聚氯乙稀PVC聚乙烯PE
热固性塑料是指塑料受到热紫外线放射线触媒等作用在聚合物分子间引起交联反应使分子形成立体网状结构使塑料成为不溶不熔融的状态如经过辐照交联的聚乙烯或聚烯烃类材料
电线电缆制造中所用的塑料大都是热塑性塑料电线电缆常用的热塑料性塑料有聚氯乙烯聚乙烯交联聚乙烯泡沫聚乙烯氟塑料聚酰胺聚丙烯和热塑性聚氨酯聚脂塑料等
塑料是以合成树脂为基本成份再添加各种配合剂经捏合切粒等工艺而塑制成一定形状的材料电线电缆中常用的合成树脂有聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯聚四氟乙烯聚全氟乙丙烯聚酰
胺氯化聚醚和聚脂等为了满足加工贮存和使用的要求合成树脂内一般都要添各种配合剂塑料的添加剂大致有以下几种防老剂它包括抗氧剂稳定剂紫外线吸收剂光屏蔽剂等这几种材料由于在塑料中所起的作用各不相同但又相互联系同一种材料可起几种作用所以统称为防老剂增塑剂交联剂润滑剂填充剂着色剂发泡剂防霉剂驱避剂阻燃剂耐电压稳定剂抑烟剂等
一聚氯乙烯
聚氯乙烯简称PVC塑料是以聚氯乙烯树脂为基础加人各种配合剂混合而成的聚氯乙烯具有机械性能优越耐化学腐蚀不延燃耐气候性好有足够的电绝缘性能容易加工成本低因此广泛用作电线电缆的绝缘和护套材料
聚氯乙烯塑料是多组份塑料根据不同的使用条件改变配合剂的品种和用量能够制得不同品种的电线电缆用聚氯乙烯塑料聚氯乙烯电缆料按其在电线电缆上用途不同分为绝缘级电缆料和护层级电缆料
1绝缘用聚氯乙烯塑料
根据电线电缆的使用要求和特性绝缘用聚氯乙烯塑料的分类及性能及主要用途如表2-1所示
表2-1 绝缘用PVC塑料分类及性能
类型 性能要求 使用温度 主要用途 绝缘级 电绝缘性能较好有一定的耐热性柔
普通绝缘级 有一定的电绝缘性能
软性 70℃ 通信控制信号及低压电力电缆绝缘 有较好的柔软性及耐大气性价廉
70℃ 室内固定敷设的电线护套软线500V农用电缆
以及仪表安装线绝缘
80℃
耐热绝缘级级 有较佳的耐热性和耐变形性电绝缘性能较好
105℃ 要求耐热旧袄高的船用电缆航空导线电力电缆及安装用电线的绝缘 高
电性能绝缘级 较佳的电绝缘性能绝缘电阻高介电性能好有一定的耐热性 610kV级的电力电缆绝缘 性电绝缘性能较好
耐油耐溶剂绝缘级
70℃ 电压为
具有较好的耐油性耐溶剂性和柔软
阻燃绝缘
70℃ 用于接触油类和化学物质的电线电缆的绝缘级
级 电绝缘性能较好有较高的耐火焰燃烧性柔软性较好 电缆安装用电线的绝缘
2护套用聚氯乙烯塑料
70℃ 固定敷设的电力电缆矿用
聚氯乙烯护层具有较好的耐腐蚀性足够的机械性能一定的耐大气性能柔软耐振重量轻加工及敷设方便根据电线电缆的使用条件研究和制成了不同类型的聚氯乙烯护套料其性能要求及应用范围见表2-2
表2-2 护层用PVC塑料的分类及性能
类型 性能要求 使用温度 主要用途 化性及耐寒性较好
普通护层级 有足够的机械强度耐热光老
耐寒护层
70℃ 塑料电线电缆的外护层及其他电缆的外护层
级 有较高的耐寒性低温柔软性好 70℃ 户外及耐寒电线电缆护层
具有较高的柔软性较好的耐寒性 耐热性能良好 80℃
耐寒柔软的电线电缆护层
柔软护层级耐热护层级
105℃ 耐热的电线电缆护层 耐油护层级 耐油性耐化学药品性好 与油类
及化学药品接触的电线电缆的护层
室内固定敷设用绝缘电线的护层
易撕护层级 抗撕裂性低敷设方便价格低廉
防霉防白蚁防鼠护层级 抗生物性好防白蚁防
霉性好 70℃ 热带及温热带地区用电缆护层 全性要求高的电线电缆护层
阻燃护层级 抗燃烧性好 70℃ 安
3半导电聚氯乙烯塑料
半导电聚氯乙烯塑料可作为屏蔽材料来使用例如可作为10kV聚氯乙烯电缆的屏蔽层挤包在导电线芯和绝缘层表面以改善电缆的电场分布等电气性能半导电塑料用作高压电缆的屏蔽料时由于半导电料直接与绝缘料接触会发生相互迁移因而尽量选用与绝缘料相同的增塑剂或电性能好迁移小的增塑剂否则在使用过程会影响绝缘料的电绝缘性能
4环保型防白蚁防鼠啮电缆护套料
白蚁和老鼠对电缆造成的破坏轻则造成中断供电重则酿成事故使电力与通信部门深受其害以往采用在电缆护套料内加人有毒添加剂如氯丹七氯狄氏剂艾氏剂等的办法杀灭白蚁老鼠以保护电缆安全运行但这些有毒害添加剂会对空气土壤人身造成严重污染和危害在全球日益注重环保的今天这些办法已逐步被淘汰
使用在护套料中加人环烷酸铅或环烷酸酮作添加剂制成改型的防白蚁护套料最近开发了一种新型的绿色环保型防白蚁防鼠啮的电缆护套不含有任何有毒有害添加剂在加工与使用过程中不发生污染它具有很高的机械强度和硬度优良的耐磨性能依靠其高硬度与高光洁度的表面抵抗蚁鼠的侵害用作各种电缆的护套时不影响电缆的各项性能包括安装敷设时所需之弯曲性能同时挤出加工方便用一般塑料挤出机采用普通工艺即可加工该材料虽然价格比低毒的防蚁护套料要高但用以保护电缆免受白蚁和老鼠侵害可以说是一种理想的护套材料
5低烟低卤型阻燃护套料
普通阻燃电缆燃烧时会产生大量黑烟同时释放出大量腐蚀性气体氯化氢HCI对人体和仪器装置造成巨大损害低烟低卤阻燃电缆料是以专用PVC树脂为基料添加各种改性剂助剂和优良阻燃剂均匀混炼而成的产品它不仅具优良的阻燃性而且在燃烧时释放的烟量低氯化氢HCI释出量亦很低与普通PVC护套料相比其拉伸强度及断裂伸长率相当挤出时无需特种螺杆挤制电缆表面好使用低烟低卤阻燃PVC电缆料制成的电缆适用于地铁高层建筑发电站广播电视中心和机算机中心等对电线电缆阻燃性能要求高的场所
二聚乙烯
聚乙烯是由乙烯经聚合反应而得到的一种高分子碳氢化合物称为聚乙烯树脂
聚乙烯树脂做为聚乙烯塑料的主体在很大程度上决定着聚乙烯塑料的基本性能聚乙烯由于乙烯聚合方法不同所得聚乙烯分子结构就会不同则性能也有差异这种性能的差异与聚乙烯的密度有极密切的关系
聚乙烯按密度分为低密度聚乙烯LDPE亦称高压聚乙烯密度09150930中密度聚乙烯MDPE密度09310940高密度聚乙烯HDPE亦称低压聚乙烯密度09410965
聚乙烯树脂的电绝缘性能较好机械性能适中可直接作电线电缆的绝缘或护套材料但是为了提高它的性能电线电缆用聚乙烯塑料除聚乙烯树脂外还添加各种配合剂制成符合电线电缆使用要求的聚乙烯塑料电线电缆常用的聚乙烯塑料有
1一般绝缘用聚乙烯塑料
一般绝缘用聚乙烯塑料仅由聚乙烯树脂和抗氧剂用量为0．1－0．5份所组成其熔融
指数通常在20以下若用于高速加工及薄绝缘时常采用03以下聚乙烯的密度一般在09170930gcm3
2耐候聚乙烯塑料
主要由聚乙烯树脂抗氧剂和碳黑组成耐候性能的好坏取决于碳黑的粒径含量和分散度要求碳黑的粒径在35毫微米以下碳黑的含量在2－3份
3耐环境应力龟裂聚乙烯塑料
当采用熔融指数为20的聚乙烯塑料作为电缆护套时在电缆弯曲半径较小并接触一些诸如洗涤剂化学试剂肥皂水等场合下常会使护套产生龟裂所以使用在上述场合的电缆应采用耐环境应力龟裂聚乙烯塑料如采用熔融指数03以下分子量分布不太宽的聚乙烯或在聚乙烯树脂中掺合有乙丙橡胶丁基橡胶聚异丁烯等物质组成聚乙烯复合物或将乙烯和其它单体如乙烯和丁烯乙烯和乙烯乙烯和酯酸乙烯等共聚物或对聚乙烯进行辐照或化学交联目前用于电缆护套时常采用前二种方法来改善聚乙烯耐环境应力龟裂性能尤其是第一种方法较简便拉伸强度也较高
4高电压绝缘用聚乙烯塑料
聚乙烯具有较高的耐电强度但用作高压电缆时在长期的高电压作用下绝缘会破坏这是由于聚乙烯中存在杂质孔隙以及氧化老化时产生的局部缺陷这种缺陷部分即使在较低的外加电压下也会产生局部应力引起局部放电产生树枝状孔道最终使绝缘层破坏所以高压电缆绝缘的聚乙烯塑料要求高度纯净还需添加电压稳定剂和采用特殊的挤塑机机头机身能抽真避免气孔产生以抑制树枝状放电提高聚乙烯的耐电弧耐电蚀和耐电晕性
5半导电聚乙烯塑料
在高压或超高压塑料绝缘电缆中在导电线芯和绝缘之间往往存在空隙而产生局部放电并导致绝缘电老化影响电缆的长期稳定性为减少局部放电现象在导电线芯和屏蔽之间绝缘层和外护层之间必须采用半导电层进行屏蔽对导电线芯屏蔽的称为内屏蔽层对绝缘屏蔽的称为外屏蔽层当采用聚乙烯绝缘时宜采用半导电聚乙烯塑料做屏蔽而对交联聚乙烯绝缘的应采用半导电交联聚乙烯塑料做屏蔽
半导电聚乙烯塑料是在聚乙烯中加人导电炭黑获得的一般应采细粒径高结构的炭黑导电炭黑的用量一般为每100份聚乙烯加40份炭黑
6热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料
