電線電纜生產(chǎn)工藝知識

工 藝
　　塑料電線電纜的主要絕緣材料和護層材料是塑料。熱塑性塑料性能*，具有良好的加工工藝性能，尤其是用于電線電纜擠制絕緣層和護層生產(chǎn)時工藝簡便。電線電纜塑料絕緣層和護層生產(chǎn)的基本方式是采用單螺桿擠出機連續(xù)擠壓進行的。由于擠出機具有連續(xù)擠出的特點，所以塑料絕緣和護套的生產(chǎn)過程也是連續(xù)進行的。就電線電纜生產(chǎn)而言，產(chǎn)品規(guī)格的差異，擠制部件的不同，往往決定了擠制設備及工藝參數(shù)的某些變化。但總的來講，各種產(chǎn)品，各個部件的擠塑包覆工藝是大同小異的，下面以一般為主，個別為輔對擠塑原理、工藝與模具類型進行介紹。
　　*節(jié) 塑料的擠制
　　一、塑料擠出的基本原理
　　擠出機的工作原理是：利用特定形狀的螺桿，在加熱的機筒中旋轉，將由料斗中送來的塑料向前擠壓，使塑料均勻的塑化（即熔融），通過機頭和不同形狀的模具，使塑料擠壓成連續(xù)性的所需要的各種形狀的塑料層，擠包在線芯和電纜上。
　　1.塑料擠出過程
　　電線電纜的塑料絕緣和護套使是采用連續(xù)擠壓方式進行的，擠出設備一般是單螺桿擠出機。塑料在擠出前，要事先檢查塑料是否潮濕或有無其它雜物，然后把螺桿預熱后加入料斗內(nèi)。在擠出過程中，裝入料斗中的塑料借助重力或加料螺旋進入機筒中，在旋轉螺桿的推力作用下，不斷向前推進，從預熱段開始逐漸的向均化段運動；同時，塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用，并且在機筒的外熱及塑料與設備之間的剪切摩擦的作用下轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)，在螺槽中形成連續(xù)均勻的料流。在工藝規(guī)定的溫度作用下，塑料從固體狀態(tài)轉變?yōu)槿廴跔顟B(tài)的可塑物體，再經(jīng)由螺桿的推動或攪拌，將*塑化好的塑料推入機頭；到達機頭的料流，經(jīng)模芯和模套間的環(huán)形間隙，從模套口擠出，擠包于導體或線芯周圍，形成連續(xù)密實的絕緣層或護套層，然后經(jīng)冷卻和固化，制成電線電纜產(chǎn)品。
　　2.擠出過程的三個階段
　　塑料擠出zui主要的依據(jù)是塑料所具有的可塑態(tài)。塑料在擠出機中完成可塑過程成型是一個復雜的物理過程，即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實并zui后成型定型。大家值的注意的是這一過程是連續(xù)實現(xiàn)的。然而習慣上，人們往往按塑料的不同反應將擠塑過程這一連續(xù)過程，人為的分成不同階段，即為：塑化階段（塑料的混合、熔融和均化）；成型階段（塑料的擠壓成型）；定型階段（塑料層的冷卻和固化）。
　　*階段是塑化階段。也稱為壓縮階段。它是在擠塑機機筒內(nèi)完成的，經(jīng)過螺桿的旋轉作用，使塑料由顆粒狀固體變?yōu)榭伤苄缘恼沉黧w。塑料在塑化階段取得熱量的來源有兩個方面：一是機筒外部的電加熱；二是螺桿旋轉時產(chǎn)生的摩擦熱。起初的熱量是由機筒外部的電加熱產(chǎn)生的，當正常開車后，熱量的取得則是由螺桿選裝物料在壓縮、剪切、攪拌過程中與機筒內(nèi)壁的摩擦和物料分子間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的。
　　第二階段是成型階段。它是在機頭內(nèi)進行的，由于螺桿旋轉和壓力作用，把粘流體推向機頭，經(jīng)機頭內(nèi)的模具，使粘流體成型為所需要的各種尺寸形狀的擠包材料，并包覆在線芯或?qū)w外。
　　第三階段是定型階段。它是在冷卻水槽或冷卻管道中進行的，塑料擠包層經(jīng)過冷卻后，由無定型的塑性狀態(tài)變?yōu)槎ㄐ偷墓腆w狀態(tài)。
