高温芯线乙丙橡胶绝缘层挤出工艺探讨

高温芯线乙丙橡胶绝缘层挤出工艺探讨

李伟刘向阳

保定威奕汽车有限公司河北保定071000

摘要：橡皮绝缘电线电缆也和其他电线电缆一样，通常是由导电线芯、绝缘层和护套层构成。绝缘层的作用是防止电流沿径向泄露，使电流只能沿着导电线芯流动。因此，绝缘层的材料必须具有良好的电气绝缘性能，能承受相当的电压，具有较高的绝缘电阻和较低的介质损耗。此外绝缘层还必须有一定的物理机械性能和良好的加工工艺性能。文中通过介绍产品结构特点及工艺流程，从模具设计入手，对如何在连续硫化生产线上挤出YE型高温乙丙橡胶绝缘芯线进行了探讨，使挤出质量达到非常高的标准。到目前为止，芯线一次交试合格率达99%以上，满足了用户的要求，并且大大降低了材料成本，实现了降本增效的目标。

关键词：高温芯线；乙丙橡胶；绝缘层；挤出工艺

1、前言

乙丙橡胶有优越的电性能，用于高压电缆绝缘时有不发生电树、水树的突出优点。乙丙橡胶具有高度的饱和结构，分子链比较柔顺，具有许多优点：耐臭氧性非常好、耐气候性和颜色稳定性非常好、耐老化性能优越，长期使用在８５～９０℃的条件下不发生龟裂，耐寒性较好，在－５５℃时曲挠性仍较好、弹性大、压缩变形小，又具有较好的耐化学腐蚀性。但电缆提出后，绝缘层开裂，无法修复使用，只能报废，使电泵采油成本居高不下。为此，我们开始研制并开发了一种YE型高温潜油泵电缆，已取得了令人满意的成果。该电缆一旦推广成功，可与高温潜油电泵相配套，解决高温油井的开采难题，大大降低电泵采油成本，使电泵采油工艺的应用范围更加广泛。

2、产品结构及工艺流程

2.1产品结构

该产品芯线结构为导体——聚酰亚胺薄膜——三元乙丙橡胶绝缘层——铅护套。从结构上看，此芯线是聚酰亚胺薄膜与三元乙丙橡胶共同起绝缘作用。如何使三元乙丙橡胶牢固地粘接在聚酰亚胺薄膜线上，成为新的难题。聚酰亚胺制作工艺复杂，如果按照传统涂胶工艺，将薄膜线再重复缠绕一遍。这样，将会对薄膜线造成一定程度的损伤，影响其绝缘效果；另一方面，使排线困难，排线不齐，这不利于连续硫化生产线正常挤出，使绝缘线径控制困难，给下道工序带来诸多麻烦。经过认真思考，我们决定将涂胶工序直接安排在连续硫化生产线上。这样，同时也提高了劳动效率。

2.2工艺流程

该产品工艺流程如下：放线架——稳线轮——机头——硫化管道——后密封——牵引机——收线架

2.2.1烘线涂胶装置

我们在导体进入挤出机头前加了一套烘线装置，在生产过程中，通过调节烘箱温度，使薄膜芯线在通过烘线装置时，表面被均匀涂胶，并且达到烘干效果。使其在进入机头时保持顺畅，避免了由于模芯口处易堵胶，因而造成挤出芯线连续出现竹节状，甚至被拉断的严重事故。

2.2.2后密封装置

以前，连续硫化后密封采用汽缸加压方式进行密封。锅炉升压后，随着连续硫化速度的提高，对后密封也提出了很高的要求。这样的密封效果受汽缸压力影响较大，因此，在原有的汽缸压力下，密封效果不是很理想。经过对后密封结构的认真分析，我们对后密封进行了改进，在原有基础上加装了螺纹连接密封结构，使密封效果大大提高，为后平台控制冷却水温度提供了有利保障。

3、模具设计

此芯线挤出采用挤压式模具结构。

3.1剂压式模芯

挤压式模芯结构见图1。

图1挤压式模芯

（1）d1：模芯内径

这是对挤出质量影响最大的结构尺寸之一，是根据芯线结构特点及几何尺寸设计的。如果模芯内径太小，则穿线困难，芯线通过不顺畅，在挤出时芯线会出现一顿一顿的现象，容易造成绝缘层呈竹节状，使挤出线径粗细不均。另外，还容易刮伤芯线，甚至拉断芯线。内径过小，还会使模芯磨损增加，使用寿命减少。而模芯内径太大，芯线在模芯内会摆动、跳动，容易造成挤出偏心；另外，挤出过程中易倒料，既有损于绝缘层质量又有可能造成断线。