该种电缆料是以聚乙烯树脂为基料加人优质高效的无卤无毒阻燃剂抑烟剂热稳定剂防霉剂着色剂等改性添加剂经混炼塑化造粒而成不含有任何卤素重金素和磷元素它具有优良的机械物理性能电性能阻燃性能及加工工艺性能而且不释放卤酸发烟量低离火即自熄等特点大量减少了有毒腐蚀性气体的排放和烟雾的产生制成的电缆特别适合在要求具有高度安全性的公共场合下使用其护层级绝缘级柔软级电缆料适用于1kV及以下电力电缆控制电缆船用电缆市话电缆信号电缆及光缆等
三交联聚乙烯
聚乙烯在高能射线或交联剂的作用下能使线型的分子结构变成体型网状的分子结构使热塑性材料变成热固性材料交联聚乙烯与一般聚乙烯相比它可以提高耐热变型性改善高温下的机械性能改进耐环境应力开裂性能和耐老化性能增强耐化学稳定性和耐溶剂性减少冷
流性而电气性能基本保持不变用交联聚乙烯作绝缘材料的电缆长期工作温度可提高到90℃瞬时短路温度达170250℃辐照交联聚乙烯绝缘和硅烷交联聚乙烯绝缘料在中低压电线电缆中的使用得到飞速发展
l辐照交联聚乙烯
辐照交联聚乙烯是利用高能射线如γ射线α射线和电子射线等照射聚乙烯绝缘层使聚乙烯分子间产生交联辐照交联是靠电子加速器产生的物理能量进行的故属于物理交联辐照交联的工艺是先将聚乙烯挤包在导电线芯或电线上然后将半成品通过辐射源进行辐照交联聚乙烯经过辐照交联后其电性能基本不变交联度一般在60％－70％之间
2化学交联聚乙烯
化学交联聚乙烯是以聚乙烯树脂为基料再配合适量的交联剂和抗氧剂有时还添加适量的填充剂起提高耐电弧耐电蚀作用或作为耐电压稳定剂和软化剂捏合而成的聚乙烯混合物然后将其挤包在导电线芯上在一定的压力和温度下进行交联反应而成
四泡沫聚乙烯
泡沫聚乙烯是在聚乙烯中加入发泡剂发泡剂受热分解产生气体使聚乙烯中存在许多微孔的空气-塑料组合材料与实体聚乙烯比较它的介电常数小比重轻因此在通信电缆和射频电缆中获得广泛采用泡沫聚乙烯绝缘层要求发泡孔细数量多分布均匀一致彼此间不连通形成各自独立的封闭型气孔表面要光滑平整根据用途不同发泡度有所不同如同轴电缆的泡沫绝缘其发泡度可在55％－60％对射频同轴电缆的绝缘发泡度可达80％而一般通信电缆的绝缘发泡度在20％－30％左右
泡沫绝缘是通信线缆采用半空气绝缘结构的一种主要结构形式泡沫绝缘结构它具有柔软性好使用方便泡沫绝缘有比实芯绝缘衰减小重量轻使用绝缘材料少而又不需要有空气绝缘结构的充气维护容易受到潮气侵入等等缺点
泡沫聚乙烯电缆的几种发泡方法
1．化学发泡法将含有发泡剂的聚乙烯混合物加入挤塑机发泡剂受热挤出后分解气体迅速膨胀形成泡沫聚乙烯
2．涂制发泡将聚乙烯溶于甲苯或二甲苯溶剂然后将聚乙烯溶液涂在铜线上聚乙烯溶液冷却后大部分溶液挥发聚乙烯白化然后通过高温发泡炉使聚乙烯中残留的溶剂在高温下挥发逸出从而形成细小微孔的泡沫聚乙烯
3．膨润挤出发泡法将含有发泡剂的高密度聚乙烯先放在热的溶液早苯二甲苯等中浸泽膨润膨润度约10％然后在一般用的聚乙烯挤塑机上挤出发泡
4．物理发泡通过注入惰性气体经过成核剂形成泡沫物理发泡方法具有发泡度高较低的介电常数和介质损耗角降低了电缆衰减发泡均匀性好发泡孔细密密闭生产效率高等一系列优点和好处适应了当今通信发展的传输频率越来越高要求传输电缆的带宽越来越宽的要求物理发泡是当今发泡绝缘的发展方向
五氟塑料
凡是含有氟原子的塑料统称为氟塑料含氟塑料与其他塑料相比具有更优异的耐高低温耐腐蚀耐侯性电气绝缘性不吸收水及低的摩擦系数等特性
氟塑料的品种很多目前在电线电缆工业中应用的氟塑料有聚四氟乙烯F-4聚全氟乙丙稀F-46四氟乙烯和乙烯的共聚物F-40三氟氯乙烯和乙烯的共聚物F-30聚三氟氯乙烯F-3和聚偏二氟乙烯F-2等聚四氟乙烯塑料的连续使用温度为260℃聚全氟乙丙烯塑料的使用温度为200℃它们是耐热电缆的绝缘和护套材料氟塑料已成为现代尖端科学技术军工生产和各工业领域所不能缺少的新型塑料之一
六聚丙烯
聚丙烯是由丙烯烃聚合反应而得的含有碳氢两种元素的立体规整性高分子化合物其密度特别小比重仅为090－091外观很象高密度聚乙烯呈白色蜡状固体比聚乙烯透明
电线电缆用聚丙烯PP有粒料和薄膜两种聚丙烯具有良好的物理机械性能其表面硬度和耐环境应力龟裂性比聚乙烯高聚丙烯是非极性材料具有很好的电气绝缘性能介电常数较小介质损耗角正切值较低体积电阻和击穿场强较高在广阔的频率范围内不变化由于吸水性很小可以用作高频绝缘材料如通信电缆中有用泡沫聚丙烯绝缘聚丙烯还具有较高的耐热性和耐化学稳定性因此用于各种电线和电力电缆绝缘绝缘可以挤包得比较薄也可用薄膜包电缆缆芯同时由于它柔韧耐磨还可以作电缆的保护层值得注意的是聚丙烯用于电缆绝缘时与铜接触易产生化学反应减弱其抗老化能力为此聚丙烯塑料中必须加人适量的有害金属抑制剂以消除铜害用于电线电缆的聚丙烯往往加人一定比例的聚异丁烯以达到改善耐寒性提高挤出工艺性能两方面的目的
七热塑性聚氨酯塑料
聚氨酯是一种全反应性的热塑料包括了纯树脂以及混入了加工助剂或防火剂等添加剂的混合树脂和大多数弹体塑料不同的地方是它不需要透过交联或固化作用来达到最佳物理
性质聚氨酯不含增塑剂因此不会出现由于增塑剂渗移或挥发所引起起的脆裂现象它具有优越的低温弹性高超耐磨损性特别高的韧性良好抗化学及抗水解性防火性高抗拉强度
作为电线电缆护套材料用的聚氨酯塑料
1优越的韧度表现在它高度的抗容应拉力性能和杰出的抗磨性
2它所具备的弹性特别是在低温环境下弹性成为关键条件时尤为突出采用其他热塑料制造的电缆护套在冬天的雪冷球境中易变得僵硬以致破裂而聚氨酯护套在零下40℃的气温下仍然保持有弹性适合用于需要经常绕卷贮存开卷使用和在寒冷的户外环境下操作的电缆例如电机通信和地理勘探方面等
3在添加不含卤素的防火剂后其改性塑料具有优越的耐火性能原因是它们接触火焰时会形成膨胀碳这种碳能大大抑制火焰的蔓延和减少浓烟的产生
4所制成的电缆护套当接触油脂及其它烃类化学品时其良好的抗化学性和抗油性能不受影响浸在淡水海水污水中或是在湿度高的环境中都能抵抗水解作用能够有效地抵抗风雨侵蚀尤为适用于长期暴露在户外环境中所受到的风蚀作用具有低磨擦性或防粘性在电缆互相重叠滑动时产生的阻力较低电缆滑动得较为平顺
八聚酰胺
聚酰胺一般称为尼龙可由二元胺和三元酸通过缩聚反应制得聚酰胺在机械性能方面表现为抗拉强度较高延伸率基本符合电线电缆使用要求它表面硬度大耐蠕变性较好抗弯强度和冲击强度高延性好耐磨性高并且有自润滑性可用作电线电缆的挤包外护层
第二节导体
塑料电线电缆的导体主要有电工圆铜线电力电缆用铜和铝导电线芯电气装备电线电缆用铜和铝导电线芯等
一电工圆铜线
1电工圆铜线应符合GB3953《电工圆铜线》标准
圆铜线型号TR软圆铜线 TY硬圆铜线TYT特硬圆铜线
2圆铜线直径偏差应符合表2-3
表2-3 直径偏差
标称直径d mm 偏差±mm 00260125
01260400
0401600 0003
0004
1d 圆铜线垂直于轴线的同一截面上测得的最大和最小直径之差应不超过标称
直径偏差的绝对值
3机械性能
电工圆铜线的机械性能应符号表2-4的要求
表2-4 机械性能
标称直径mm TR型 TY型 TYT型 抗拉强度Mpa ≥ 伸长率≥
010
025
030
045
068
112
176
200
224
250 10
伸长率 ≥ 抗拉强度MPa≥伸长率≥
15
15
20
25
25
25
25
25
25 421
419
419
417
415
410
403
400
398
395 --
--
--
--
--
05
07
07
08
08 --
--
--
--
--
--
443
440
438
435 --
--
--
--
--
--
07
07
08
08 4电性能
圆铜线的电阻率应符合表2-5的要求计算时20℃时的铜密度为889gcm3线膨胀系数为0000017 1℃
表2-5圆铜线的电阻率
型号 电阻率ρ20 Ωmm2m 电阻温度系数 1℃ 上 200mm以下 200mm以上
TR
200mm以下 200mm以
TYTYT 0017241
001796 0017241
001777 000393
000377 000393
000381 5外观
圆铜线表面光洁无氧化发红发黑发粘现象无机械损伤等上盘的产品排线应平整无满乱偏紧松等现象
二塑料电线电缆用导电线芯
电线电缆的导体应符合GB3956-97《电缆用导体》标准要求标准将导体分成四种第1种第2种第5种第6种第1种为实芯导体第2种为绞合导体第5种和第6种预定用于软电缆和软线的导体第6种比第5种更柔软