　　3.塑化階段塑料流動的變化
　　在塑化階段，塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機頭的移動過程中，經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度，甚至化學結構的變化，這些變化在螺桿的不同區(qū)段情況是不同的。塑化階段根據(jù)塑料流動時的物態(tài)變化過程又人為的分成三個階段，即加料段、熔融段、均化段，這也是人們習慣上對擠出螺桿的分段方法，各段對塑料擠出產(chǎn)生不同的作用，塑料在各段呈現(xiàn)不同的形態(tài)，從而表現(xiàn)出塑料的擠出特性。
　　在加料段，首先就是為顆粒狀的固體塑料提供軟化溫度，其次是以螺桿的旋轉與固定的機筒之間產(chǎn)生的剪切應力作用在塑料顆粒上，實現(xiàn)對軟化塑料的破碎。而zui主要的則是以螺桿旋轉產(chǎn)生足夠大的連續(xù)而穩(wěn)定的推力和反向摩擦力，以形成連續(xù)而穩(wěn)定的擠出壓力，進而實現(xiàn)對破碎塑料的攪拌與均勻混合，并初步實行熱交換，從而為連續(xù)而穩(wěn)定的擠出提供基礎。在此階段產(chǎn)生的推力是否連續(xù)均勻穩(wěn)定、剪切應變率的高低，破碎與攪拌是否均勻都直接影響著擠出質(zhì)量和產(chǎn)量。
　　在熔融段，經(jīng)破碎、軟化并初步攪拌混合的故態(tài)塑料，由于螺桿的推擠作用，沿螺槽向機頭移動，自加料段進入熔融段。在此段塑料遇到了較高溫度的熱作用，這是的熱源，除機筒外部的點加熱外，螺桿旋轉的摩擦熱也在起著作用。而來自加料段的推力和來自均化段的反作用力，使塑料在前進中形成了回流，這回流產(chǎn)生在螺槽內(nèi)以及螺桿與機筒的間隙中，回流的產(chǎn)生不但使物料進一步均勻混合，而且使塑料熱交換作用加大，達到了表面的熱平衡。由于在此階段的作用溫度已超過了塑料的流變溫度，加之作用時間較長，致使塑料發(fā)生了物態(tài)的轉變，與加熱機筒接觸的物料開始熔化，在機筒內(nèi)表面形成一層聚合物熔膜，當熔膜的厚度超過螺紋頂與機筒之間的間隙時，就會被旋轉的螺紋刮下來，聚集在推進螺紋的前面，形成熔池。由于機筒和螺紋根部的相對運動，使熔池產(chǎn)生了物料的循環(huán)流動。螺棱后面是固體床（固體塑料），物料沿螺槽向前移動的過程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐漸變淺，固體床不斷被擠向機筒內(nèi)壁，加速了機筒向固體床的傳熱過程，同時螺桿的旋轉對機筒內(nèi)壁的熔膜產(chǎn)生剪切作用，從而使熔膜和固體床分界面的物料熔化，固體床的寬度逐漸減小，知道*消失，即由固態(tài)轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)。此時塑料分子結構發(fā)生了根本的改變，分子間張力極度松弛，若為結晶性高聚物，則其晶區(qū)開始減少，無定形增多，除其中的特大分子外，主體完成了塑化，即所謂的“初步塑化”，并且在壓力的作用下，排除了固態(tài)物料中所含的氣體，實現(xiàn)初步壓實。
　　在均化段，具有這樣幾個突出的工藝特性：這一段螺桿螺紋深度zui淺，即螺槽容積zui小，所以這里是螺桿與機筒間產(chǎn)生壓力zui大的工作段；另外來自螺桿的推力和篩板等處的反作用力，是塑料“短兵相接”的直接地帶；這一段又是擠出工藝溫度zui高的一段，所以塑料在此階段所受到的徑向壓力和軸向壓力zui大，這種高壓作用，足以使含于塑料內(nèi)的全部氣體排除，并使熔體壓實，致密。該段所具有的“均壓段”之稱即由此而得。而由于高溫的作用，使得經(jīng)過熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化，從而zui后消除“顆粒”，使塑料塑化充分均勻，然后將*塑化熔融的塑料定量、定壓的由機頭均勻的擠出。
