电线电缆挤塑工艺优化控制体会探讨

电线电缆挤塑工艺优化控制体会探讨

陈晨、朱旭、吕伟、侍丽霞、吴元祥 

宝胜科技创新股份有限公司 江苏扬州 225800

摘要：虽然电线电缆产品的结构非常简单，但是其质量水平是非常重要的问题，将与人们的身体健康、人身安全、财产安全等密切相关。因此可以说，通过电线电缆产品的应用，给国民经济发展注入源源不断的活力，也是国家开展基础建设和重点工程中必不可少的产品支持。本文通过分析电线电缆的生产线结构、挤塑机装置以及挤塑原理的基础上,得到了影响电线电缆挤塑过程几个主要工艺参数,并且结合实验数据进行研究。

关键词：电线电缆；挤塑工艺；优化控制

在生产电线电缆金属导体外部包裹塑料的时候，需要经过一套有颗粒状固体到软体液体的混合物的过程，这一过程就叫挤出，也叫挤塑。

1、挤塑过程中的影响因素

1.1挤塑温度

在塑料的挤出过程中，物料聚集态的转变及决定物料流动的粘度都取决于温度，因此，温度是塑料挤出工艺中最重要的工艺参数。

由于温度影响着塑料的熔融过程和熔体的流动性，因此挤出温度就和挤出制品质量有着密切的关系。为使固体物料熔化为进行挤出加工的粘流态，挤出物的温度应高于物料的粘流温度（或熔点），而且加工温度还不应使物料出现大量分解，因此挤出温度上限为不能高于物料的最高稳定温度，如熔融态聚乙烯稳定的温度范围较宽，则有较宽的加工温度；而聚氯乙烯的稳定温度范围很窄，故加工温度范围也较窄，为提高材料的热稳定性，在树脂中加入稳定剂以提高最高稳定温度。因为聚合物的挤出温度是一个较大的范围，靠近温度下限和接近温度上限都可以完成塑料的挤出，低温挤出和高温挤出各有所长。

低温挤出有如下优点：保持挤出塑料层的形状比较容易，由于挤包层中热能较小缩短了冷却时间；此外温度低还会减少塑料降解，这对容易产生热降解的塑料（如聚氯乙烯）尤为重要，同时对挤出过程易发生其它物理化学变化（如交联聚乙烯挤出温度高时容易发生先期交联，发泡制品易出现发泡度低）的塑料也很重要。但挤出温度低，临界剪切应力、临界剪切速率值也低，会使挤包层失去光泽，并出现波纹，不规则破裂等现象。另外温度低，塑料熔融区延长，从均化段出来的熔体中仍夹杂有固态物料，这些未熔物料和熔体一起成型于制品上，使挤出层性能下降。

1)加料段采用低温，这是由于加料段要进行机械剪切并搅拌混合，形成固体塞，为熔体挤出产生足够的推力，如温度过高，使塑料早期熔融，不但导致挤出过程中的分解，而且引起“打滑”，造成挤出压力波动，导致挤出量不均匀，并因过早熔融，而致混合不充分，塑化不均匀，所以这一段采用低温。

2)熔融段的温度要有大幅度较大的提高，在该段塑料要实现聚集态的转变，变为粘流态的熔体，需要大量的热量，只有达到一定的温度才能确保大部分组分得以塑化。

3)均化段温度最高，塑料在熔融段已大部分塑化，而其中小部分高分子组成尚未完全塑化，就进入均化段，这部分组成尽管很少，但其塑化是必须实现的，这部分组分的塑化的温度往往需要更高，因此，均化段的挤出温度有所升高是必须的，有时候（在挤出稳定之后），可以维持不变，而赖以塑化时间的延续，实现充分塑化。

4)机脖的温度要保持均化段的温度或稍微降低，这是因为此处要完成将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，并将熔体均匀、平稳地导入机头中。在此处滤网、多孔板上的孔将塑胶体分散为条状物，在进入机头时必须在其熔融态下将其彼此压实，显然温度下降太多是不行的。

1.2螺杆转速

由挤出物料输送和均化段粘流体的流率分析可知，塑料流率（即挤出速度）和螺杆转速成正比，由于调节方便，螺杆转速是挤出过程中表征挤出速度的重要操作变量。因此，在一般情况下，提高螺杆转速是提高生产速度，实现高速挤出的重要手段，但通过对塑料熔融长度分析得知，螺杆转速增加，一方面由于增强剪切作用，使剪切摩擦热量增加；另一方面，在没有机头压力控制的情况下，螺杆转速增加。流率增加，物料在机内停留的时间缩短，导致塑料塑化程度下降。而且后者的影响超过前者，会因熔融长度延长至均化段而破坏正常的挤出过程。所以，需要增加螺杆转速来提高挤出速度时，还必须提高加热温度或采用控制机头压力来提高塑料的塑化程度，以保证高速挤出时塑料挤出质量。