电力电缆用的导电线芯有圆形半圆形扇形及瓦形结构绞线为同心式绞合各相邻层绞合方向相反绞合最外层绞合为左向绞合导体宜采用紧压绞合导体的节距比为内层不大于40d外层不大于20d
电气装备用导电线芯一般为圆形一次束绞的线芯其节距比不大于25d复绞线其股线不大于30d内层不大于20d外层不大于14d外层绞向均为左向且各层方向相反
各种绞合导体不允许整芯焊接绞合导体中的单线允许焊接但在同一层内相邻两个接头之间的距离应不小于300mm导电线芯表面应光洁无油污无损伤屏蔽及绝缘的毛刺锐边等现象
三半成品缆芯
根据电线电缆使用场合及敷设条件的要求不同电线电缆挤外护套的半成品缆芯的结构形式主要有带有铠装钢丝钢带结构类型的缆芯非铠装结构缆芯带有金属屏蔽结构的缆芯等
由于半成品缆芯的质量影响着电缆外护层的挤包质量为此要求
1非铠装型电线电缆的缆芯成缆要紧密圆整对称不损伤绝缘线芯表面严格控制成缆的不圆整度和外径的均匀性要求成缆时绕包带要绕包平整紧实无折叠和打皱现象绕包带无划伤和损伤接头处不能太大严禁成缆后电缆蛇形扇形线翻身等现象
2铠装型电缆芯
钢带铠装缆芯两层带均以间隙绕包绕包方向为右向绕包应紧而平服上下两层钢带的搭盖及钢带绕包间隙应符合工艺规定钢带接头处应剪成450的斜口斜口经绕包后应与电缆轴向平行接头应重叠310mm焊接焊接处要平整牢固边缘部分不得有毛刺尖角翘起现象焊接处应防腐处理钢带绕包上电缆后不应有夹层毛刺砂孔锈蚀缺陷严禁绕包的钢带卷边和绕包间隙过大
钢丝铠装缆芯钢丝绕包必须排列紧密整齐不得有跳线重叠钢丝扭结凸起不应有大于一根钢丝直径的间隙钢丝接头应对准中心接头要平整牢固焊接处需经反复弯曲检查以防虚焊焊接处如有毛刺或凸起的尖角必须锉平焊接处应防腐处理绕包用钢丝不得有毛刺三角口及叠加接头等
第三章挤塑设备和辅助设备
塑料绝缘电线电缆产品性能和质量跟所采用的生产工艺与生产设备密切相关生产工艺
是在一定的生产设备上形成生产设备又必须满足工艺要求电线电缆的塑料挤包是采用连续挤压方式进行塑料挤包是通过挤塑机用螺杆挤压将塑料包到导体或缆芯上构成绝缘层屏蔽层内护层和外护套塑料挤出机它主要由主机辅机和控制系统组成塑料挤出机的类型很多以螺杆直径分类分别适用于挤制各种规格的电线电缆产品
第一节塑料挤出生产线
塑料挤出机组如图3-1所示通常由放线及张力装置校直装置预热装置挤塑机又称主机冷却装置火花试验机计米装置牵引装置收排线装置及控制系统等组成
图3-1 电缆绝缘生产线
为保证不停机换盘连续生产放线装置应由两台放线设备组成导体或缆芯从放线装置放出之后经校直装置进入预热装置导体在预热装置加热以后温度可达100℃左右这样可消除导体线芯残余应力增加伸长率和柔软性挤塑机把塑料加工成高温的粘流态并连续地挤向机头导体或缆芯通过机头时挤包成一定厚度的塑料绝缘层或外护层然后在水槽中冷却冷却定型后的电线电缆制品在牵引装置拖动下作直线运动使加工过程稳定连续地进行最后由收线装置收绕在收线盘上
一塑料挤出机
塑料挤出机组的主机是挤塑机塑料挤出机采用一体化设计主要有挤压系统传动系统加热和冷却系统控制系统等组成其外形结构如图3-2所示
1挤压系统 图3－2挤出机外形
包括螺杆机筒料斗机头和模具等是挤出机的关键部分塑料通过挤压系统塑化成均匀的熔体并在这一过程所建立压力下被螺杆连续地挤出挤出机头
1螺杆挤塑机的最主要部件它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率螺杆由高强度耐腐蚀的合金钢制成一般螺杆的长度为其直径的15－30倍
2机筒是一金属圆筒一般用耐热耐压强度较高坚固耐磨耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成机筒与螺杆配合实现对塑料的粉碎软化熔融塑化排气和压实并向成型系统连续均匀输送胶料一般机筒的长度为其直径的15－30倍以使塑料得到充分加热和塑化充分为原则机筒应有足够的厚度刚度内壁应光滑但在新式挤塑机中为提高加料段的输送效率常在机简内壁开有纵向沟槽在机筒的外面装有电阻或感应加热管测温装置和冷却系统
3料斗通常为锥形容器其容积至少应能容1h的用料料斗底部装有截断装置以便调整和切断料流料斗的侧面装有视孔和标定计量装置根据需要有的料斗装有抽真空加热搅拌或推进装置等亦有自动加料料斗计量配料料斗等
4机头和模具机头由合金钢内套和碳素钢外套构成机头内装有成型模具机头中的多孔滤板又称筛板能使机头和机筒对中定位并能支承过滤网和对塑料熔体产生反压力机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动均匀且平稳地导人模套中并赋予塑料必要的成型压力塑料在机简内塑化压实经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具模芯模套适当配合形成截面不断减小的环形空隙使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层为保证机头内塑料流道合理消除积存塑料的死角往往安置有分流套筒为消除塑料挤出时压力波动也有设置均压环的机头上还装有模具校正和调整的装置便于调整和校正模芯和模套的同心度
挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角将机头分成斜角机头夹角120度和直角机头机头的外壳是用螺栓固定在机身上机头内的模具有模芯座又称模芯支承器并用螺帽固定在机头进线端口模芯座的前面装模芯模芯及模芯座的中心有孔用于通过芯线在机头的前部装有均压环用于均衡压力挤包成型部分由模芯座和模套组成模套的位置可由螺栓通过支撑来调节以调整模套对模芯的相对位置便于调节挤包层厚度的均匀性机头外部装有加热装置和测温装置
2传动系统
传动系统的作用是驱动螺杆供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速通常由电动机减速器和轴承等组成要求螺杆转速稳定不随其负荷的变化而变化以保证制品质量均匀一致但在不同场合下又要求螺杆能变速以达到一台设备能挤出不同塑料和不同产品的要求为此传动电机一般采用交流整流子电动机直流电动机等以满足低速启动且能无级变速和有足够大的功率等要求变速装置一般由两部分组成一是连接主电机及主减速器的皮带传动机构一是主减速器一齿轮传动机构其要求传动速比准确恒定传动平稳无噪音无撞击无震动
3．加热冷却装置
加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件
1现在挤塑机通常用的是电加热分为电阻加热和感应加热加热片装于机身机脖机头各部分加热装置仅由外部加热机筒内的塑料使之升温以达到工艺操作所需要的温度
2冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量以避免温度过高使塑料分解焦烧或定型困难为此必须对机筒螺杆和
料斗进行冷却机筒冷却分为水冷与风冷两种一般中小型挤塑机采用凤冷较为合适大型则多采用水冷或两种型式结合冷却螺杆冷却主要采用中心水冷目的是增加物料固体输送率稳定出胶量同时提高产品质量料斗座处的冷却一是为了加强对固体物料的输送作用防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口二是保证传动部分正常工作
二放线装置
放线装置的规格通常是用放线架侧板的开档和放线盘轴心升起的最大高度以及放线盘最大尺寸来表征的这主要是根据主机的生产规范和工艺上的需要来决定挤塑机组的放线装置有单盘及双盘两种为提高生产效率放线装置的装盘趋向大容量和双盘放线以利于高速连续挤塑机组的需要
放线装置的结构型式有单盘或双盘放线放线装置的类型一般有静盘越端式主动式有轴立柱式无轴立柱式行走龙门式等张力控制一般采用摩擦片阻尼刷磁粉制动器力矩电机等方式进行控制
挤塑机组对放线装置的基本技术要求是放线速度应均衡而不应有跳动线盘的装卸要方便迅速运转灵活安全可靠性大能为连续生产提供保障等
三校直装置
塑料挤出废品类型中最常见的一种是偏心而线芯各种型式的弯曲则是产生绝缘偏心的重要原因之一在护套挤出中护套表面的刮伤也往往是由缆芯的弯曲造成的因此各种挤塑机组中的校直装置是必不可少的
校直装置的主要型式有滚筒式分为水平式和垂直式滑轮式分为单滑轮和滑轮组绞轮式兼起拖动校直稳定张力之多种作用压轮式分为水平式和垂直式等