一般而言，d1=d+（0.05mm～0.15mm），其中d是被挤出芯线外径。对于薄膜线，我们一般要将d1加放0.2mm～0.4mm。这样，既可使芯线能够顺利通过模芯，又不致使芯线在模芯中发生摆动，造成挤出偏心。

（2）d2：模芯外径

d2实际上是决定模芯头部端面厚度e的尺寸，e=（d2-d1）2。e太薄，制造困难，模芯寿命短，易损坏；e太厚，则橡胶流动会发生突变，在端面形成涡流区，引起挤压力波动，而且又是个死角，影响胶层质量。一般模芯壁厚e=0.3mm～1mm为宜。

（3）β：外锥角

根据机头结构和橡胶特性设计。从受力分析中可知，β角小，则推力大而压力小，此时挤出的速度快，但表面不光滑，包得不紧密。反之，β角大，推力小而压力大，此时挤出的速度慢，但表面光滑，包得紧密。通常要求模芯的外锥角要小于模套的内锥角。常用β=20°～40°，对于薄膜线挤出，我们取β=27°。

（4）β′：内锥角

在保证壁厚的情况下，β′越大越好，但内锥角与内承径1之间要吻接好，不得出现台阶，以免给穿线带来困难。

内承径大小决定芯线通过模芯时的稳定性及模芯的使用寿命。太短，芯线在模芯中稳定性差，而且容易磨损，使内孔扩大，此时芯线的位置不易固定，容易产生偏心；太长，则芯线所受的摩擦阻力增大，可能引起芯线被拉细或拉断。在薄膜线挤出的模芯中，一般取1为7mm。

（5）模芯外锥最大直径

该尺寸是由模芯座尺寸决定的，要求与模芯座严格吻合，不得出现“前台”也不可出现“后台”，这里也不准倒角，否则将造成滞留胶料的死角，直接影响胶层表面质量。

（6）L1：锥体长度

当β确定后，根据D尺寸，L1自然就会通过正切公式求得。

3.2挤压式模套

由于YE型高温芯线结构的原因，要求三元乙丙橡胶绝缘单边厚度要小。加之，通过调节模芯来调整模间距，比较困难，因此既不容易控制芯线挤出绝缘厚度均匀，又不容易调节芯线挤出偏心。为此，我们在原有模套的基础上，重新对模套及模套座进行了设计。改进后，我们可以通过调节模套来调整模间距，调节非常方便，保证了绝缘层标称厚度。这样一来，大大提高了一次开机成功率，有效地节约了成本。

（1）D大：模套内径

D大决定挤出层外径大小及挤出层表面质量。模套内径太大，塑料拉伸较大，使挤出后表面粗糙无光泽；太小：虽然表面光滑，但容易造成外径粗细不均。一般取D大=d外-（0.05mm～0.1mm）。这样挤出的芯线比较光亮。d外是挤出后芯线外径。

（2）L：模套承径

模套承径的长短对机头内胶料流压力、偏心度控制的难易程度和挤包表面的光洁度有很大关系。L长，机头内胶料流压力高，使胶料不易流出，表面不光滑且放线慢，生产效率低；如果收线速度太快，有时会拉断绝缘层。但是，芯线挤出后外径稳定。L短，机头内胶料流压力低，表面光滑，生产速度快，不会发生拉断绝缘层的现象，但是，芯线挤出后外径不稳定。挤压式模套承径长度取绝缘芯线外径或模套内径的一定的倍率比，一般取L=（0.2～3）D大，在生产薄膜线时，我们取L为3mm。

改进后，使原来只能通过在机头后面调节模芯连接杆来调节模间距，变成可通过调节模套座及模芯来共同达到调节模间距的目的，并且使调节偏心度更加精确，以至于虽然要求单边绝缘层厚度要非常薄，但是我们仍然可以用挤压式模具精确地调节到规定范围。

4、结语

通过试挤，各项技术指标均达到国际标准。投入正常生产后，到目前为止，芯线的一次交试合格率达99%以上。下一步，我们准备通过提高薄膜线烧结质量，然后在不断改进的涂胶工装上着手，力求尽快解决这一影响产品质量的因素，使YE型高温芯线绝缘层挤出工艺更趋完善，产品质量更进一步，早日赶上乃至超过国外同类产品水平，以适应用户要求日益提高的新形势。

参考文献：

［１］ＧＢ／Ｔ５０１３—２００８额定电压４５０／７５０Ｖ及以下橡皮绝缘电缆［Ｓ］

［２］ＪＢ／Ｔ８７３５—２０１１额定电压４５０／７５０Ｖ及以下橡皮绝缘软线和软电缆［Ｓ］