1.3牵引速度

挤包制品是由牵引装置拖动通过机头的，为保证产品的质量，要求牵引速度均匀稳定，与螺杆转速协调，以保证挤出厚度和制品外径的均匀性。如果牵引速度不稳定，挤包层易形成竹节状，而牵引过慢时挤出厚度大，且发生堆胶或空管现象；牵引速度过快，易造成挤出拉薄拉细，甚至出现脱胶漏包现象。所以，正常挤出过程中，一定控制好牵引速度。

1.4冷却

挤塑工序中，冷却是很重要的一项。一般分为螺杆冷却、机身冷却及产品冷却。螺杆冷却的作用是消除摩擦过热，稳定挤出压力，促使塑料搅拌均匀，提高塑化质量。机身冷却的作用是增加机筒散热，以克服摩擦过热形成的温升，因为这一温升在挤出过程中，甚至在切断加热电源后也不能停止，从而使合理的温度不能得以长期维持，必须增加散热，使机筒冷却下来，以维持挤出过程中的热平衡。机身冷却是分段进行的，主要以风机冷却为主，考虑到机身各段功能不同，对均化段冷却的使用尤其注意。

产品冷却是确保制品几何形状和内部结构的重要措施。塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却，否则会在重力作用下发生变形。对于聚氯乙烯等非结晶材料可以不考虑结晶的问题，塑料制品可采用急冷方式用冷水直接进行冷却，使其在冷却水槽中冷透，不再变形。

2、聚乙烯、聚丙烯等结晶聚合物的冷却

对于聚乙烯、聚丙烯等结晶型聚合物的冷却，则要考虑到结晶问题，就通常情况而言，当聚乙烯厚度较薄或加工温度较低时，因为冷却迅速、充分和均匀，一般出现问题少。但在挤出厚度较大（如：电力电缆的护套厚度大多在2.0mm以上，JKLY-10型电缆的绝缘厚度为3.4mm）、挤出温度较高（如：线性低密度聚乙烯为180～220℃，高密度聚乙烯为190～260℃），若冷却工艺处理不当就容易出现问题。聚乙烯加工工艺控制主要从塑化挤出和冷却两方面来控制。聚乙烯成型加工温度宽，但在低温挤出时易形成熔体破裂，造成表面粗糙，光亮度差，还会产生残留的内应力，导致绝缘或护套后期的开裂。因此聚乙烯挤出温度要适当高些，以保证充分塑化塑化越好，其耐环境应力开裂性能就越优良。但挤出温度的提高会对电缆表面质量带来了一些负面影响，易形成表面缺陷，影响电缆表面质量，严重时造成废品。一般我们采取以下措施进行改进：①高温到室温分段冷却的第一段冷却水温选为60—70℃，以手可以伸入水中但停留片刻即感觉烫手为宜，这样既可避免因水温过低骤冷使聚乙烯产生内应力，又可避免水温过高，在聚乙烯表面形成气泡，产生凸起。②冷却水循环过程中，向水槽加水要特别注意，宜采用大口径、低流速加水，并且水不能直接冲到产品表面，最好沿水槽壁缓缓流下。③在产品入水后约半米处增加一个去除气泡的装置，如用软毛刷或细棉纱触刷产品表面，拂去附着的气泡，保持产品表面光洁。④在循环水中加入消泡剂，避免气泡的形成。

通过实践证明，按照以上措施对挤塑生产线水冷却部分进行了改进：冷却水槽向机头延伸，使电缆出机头后在空气中暴露不到一米即整体进入冷却水中；在水槽中增加了除气泡的软毛刷；控制冷却水的分段冷却温度，温度设定为60℃一70℃；并加快了生产节奏，减少线芯存放时间。改进后，生产的产品表面光洁，极少出现凹坑等表面缺陷。

3、结束语

在生产过程中，我们只有了解挤塑设备及塑料属性，然后经过细心调试，才可能生产出符合要求的产品，如果在这过程中，出现像上述类似质量缺陷时，我们不妨用介绍方法进行故障寻找与解决，希望对同行有所帮助。

参考文献:
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[2]陈帝宁，何军浅论配电线路故障原因分析及施工对策[J]城市建设理论研究，2011(20)

[3]邓瑜10kV配网工程项目的质量管理措施[J]工程建设与设计，2012(12)