四预热装置
线芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的对于绝缘层尤其是薄层绝缘不能允许气孔的存在线芯在挤包前通过高温预热可以彻底清除表面的水份油污对于护套挤出其主要作用在于烘干缆芯防止由于潮气或绕包垫层的湿气的作用使护套中出现气孔的可能预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内应力的作用在挤塑料过程中预热可消除冷线进人高温机头在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动从而稳定挤出量保证挤出质量挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置要求有足够的容量并保证升温迅速使线芯预热和缆芯烘于效率高预热温度受放线速度的制约一般与机头温度相仿即可
五定型冷却系统
主要由水箱固定水槽移动水槽加热系统水泵系统等组成成型的塑料在离开机头后应立即进行冷却定型否则会在重力的作用下发生变形冷却的方式通常采用水冷却并根据水温不同分为急冷和缓冷
急冷就是冷水直接冷却急冷对塑料挤包层定型有利一般PVC塑胶层采用急冷对对PEPP结晶高聚物因骤热冷却易在挤包层组织内部残留内应力导致使用过程中产生龟裂缓冷则可减少内应力在冷却水槽中分段放置不同温度的水使制品逐渐降温定型对PEPP的挤出采用缓冷即经过热水温水冷水三段冷却逐步定形
冷却装置有浸浴式冷却水槽喷淋式和喷雾式冷却水槽
1浸浴式冷却水槽有1－8段每段长l－4m冷却水在槽中保持一定的水位并可循环使用或连续换水以免水温升高或局部区段水温度变化而影响冷却效果和产品质量每段各有进水管排水管及闸阀分别控制进水量有些水槽为满足工艺上需要分为固定式水槽与可移动式水槽
2喷淋式和喷雾式冷却水槽里面有喷水管管上有喷水头水从喷水头喷到产品上进行冷却近年来设计了一种高效喷雾式冷却装置用喷雾头代替喷淋头在喷淋水箱内通过压缩空气把水从喷雾头喷出接触产品表面受热蒸发带走大量热量亦有采用喷淋式和浸浴式水冷机结合的方式
六火花试验机
主要用于对电缆绝缘或护套的完整性进行检查一般有高压直流和高压交流之分其主要构造有高压发生器高压检测链珠击穿记录装置保护装置等组成
七外径测量系统和电缆干燥装置
用于电缆外径的测量或监控干燥装置是为了干燥电缆表面的水分同时可提高外径测量的正确性和印字质量
八计米印字装置
其作用是在电缆护套表面印刷电缆标记同时记录长度由标准计米轮字块安装轮色带放出和废带吹出装置等组成
九牵引装置
挤塑机组中的牵引装置主要作用是实现电缆挤塑过程的连续直线运动一般由单独电动机驱动挤塑机组牵引装置有双轮式履带式及轮带式三种
双轮式牵引装置由两个直径大小相等的绞轮组成其中一个通过变速系统与牵引电机相连为主动轮另一个则为被动轮其优点是能最大限度地延长制品自冷却到收线的路径使制品有充分的自然冷却时间防止制品在收线盘上粘结变形消除在运动中的抖动稳定挤出质量其缺点是电缆弯曲半径受到限制
履带式及轮带式牵引是由一定长度转动灵活的链条为不损伤电缆链条上附有高弹性且耐磨的橡皮块或皮带由牵引电动机驱动实现无级调速的传动机构上下履带或轮带做同步反向的圆周运动两条履带或轮带之间可以通过调节一定的下压力夹紧线缆进行周而复始的运动带动电缆直线前进在调节下压力的压缩空间夹紧电缆时要确保制品在牵引过程中不变形和不擦伤并且运转要平衡无跳动和打滑以免影响挤出质量
十收排线装置
在许多挤塑机组中排线与收线是单独传动的但收排线之间有着严格的同步要求即为实现收线盘制品排列均匀整齐要求线盘每转一周排线移动一定的距离这个距离应等于制品的外径而这个距离是由排线丝杠的转速和螺纹节距确定的同时收线盘的宽度与排线丝杠的行程必须一致排线行程的两端与线盘的两个侧板对应为此挤塑机组的收排线装置应为联合机构以一定的形式进行机械联锁或电气联锁
收排线的规格也是由主机的生产技术规范决定的其排线结构型式有光杆排线和丝杆排线收线装置的结构型式有单盘收线和双盘收线有轴收线和无轴收线等双盘收线装置是电线电缆生产中使用的一种新型收线装置当一收线盘满盘后另一收线盘开始收线可以保持连续
生产它具有操作灵活自动化程度高收线速度快节省辅助工作时间降低劳动或强度等优点在高速挤塑机组中多采用双盘收线装置
十一其它辅助装置
1切断器能迅速切断电缆便于分盘
2隔离涂粉装置能在绝缘线芯或缆芯外涂抹隔离材料防止线芯与护套粘联
3油膏填充装置在生产填充式通信电缆时在缆芯与钢带或护套与缆芯的间隙之间涂覆阻水材料
十二控制系统
塑料挤出机的控制系统包括加热系统冷却系统及工艺参数测量系统主要由电器仪表和执行机构即控制屏和操作台组成其主要作用是控制和调节主辅机的拖动电机输出符合工艺要求的转速和功率并能使主辅机协调工作检测和调节挤塑机中塑料的温度压力流量实现对整个机组的控制或自动控制
挤塑机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分实现对挤塑工艺包括温度压力螺杆转数螺杆冷却机筒冷却制品冷却和外径挤包厚度的控制以及牵引速度整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制
1挤塑机主机的温度控制
电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性使之处于粘流态进行的除
了要求螺杆和机筒外部加热传到塑料使之融化挤出处还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热因此要求主机的温度应从整体来考虑既要考虑加热器加热的开与关又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却要有有效的冷却设施螺杆中心水冷却和机筒外风道的风机冷却并要求正确合理地确定测量元件热电偶的位置和安装方法能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度以及要求温控仪表的精度与系统配合好使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求
2挤塑机的压力控制
为了反映机头的挤出情况需要检测挤出时的机头压力由于国产挤塑机没有机头压力传感器一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量螺杆负荷表电流电压表能正确反映挤出压力的大小挤出压力的波动也是引起挤出质量不稳的重要因素之一挤出压力的波动与挤出温度冷却装置的使用连续运转时间的长短等因素密切相关通过检测的压力表读数就可以知道塑料在挤出时的压力状态一般取后推力极限值报警控制
3螺杆转速的控制
螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时可供使用的调速范围要大而且对转速的稳定性要求高因为转速的波动将导致挤出量的波动影响挤出质量所以在牵引线速度没有变化情况下就会造成线缆外径的变化同理如牵引装置线速度波动大也会造成线缆外径的变化螺杆转速和牵引线速度可以通过操作台上相应仪表反映出来挤出时应密切观察确保优质高产
4外径的控制
为了保证线缆的外径尺寸除要求控制线芯或缆芯的尺寸公差外在挤出温度螺杆转速牵引装置线速度等方面应有所控制保证而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平在挤塑机组设备中特别是高速挤塑生产线上应配用在线外径检测仪随时对线缆外径进行检测井且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速纠正外径超差
5收卷要求的张力控制
为了保证不同线速下的收线从空盘到满盘工作的恒张力要求希望收排线装置有贮线张力调整机构或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等
6整机的电气自动化控制
这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求主要是开机温度联锁工作压力保护与联锁挤出牵引两大部件传动的比例同步控制收线与牵引的同步控制或线速度的同步或强力同步外径在线检测与反馈控制根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制如配有线芯预热装置时要求预热电压要跟踪整机线速度以及与整机同步的主动传动系统或称主动助力装置
第二节塑料挤出机螺杆
螺杆是挤塑机主机挤压系统的关键部件之一它不仅起输送塑料的作用同时对塑料的挤压塑化成型的难易也起着极其重要的作用所以合理选用螺杆结构和参数是获得理想的产品质量和产量的重要环节
一螺杆的类型
为适应不同塑料加工的需要螺杆的型式有许多种以便能对塑料产生较大的输送挤压混合和塑化作用图3-4为几种常见螺杆
1螺杆的选择
螺杆型式的选用主要根据塑料的物理性能及挤塑机的生产技术规范来确定
1非结晶型聚合物的软化是在一个比较宽的温度范围内完成的例如硬聚氯乙烯PVC的软化点为75-165℃一般选用等距渐变螺杆结晶型聚合物熔融的温度范围比较窄而低密度聚乙烯LDPE的熔融温度在120-150℃一般选用等距突变螺杆
2小型螺杆使用在小型挤塑机上如φ45挤塑机螺杆采用的是等距不等深的全螺纹形式螺杆的长径比较小主要用于挤出小截面的绝缘层和护套层挤出速度较快
3中型螺杆采用等距而螺纹深度渐变的全螺纹形式它的长径比比小螺杆大些螺纹的节距相等从根部起由浅到深螺杆端部的螺纹较深根部的螺纹较浅这样塑料挤出量较多又不影响螺杆强度挤出速度快塑料塑化好是一般中小型挤塑机生产绝缘层和护套层的理想螺杆
4大型螺杆直径一般在150mm以上如φ150φ200φ250挤塑机大型螺杆采用两种形式一是等距不等深如φ150φ200挤塑机二是螺杆分三段即等距等深等距不等深不等距不等深如φ250挤塑机压缩比在2-3之间长径比在151左右主要用于生产大截面的电线电缆绝缘层和护套层
二螺杆的主要参数
螺杆结构的几何形状如图3-5所示其主要参数有螺杆的直径长径比压缩比螺距螺槽宽
度螺槽深度螺旋角螺杆与机筒之间的间隙等这些参数对挤塑工艺和性能有很大影响
DSs螺杆外径D螺杆根径S螺距
W螺槽宽度 e螺纹宽度θ螺旋角
L螺杆长度 δ螺杆螺筒间隙H螺槽深度
图35 螺杆结构的主要参数
1螺杆直径Ds
螺杆直径即螺纹的外径挤塑机的生产能力挤出量近似与螺杆直径的平方成正比在其它条件相同时螺杆直径少许增大将引起挤出量的显著增加其影响甚至比螺杆转数的提高对挤出量的影响还大故常用螺杆直径来表征挤塑机规格大小的技术参数
2长径比LDs
螺杆工作部分的长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比在其它条件一定时如螺杆直径增大长径比就意味着增加螺杆的长度LDs值大温度分布合理有利于塑料的混合和塑化此时塑料在机筒中受热的时间也较长塑料的塑化将更充分更均匀从而提高挤塑质量如果在塑化质量要求不变的前提下长径比增大后螺杆的转速可提高从而增加了塑料的挤出量但是选择过大的长径比螺杆消耗的功率将相应增大而且螺杆与机筒的加工和装配的难度增加螺杆弯曲的可能性也会增加将会引起螺杆与机简内壁的刮磨降低使用寿命另外对于热敏性塑料过大的长径比容易因停留时间长而热分解影响塑料的塑化和挤出质量因此在充分利用长径比加大后的优点选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定例如加工聚
烯烃和聚氯乙烯的螺杆LDs分别为25和20
3压缩比
压缩比亦称为螺杆的几何压缩比是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比它是由塑料的物理压缩比即制品的密度与进料的表观密度之比来决定的挤塑机的压缩比较大目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化压实加工塑料的种类不同时压缩比的选择也应不同采用普通型螺杆时低密度聚乙烯软聚氯乙烯聚酰胺的压缩化ε＝23聚苯乙烯和硬聚氯乙烯的压缩比ε＝2545高密度聚乙烯和聚丙烯的压缩比ε＝35由于分离型螺杆适应性较强而且回流较小其压缩比可取较小值采用分离型螺杆挤软聚氯乙烯和聚烯烃的压缩比可取ε＝1920
按压缩比来分螺杆的形状可分为三种①等距不等深螺杆常用的等距渐变螺杆从加料段的第一个螺朋开始直至均匀段的最后一个螺槽深度逐渐由深变浅而螺距不变这种螺杆加工制造容易塑料与机筒的接触而积大传热效果好所以是最常用的一种②等深不等距螺杆其螺槽深度不变螺距从加料段第一个螺撇开始至均化段末端由宽逐渐变窄这种螺杆尾部强度较高有利于进一步增大螺杆转数来提高生产能力但因螺杆加工困难而较少采用③不等深不等距螺杆螺槽深度和螺纹升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化的即螺纹升程螺距从宽逐渐变窄螺槽深度由深逐渐变浅因其机械加工复杂也较少采用
4螺旋升角θ
即螺纹与螺杆横断面的夹角螺旋角太大保证不了塑化时间降低螺杆的塑化质量太小则螺纹密螺槽容积减小影响挤出量对于送料段30o螺旋角最适合于粉料15o螺旋角适合于方形料粒17o左右螺旋角适合于球状或柱状料粒由均匀段理论分析得知螺旋角30o时的挤出
流率最高实际上为了加工方便多取螺旋角为17o41
5螺距S和螺槽宽度W
螺距即螺纹的轴向距离螺槽宽度即垂直于螺棱的螺槽宽度在其它条件相同时螺距和槽宽的变化不但决定螺杆的螺旋角而且还影响螺槽的容积从而影响塑料的挤出量和塑化的程度螺槽宽度加大则意味着螺棱宽度减小螺槽容积相应增大挤出量提高同时螺棱宽度减少螺杆旋转摩擦阻力减小所以功率消耗低
6螺槽深度H
即螺纹外半径与根部半径之差根据压缩比的要求加料段槽深大于熔融段熔融段槽深又大于均化段加料段螺槽深度大有利于提高其输送能力但槽深太深一则使螺杆强度下降导致螺杆在较大扭力作用下发生剪断二则太深使塑料在槽间混合不均搅拌不匀影响热传导和热平衡导致螺杆塑化能力下降而熔融段和均化段螺槽渐浅螺杆对物料产生较高的剪切速率有利于机筒壁向物料传热和物料的混合塑化但是太浅螺槽容积减小直接影响挤出量
7螺杆与机筒的间隙δ
即机筒内径与螺杆外径之差的一半螺杆与机筒间隙的大小对挤塑质量和产量都有很大的影响特别是对塑化起着主要作用当螺杆与机筒的间隙太大时尤其是均化段间隙增大则塑料的逆流漏流现象增加不但引起挤出压力的波动影响挤出量而且由于这些回流的增加使塑料过热这是由于摩擦加剧的结果这种过热尤其发生在散热不良的环境中往往导致塑料分解造成塑化差成型困难因此螺杆与机筒间隙一般控制在0106mm
8螺杆头部结构
螺杆头部的形状和几何尺寸与物料能否平衡地从螺杆进人机头能否避免滞流以免局部物料受热时间过长而产生热分解现象等有直接关系不同形状的螺杆头在挤塑过程中塑料从螺杆进入机头时的流动方式也不同从旋转运动变为直线运动这时靠筒壁处的塑料流动慢在中心处的流动快根据塑料的流动状态螺纹深度和两侧的圆弧半径可以相应变化以适应螺杆各段的要求螺杆头部常采用锥角较小的锥体形状为了增加搅拌作用可在锥形状上制成与螺杆均化段连续的螺纹
9螺杆螺纹的头数
在其它条件相同时多头螺纹与单头螺纹相比多头螺纹对物料的正推力较大攫取物料的能力较强并可降低塑料熔体的倒流现象但螺纹全长都是多头螺纹时会由于各条螺槽的熔融均化或对溶体输送能力不一致容易引起挤出量的波动和压力波动不利于挤出质量所以有时只是为了提高加料段攫取物料的能力在加料段设置双头螺纹以提高塑料粒子的输送能力
三挤出机螺杆的分段及各区段的基本职能
挤出过程中塑料随着螺杆的旋转而前进要经历着温度压力粘度等变化这种变化在螺杆的各段是不一样的螺杆的分段如图4-2所示它是根据塑料在挤塑机中物态变化流动情况和螺杆的基本职能来划分的挤出机螺杆可分为三段加料段又称为固体输送段或预热段塑化段又称压缩段均化段又称熔融段
1加料段又称为预热段其职能主要是对塑料进行压实和输送此段螺杆表面光滑颗粒状塑料从料斗进入机筒螺杆后开始被预热加温在旋转的螺杆作用下通过机筒内壁和螺杆表面
的摩擦作用向前输送和压实塑料在加料段基本上保持固态预热好的塑料由螺杆旋转推进至熔融段开始塑化加料段前螺纹应该深一些该段的螺杆长度随塑料的种类不同而不同从零至螺杆总长的75％不等一般该段长度为螺杆的有效长度的1525挤出结晶聚合物较长硬性非结晶聚合物次之软性非结晶聚合物较短
2塑化段又称为压缩段其作用是将加料段送来的塑料进一步压实和塑化并将塑料中夹有的空气压回到加料口处排出并改善塑料的热传导性能这一段螺槽应该是压缩型的螺纹要比加料段的浅些其工作过程是当塑料从加料段进入塑化段后随着塑料的继续向前输送由于螺槽逐渐变浅以及滤网多孔滤板和机头的阻碍作用塑料中形成了高压故塑料逐渐压实同时物料受到来自机筒的外部加热和螺杆与机筒的强烈搅拌混合和剪切等作用开始熔融随着推进过程液相不断增加而固相不断减少塑料在这段里由固体状态变为熔融状态全部或绝大部分转变为粘流体塑化段是螺杆工作部分中最关键的部分这段螺纹不要太深因为螺纹一深塑化受到压力减少则塑化不好塑化段的长度主要和塑料的粘流温度或熔点等性能有关熔化温度范围宽的塑料如聚氯乙烯的塑化段最长可占螺杆的整个长度熔化温度范围窄的聚乙烯塑化段约占螺杆全长的4550％而熔化温度范围很窄的聚合物如聚酰胺等塑化段甚至只有一个螺距的长度
3均化段又称为熔融段其作用是将塑化段已经塑化好的粘流态塑料在温度的持续作用下塑化得更加均匀塑化均匀的塑料熔体由螺杆的搅拌推动使之定压定量和定温地从机头中挤出这一段也称为定量段或压出段约占螺杆全长的2025％为避免螺杆头部面前形成料流死区常将螺杆头设计成锥形或半圆形有些螺杆均化段为一表面平滑的柱体称鱼雷头它能节制料流消除波动提高螺杆的塑化能力
四螺杆的维护保养
螺杆是塑料挤出的心脏部分维护保养好螺杆是提高产品产品和质量的关键因此要注意下列几个问题
1不允许在没有加塑料时螺杆空转
2在清洗螺杆时要把螺杆垫平垫稳不允许螺杆转动以免螺杆损伤
3严禁将全属物品加人机筒内以免损伤螺杆
4温度过低时或加温温度末达到工艺温度下限时严禁起动螺杆
5使用螺杆冷却水时当温度下降明显且较低时应停止水冷并做到停机必须停水
6定期清洗螺杆清洗螺杆时严禁使用金属器械砸撞螺杆
螺杆清洗时经常要装卸而机筒是密闭的不可能打开机筒进行因此在拆卸螺杆时首先要将存于机简内的塑料完全排净而后卸掉机头从调节顶杆处将螺杆从止推轴承内顶出在顶出螺杆的过程中严禁重击螺杆根部从机身与机头连接处即机身前沿出料口处将螺杆缓慢取出对较大型螺杆在取出13左右后应及时将螺杆平稳地放在螺杆托架车上再将螺杆完全取出防止螺杆前端倾斜碰撞机筒或掉在地上安装时顺序相反即将螺杆由托架车上缓慢地从前边的机筒出料口装入当接触止推轴承后应转动轴承与螺杆配合好后再将螺杆顶进止推轴承内即可而后装上机头机头与机身必须上紧并使机头均匀可靠地压紧滤板
五几种新型螺杆
为了使挤塑机能在挤出量和挤出质量上提高发展了许多新型螺杆新型螺杆有分离型以
及在其基础上变化而来的屏障型螺杆还有销钉型波浪型分配混合型及组合型螺杆等
1分离型螺杆
此螺杆是根据熔融理论从促进塑料熔融出发而设计的一般是在螺杆熔融段的螺棱旁再加一道辅助螺棱于是将螺槽主螺棱的前缘一边分为熔体槽而将其后缘一边分为固体槽辅助螺棱与机筒的间隙为038-076mm只能容许固体槽中由固体床生成的熔体流主熔体槽而不能使未熔化的塑料进人这样就与其它结构的螺杆中的情况不同可以避免未熔化的塑料发生崩溃时和熔体混合在一起辅助螺棱不仅能使熔体受到少量的高剪切作用而使其进一步融化同时也有助于内压力的增加
2屏障型螺杆
将普通螺杆的均化段螺纹加深在螺杆的中部或端部设置相当短而有屏障性能的混合段以增加阻力提高塑料在螺杆上的压力增加塑化能力同时把熔体和未熔化的固体分离使熔体只能向端部输送
3销钉型螺杆
这种螺杆是在靠近熔化段末端到均化段这一区间设置一组或几组起混合作用的销钉使料流发生搅动并从而产生局部的高剪切以增进固体粒子的熔化此外设置销钉还有助于内压力的提高并可保证螺槽被充满和压实
4波浪型螺杆
这种螺杆的螺槽根部是偏心的偏心部位沿轴向按螺旋形移动由于螺槽深度前后各点不
一样螺槽彼此的连接就呈现波浪的形式在波浪型螺杆转动时螺槽根部会产生周期性的起伏波动未熔化的物料将产生细小的颗粒并从而增加表面积促进熔化
5分配混合型螺杆
在螺杆末端设置一个特制的动态混合器该动态混合器由若干个混炼元件组成在其圆周上均设有与螺棱方向相同螺旋形进出料槽使物料在其流动的交叉方向上受到强烈的剪切作用既可以改进垂直于流动方向上的温度均匀性也可以改进流动方向的温度均匀性使物料得到较为理想的和快速的均化作用
6组合型螺杆
是由螺杆基体和各种剪切元件混炼元件组成它可以适应特定塑料和特定产品的要求这种组合型螺杆首先用于双螺杆挤塑机近年来也用于单螺杆挤塑机
第四章工装设计和选择
挤塑制品的生产质量除了与设备和材料有关外很大程度上还取决与工装模具的设计对于电缆绝缘或护套挤出工艺来说其所用模具主要是挤塑模具当用于特定类型生产时可能还有钢铝带纵包模等其他一些特殊工装模具
第一节挤塑模具设计和选配
挤塑本身质量的好坏与塑料本身的质量挤出机性能挤出温度速度挤出的冷却有关外还与机头模具设计等多种因素有关模具的几何形状结构尺寸流道设计等直接决定塑料的挤出质量
一挤出模具的组合类型
模芯模套是挤塑成型模具模芯固定在模芯座上作用是固定和支撑线芯或缆芯使塑料成环状并按一定方向进入模套通过调整模芯座螺栓以调整模芯模套的相对位置模套借助于模套盖固定于机头上模套的作用是使塑料通过它的内锥孔与模芯的外锥体所形成的间隙进入孔道成型
模芯模套的结构尺寸和几何形状选择的原则是模芯模套之间形成的间隙应是逐渐缩小的胶料通过间隙的速度逐渐加快同时这一流程中塑料不应遇到任何障碍成流线形流动保证塑料有足够的压力达到挤出层紧密表面质量良好
挤出模具主要有挤压式挤管式和半挤压式三种如图4－1所示
图4－1挤塑模具的三种形式
1挤压式模具
挤压式模具的模芯没有管状承径部分模芯缩在模套承径后面熔融的塑料以下简称料流是靠压力通过模套实现最后定型的挤出的塑料层结构紧密外表平整模芯与模套间的夹角大小决定料流压力的大小影响塑料层质量和挤出制品的质量模芯与模套尺寸及表面光洁度也直接决定挤出制品的几何形状尺寸和表面质量模套孔径大小必须考虑解除压力后的塑料膨胀以及冷却后的收缩等综合问题由于压力式挤出塑料在挤出模口处产生较大的反作用力因此出胶量较挤管式低得多该模具调偏困难尤其是当线芯和缆芯有弯曲时容易造成塑料层偏心严重厚薄不容易控制产品质量对模具依赖性较大挤塑对配模的正确性要求较高且挤出线芯弯曲性能不好因此挤压式模具一般仅用于小截面线芯或要求挤包紧密外表特别圆整的线
芯以及挤出塑料拉伸比过小者
2挤管式模具
模芯有管状承径部分模芯口端面伸出模套口端面或与模套口端面持平的挤出方式称为挤管式挤管式挤出时由于模芯管状承径部分的存在使塑料不是直接压在缆芯上而是沿着管状承径部分向前移动先形成管状然后经拉伸再包覆在线芯或缆芯上在电缆护套和绝缘挤出中主要采用这类模具
挤管式模具具有以下优点
挤出速度快挤管式模具充分利用塑料可拉伸的特性出胶量有模芯和模套之间的环形截面积来确定它远远大于护套的厚度所以线速度可根据拉伸比不同而有所提高
生产时操作简单偏芯调节容易其径向厚度的均匀性只由模芯模套的同心度来决定
配模方便同一套模具可以利用调整拉伸比的办法挤制不同尺寸的护套
塑料经拉伸后发生定向作用特别对结晶性高聚物结果使塑料机械强度提高
护套厚薄容易控制通过调整牵引速度来调整拉伸比从而改变护套厚度
在某些特殊要求中可以挤包得很松在缆芯外形成一个松包的空心管
挤管式模具的缺点
塑料层的致密性差因为模芯和模套之间的夹角很小塑料在挤出时受到的压紧力较小为了克服这一缺陷可以在挤出中增加拉伸比使分子排列整齐而提高塑料层的致密性
塑料层与缆芯的结合力差可通过抽真空或提高拉伸比的方法解决
挤出外表不如挤压式圆整缆芯的不均匀性都能在护套表面反映出来
3半挤压式模具
模芯有管状承径部分但比较短模芯承径的端面缩进模套口端面的挤出方式称为半挤压式这是挤管式和挤压式的过渡形式它吸取了挤压式和挤管式模具不易调偏芯的缺点特别适用于挤包大规格的绞线绝缘和要求包紧力大的护套但柔软性较差的线芯或缆芯不宜采用这种模具进行塑料层的挤包因为当线芯或缆芯发生各种形式的弯曲时将产生偏心
二模具尺寸的选用
模具的几何尺寸模具的装配尺寸和外形尺寸以及模具的外锥角内锥角属于设计问题不属本次培训的内容这里仅讨论影响护套尺寸的模具参数
图4－2挤塑模具模芯模套示意图
1模芯内径选择
模芯内径就是模芯的承线孔的直径一般稍大于缆芯外径如果选择过大对于挤压式模具来说会使偏芯调整困难还会使熔融的塑料倒流入模芯对于挤管式模具承线孔直径的过大会增大塑料拉伸比影响护套外观模芯承线孔径选择过小会使缆芯擦伤甚至使包带拉断另外缆
芯在模芯内受到阻力使挤出外径不均匀甚至出现竹节形对于挤压式模芯的承线孔径一般选择比缆芯外径大0210mm挤管式模芯承线孔径选比缆芯外径大053mm
2模芯外径
模芯外径尺寸决定于内径和模芯壁厚的尺寸这个壁厚的设计既要考虑模具的寿命又要考虑塑料的拉伸特性壁厚太薄模具容易损坏壁厚太厚使拉伸比增大塑料表面光洁度差甚至容易拉断料流一般壁厚取0815mm具体根据模芯内径尺寸而定大时取上限小时取下限
3模芯承线长度
对挤管式模芯来说其承线长度分为内承线和外承线而挤压式模芯只有内承线内承线过长则缆芯受到的摩擦阻力大易使缆芯擦伤甚至拉断缆芯内承线过短则缆芯不稳定调整偏芯困难模芯的外承线长度应与模套定径长度相适宜一般比模套定径长度长38mm
4模套内径
模套孔径是模套定径区孔的直径它对护套外径和表面质量关系密切在实际生产中应结合塑料的工艺性能缆芯结构等多种因素综合考虑挤压式模具模套孔径选择太大则塑料在定径区内受到的压力就小挤出层疏松有沙眼脱节毛糙等缺陷如果选得过小则挤出压力较大外径不均匀甚至出现麻花纹一般挤压式摸套孔径等于护套外径或比护套外径大0205mm对于挤管式模套孔径的选择应根据塑料的拉伸特性和配模系数来计算确定
5模套定径长度
模套定径长度是模套圆柱形孔的长度它是护套的定径区塑料在挤出时受到的阻力大则
挤包层紧密光滑定径区长护套外径稳定但过长则使塑料挤出压力增加增加设备负荷还会造成塑料表面不光发毛塑料易倒流入模芯定径区过短则塑料受到的阻力小流量大挤包层不紧密同时外径不稳定定径长度的选择是以模套孔径为基础的一般为模套孔径的0515倍但此值要小于模芯外承线长度
6模芯伸出模套的距离限挤管式
一般取03mm当模芯向前伸时则护套管内径变大管壁厚度变薄
7模芯承径后部与模套定径后部之间的距离
在挤管式挤出中要求模芯承径后部退后于模套定径后部有一定距离如果此段距离过太短轻则使挤出的护套管壁变薄重则引起料流的阻力或反压力太大造成设备负荷增大
一般该段距离取当护套厚度小于2mm时取23mm护套厚度大于3mm时取46mm
三挤管模具配模系数和拉伸比
挤管式挤出可以看作在模芯模套出口处有一环状塑料层经一定拉伸形成一个合适的空心塑料管套在缆芯上因牵引速度大于料流挤出速度形成拉伸料流出模口后形成一个圆锥假定出胶量不变根据线速度的不同圆锥锥度也不同线速度慢拉伸小圆锥远离模口线速度快拉伸大圆锥尖端就移向模口在这个圆锥里环状截面即料流的内外径之比是保持一定比例缩小的由此可得出一个拉伸比的概念
模具 电缆
图4－3挤管式挤出拉伸比示意图
拉伸比的定义塑料离开挤出模口时圆环状截面积与冷却后所要求的护套管的圆环截面积之比称为拉伸比对于不同的塑料根据其熔融状态下的粘度流动特性护套的厚度以及电缆结构要求等其拉伸比也不相同
电缆护套常用材料有PVCPEPU等对于PE材料来说其拉伸比一般取1158PVC为1125PU为1153
例有一电缆缆芯外径为70mm护套厚度要求为20mm其配模的模芯8095mm模套是160mm则其拉伸比为 S S1S2
S1 078541102-702 5655mm2
S2 078541602-952 13018mm2
S 130185655 23 则拉伸比为123
从提高绝缘或护套挤出质量来看希望拉伸比小一些为好因为拉伸比大即模套孔径大塑料拉伸严重护套表面粗糙无光泽拉伸比小表面质量好还不会产生收缩现象
配模的另一个计算是配模系数K其体理论推导这里忽略只告诉大家一个简单的计算公式即
模套内径 模芯外径
K
护套外径 缆芯外径
按上例K 1601109570 107
根据模具选择而计算可以得出三种情况
K 1 称为紧包
K 1 称为平衡拉伸
K〈1 称为松包
电缆护套挤出一般采用紧包或平衡拉伸一般K 1011由配模计算公式及护套配模系数要求就很方便地得出模套内径尺寸
模芯外径×电缆外径
模套内径 ×K
缆芯外径
接上例D 9511070 107 1597mm
以上已简介了模具设计的要求和公式下面讨论紧包过程成型原理以便进一步了解和熟
悉配模的要求
图4－4
在上图中AB为模芯外径与模套之间的距离即离开模口时料流的厚度EF1是电缆所需的护套厚度F1G为缆芯的半径
假设在挤出时选用的模套内径较大即在图中A点移动到了A1点而其余三项保持不变这时K值就大于1成为不平衡拉伸若要继续保持K 1的平衡拉伸由于缆芯外径和模芯外径在挤出过程中是不能改变的只有增加护套的厚度使E点移动到E1点也就是说模套内径增大后挤出电缆的外径变粗如果用了大的模套后仍要求外径不变即厚度保持在EF1位置可通过提高牵引速度使料流经一定拉伸来达到所需的外径具体而言料流A1B拉伸到E1F位置时F点已经和缆芯表面接触这时由于线速度的增加F点随着缆芯移动到F2点而E1点移动较慢沿着斜线移动到了E2点E2点和F2点不在垂直OG的同一平面上发生层间错位通过这个层间错位拉伸使护套厚度减薄E2F2的厚度等于EF的厚度因此K大于1则线缆生产速度快塑料经一定拉伸与缆芯包得紧密且机械强度高同时由于紧包使塑料层与纵包层能有较高的结合力在一般电缆护套生产中都有意将K设计成大于1根据不同塑料其K的取值不同通常K取10512
第二节盘具选用
收线盘从一定程度上也影响护套质量如当护套外径较大时选用小筒径的收线盘可能出现内层铠装钢带损伤护套缆芯因弯曲变形严重等问题另外如果生产大长度时选用小规格线盘会出现收线过满或收卷不下被迫剪断缆芯
一般要求收线盘筒径不小于护套外径的30倍收线盘的尺寸要满足生产长度和设备允许的要求上盘长度可通过下列公式计算
L πPNd2PD1000
式中P d1-d2-2t2D
N 096L2D
P卷绕层数
N每层卷绕圈数
D缆芯外径
d1收线盘外径
d2收线盘内径
L2收线盘内宽
t盘边余量
第五章塑料挤出理论
电缆挤出是一种塑料挤压成型工艺电线电缆的加工采用连续挤出工艺连续挤出成型工
艺具有如下主要特点
1连续化生产可根据需要生产任意长度
2高的生产率有资料统计表明日本一台挤出机平均年生产能力为858吨注射机为276吨可见挤出成型生产能力大于注射机
3应用范围广能加工绝大多数热塑性塑料含部分热固性塑料
4投资少见效快
塑料挤出理论是指塑料在螺杆挤出机中的运动变化过程的一种理论研究挤出理论的目的就是要揭示掌握和促进这一运动变化过程从而使挤出成型加工达到优质高产低消耗的效能
第一节热塑性塑料的三态变化
我们知道物质的性质由物质及分子结构所决定塑料是高分子聚合物它由柔韧的大分子链结构所组成分子间的相互作用和分子量决定其所有综合物理性
根据高分子物理学的概念热塑性塑料在受热时存在三种物理状态即玻璃态温度低于玻璃化温度Tg高弹态温度高于玻璃化温度Tg而低于粘流态温度Tf粘流态温度高于粘流态温度Tf而低于聚合物分解温度Td而当温度高于Td时聚合物便开始降解或分解图5－1视出了这三种状态度温度变化曲线图
Tg Tf Td 温度
玻璃态 高弹态 粘流态
图5－1三种状态度温度变化曲线图
红色结晶性塑料绿色非结晶性塑料
表5－1 一些塑料的三态温度
塑料 脆化温度T
HDPE -50
玻璃化温度Tg 熔点温度Tm 热变形温度 分解温度Td
PP -30
PBT
15-40 160176 6070
4045 255260 85
1535 105137 4352 350
PVC -30 2050 160210 5474 240
对于非结晶的塑料一般在常温时具有一定的刚性和硬度但不脆称为玻璃态在玻璃态
塑料受一定的冲击压缩等负荷作用下变形很小并随温度的增加使变形直线上升但在外力消失后变形也随之消失并恢复原状这种力学性质称为普弹性虎克型弹性这是因为在常温时塑料的大分子不能移动链段也处于冻结状态只有大分子上较小的运动单元如侧基支链和链节能运动我们常用的塑料日用品也是利用塑料常温下的玻璃态性质当温度再低时高聚物处于脆性在很小的外力作用下分子链发生断裂此时材料失去使用价值该温度即为脆化温度Tx当温度上升到玻璃态温度以上时塑料呈现似橡胶一样的高弹性称为高弹态在高弹态时塑料在较小的外力作用下可产生很大的变形且初始时变形随温度的升高而增大到一定限度后变为恒定而外力解除后能够恢复原来状态这是因为温度升高后大分子的振动和转动加速这时大分子链仍不能移动但链段已能运动这时高分子材料如果受力卷曲状态的大分子链会沿着受力方向拉长大分子链由卷曲而拉直变形可达1001000普弹性时变形为00401处于高弹性的塑料一般不能作结构材料使用当温度继续上升至粘流态温度后不仅大分子链段能运动大分子之间也可相互滑移这时大分子受外力时产生粘性流动即处于粘流态此时即使外力消失变形仍然存在当高分子的热运动的能量超过化学键能即化学键形成时放出的能量或化学
键断裂时吸收的能量就会引起化学键的破坏结果主链断裂或侧基脱离导致高分子材料性能劣化
结晶性塑料的高弹态却不明显当温度高于熔化温度时便很快地熔融而处于粘流态热塑性塑料随温度变化而发生上述三态变化是可逆的当温度低于粘流态温度时塑料从粘流态转变为高弹态当温度低于常温时塑料转变为玻璃态
严格地说高聚物的三态转变的温度范围不是完全固定的塑料的三态转变除与温度有关外还和应力作用的时间和作用力施加速度有关塑料的挤出工艺就是利用塑料的三态变化来实现的
第二节塑料在挤出机中的运动过程
挤塑机的工作原理是利用特定形状的螺杆在加热的机筒中旋转将由料斗中送来的塑料向前挤压使塑料均匀地塑化即熔融通过机头和不同形状的模具使塑料挤压成连续性的所需要各种形状的塑料层挤包在线芯和电缆上
一塑料挤出过程
电线电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的挤出设备一般是单螺杆挤塑机塑料在挤出前要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物然后把塑料预热后加入料斗内在挤出过程中装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进从预热段开始逐渐地向均化段运动同时塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态在螺槽中形成连续均匀的料流在工艺规定的温度作用下塑料从固体状态转变为熔融状态的可塑物体再经由螺杆的推
动或搅拌将完全塑化好的塑料推入机头到达机头的料流经模芯和模套间的环形间隙从模套口挤出挤包干线芯或缆芯周围形成连续密实的绝缘层或护套层然后经冷却和固化制成电线电缆产品
二挤出过程的三个阶段
塑料挤出主要依据的是塑料所具有的可塑态塑料在挤出机中完成可塑成型过程是一个复杂的物理过程包括了混合破碎熔融塑化排气压实并最后成型定型这一过程是连续实现的然而习惯上人们往往按塑料的不同反应将挤塑过程人为的分成各个不同阶段①塑化阶段塑料的混合熔融和均化②成型阶段塑料的挤压成型③定型阶段塑料层的冷却和固化
1塑化阶段也称为压缩阶段它是在挤塑机机筒内完成的经过螺杆的旋转作用使塑料由颗粒状固体变为可塑性的粘流体塑料在塑化阶段获得热量的来源有两个方面一是机筒外部的电加热二是螺杆旋转时产生的摩擦热起初的热量是由机筒外部的电加热产生的当正常开车后热量的取得则是由螺杆旋转物料在压缩剪切搅拌过程中与机筒内壁的摩擦和物料分子问的内摩擦而产生的
2成型阶段它是在机头内进行的由于螺杆旋转和压力作用把粘流体推向机头经机头内的模具使粘流体成型为所需要的各种尺寸形状的挤包材料并包覆在线芯或导体外
3定型阶段它是在冷却水槽中进行的塑料挤包层经过冷却后由无定型的塑性状态变为定型的固体状态
三塑化阶段塑料流动的变化
塑化阶段塑料沿螺杆轴向被螺杆推向机头的移动过程中经历着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区段情况是不同的塑化阶段根据塑料流动时的物态连续变化过程又可分成三个阶段①加料段又称破碎段②熔融段又称塑化段③均化段又称均压段各段对塑料挤出产生不同的作用塑料在各段呈现不同的形态从而表现出塑料的挤出特性
1加料段首先就是为颗粒状的固体塑料提供软化温度其次是以螺杆的旋转与固定的机筒之间产生的剪切应力作用在塑料颗粒上实现对软化塑料的破碎而最主要的则是以螺杆旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向摩擦力以形成连续而稳定的挤出压力进而实现对破碎塑料的搅拌与均匀混合并初步实行热交换从而为连续而稳定的挤出提供基础在此阶段产生的推力是否连续均匀稳定剪切应变率的高低破碎与搅拌是否均匀都直接影响着挤出的质量和产量
2熔融段经破碎软化并初步搅拌混合的固态塑料由于螺杆的推挤作用沿螺槽向机头移动自加料段进人熔融段在此段塑料遇到了较高温度的热作用这时的热源除机筒外部的电加热外螺杆旋转的摩擦热也在起着作用而来自加料段的推力和来自均化段的反作用力使塑料在前进中形成了回流回流产生在螺槽内以及螺杆与机筒的间隙中回流的产生不但使物料进一步均匀混合而且使塑料热交换作用加大达到了表面的热平衡由于在此阶段的作用温度已超过了塑料的流变温度加之作用时间较长致使塑料发生了物态的转变与加热机筒接触的物料开始熔化在机筒内表面形成一层聚合物熔膜当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时就会被旋转的螺纹刮下来聚集在推进螺纹的前面形成熔池由于机筒和螺纹根部的相对运动使熔池产生了物料的循环流动螺棱后面是固体床固体塑料物料沿螺槽向前移动的过程中由于熔融段的螺槽深度向均化段逐渐变浅固体床不断被
挤向机简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从而使熔膜和固体床分界面的物料熔化固体床的宽度逐渐减小直到完全消失即由
固态转为粘流态可塑态此时塑料分子结构发生了根本的改变分子间张力极度松弛若为结晶性高聚物则其晶区开始减少无定形增多除其中的特大分子而外主体完成了塑化即所谓的初步塑化并且在压力的作用下排除了固态物料中所含的气体实现初步压实
3均化段具有这样几个突出的工艺特性这一段螺杆螺纹深度最浅即螺槽容积最小所以这里是螺杆与机筒间产生压力最大的工作段另外来自螺杆的推力和筛板等处的反作用力是塑料短兵相接的直接地带这一段又是挤出工艺温度最高的一段所以塑料在此阶段所受到的径向压力和轴向压力最大这种高压作用足以使合于塑料内的全部气体排除并使熔体压实致密该段所具有的均压段之称即由此而得由于高温的作用使得经过融熔段未能塑化的高分子在此段完成塑化从而最后消除颗粒使塑料塑化充分均匀然后将完全塑化熔融的塑料定量定压地由机头均匀地挤出
四．挤出过程中塑料的流动状态
挤出过程中由于螺杆的旋转使塑料推移而机筒是不动的这就在机筒和螺杆之间产生相对运动这种相对运动对塑料产生摩擦作用使塑料被拖着前进另外由于机头中的模具多孔筛板和滤网的阻力又使塑料在前进中产生反作用力这就使塑料在螺杆和机筒中的流动复杂化通常将塑料的流动状态看成是由以下四种流动形式组成的
1正流是指塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动它是由螺杆旋转的推挤力产生的是四种流动形式中最主要的一种正流量的大小直接决定着挤出量
2倒流又称逆流它的方向与正流的流动方向正好相反它是由于机头中的模具筛板和滤网等阻碍塑料的正向运动在机头区域里产生的压力塑料前进的反作用力造成的由机头至加料口形成了压力下的回流也称为反压流动它能引起生产能力的损失
3横流它是沿着轴的方向即与螺纹槽相垂直方向的塑料流动也是由螺杆旋转时的推挤所形成的它的流动受到螺纹槽侧壁的阻力由于两侧螺纹的相互阻力而螺杆是在旋转中使塑料在螺槽内产生翻转运动形成环状流动所以横流实质是环流环流对塑料在机筒中的混合塑化及热交换影响很大塑料所以能在螺杆中混合塑化成熔融状态是和环流的作用分不开的环流使物料在机筒中产生搅拌和混合并且利于机筒和物料的热交换它对提高挤出质量有重要的意义但对挤出流率的影响很小
4漏流它也是由机头中模具筛板和滤网的阻力产生的不过它不是螺槽中的流动而是在螺杆与机筒的间隙中形成的倒流它也能引起生产能力的损失由于螺杆与机筒的间隙通常很小故在正常情况下漏流流量要比正流和倒流小得多在挤出过程中漏流将影响挤出量漏流量增大挤出量将减小
塑料的四种流动状态都不能以单独形式出现就某一塑料质点来说既不会有真正的倒流也不会有封闭的环流熔体塑料在螺纹槽中的实际流动是上述四种流动状态的综合以螺旋形轨迹向前的一种流动
五挤出量
挤出量是挤塑机的重要特性参数是挤出理论的重要研究内容之一如上所述挤出过程中塑料流动是人为的将螺杆按某工作特性分为三个部分事实上螺杆本身是一个整体塑料沿螺杆全长上的物态变化是逐渐连续发生发展并完成的并不存在一个两相界面为此对挤出量就有了两个假设把塑料由固态转为粘流态的全过程假定发生并完成在变化区段的所谓粘结点而塑料被压实则假定发生并完成在变化区段的所谓填实点由此人为的将全部物料分为两部分即粘结点前的固体部分和粘结点后的流体部分对于一个结构合理的挤出机构由于挤出具有连续性的特点其固态下的挤出量与粘流态下的挤出量应绝对相等逸出的气体忽略不计因
此挤出量即可由两部分之一求得一般都以后段的流体力学方法计算对
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