　　4.擠出過程中塑料的流動狀態(tài)
　　在擠出過程中，由于螺桿的旋轉使塑料推移，而機筒是不動的，這就在機筒和螺桿之間產(chǎn)生相對運動，這種相對運動對塑料產(chǎn)生摩擦作用，使塑料被拖著前進。另外，由于機頭中的模具、多孔篩板和濾網(wǎng)的阻力，又使塑料在前進中產(chǎn)生反作用力，這就使塑料在螺桿和機筒中的流動復雜化了。通常將塑料的流動狀態(tài)看成是由以下四種流動形式組成的：
　　1）正流――是指塑料沿著螺桿螺槽向機頭方向的流動。它是螺桿旋轉的推擠力產(chǎn)生的，是四種流動形式中zui主要的一種。正流量的大小直接決定著擠出量。
　　2）倒流――又稱逆流，它的方向與正流的流動方向整好相反。它是由于機頭中的模具、篩板、和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運動，在機頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力（塑料前進的反作用力）造成的。由機頭至加料口形成了“壓力下的回流”，也稱為“反壓流動”。它能引起生產(chǎn)能力的損失。
　　3）橫流――它是沿著軸的方向，即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動。也是由螺桿旋轉時的推擠所形成的。它的流動受到螺紋槽側壁的阻力，由于兩側螺紋的相互阻力，而螺桿是在旋轉中，使塑料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉運動，形成環(huán)狀流動，所以橫流實質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對塑料在機筒中的混合、塑化成熔融狀態(tài)，是和環(huán)流的作用分不開的。環(huán)流使物料在機筒中產(chǎn)生攪拌和混合，并且利于機筒和物料的熱交換，它對提高擠出質(zhì)量有重要的意義，但對擠出流率的影響很小。
　　4）漏流――它也是由機頭中模具、篩板和濾網(wǎng)的阻力產(chǎn)生的。不過它不是螺槽中的流動，而是在螺桿與機筒的間隙中形成的倒流。它也能引起生產(chǎn)能力的損失。由于螺桿與機筒的間隙通常很小，故在正常情況下，漏流流量要比正流和倒流小的多。在擠出過程中，漏流將影響擠出量，漏流量增大，擠出量將減小。
　　塑料的四種流動狀態(tài)不會以單獨的形式出現(xiàn)，就某一塑料質(zhì)點來說，既不會有真正的倒流，也不會有封閉的環(huán)流。熔體塑料在螺紋槽中的實際流動是上述四種流動狀態(tài)的綜合，以螺旋形軌跡向前的一種流動。
　　5.擠出質(zhì)量
　　擠出質(zhì)量主要指塑料的塑化情況是否良好，幾何尺寸是否均一，即徑向厚度是否一致，軸向外徑是否均勻。決定塑化情況的因襲除塑料本身外，主要是溫度和剪切應變率及作用時間等因素。擠出溫度過高不但造成擠出壓力的波動，而且導致塑料的分解，甚至可能釀成設備事故。而減小螺槽深度，增大螺桿長徑比，雖然有利于塑料的熱交換和延長受熱時間，滿足塑化均勻要求，但將影響擠出量，又為螺桿制造和裝配造成困難。所以確保塑化的重要因素應是提高螺桿旋轉對塑料所產(chǎn)生的剪切應變率，以達到機械混合均勻，擠出熱交換均衡，并由此為塑化均勻提供保障。這個應變率的大小由螺桿與機筒間的剪切應變力所決定，其剪切的應變率數(shù)值為：
　　其中：Δ――為剪切應變率（1/min）
　　D ――為螺桿直徑（cm）
　　N ――為螺桿轉速（r/min）
　　――為螺槽深度（cm）
　　由此可見，在保證擠出量的要求下，可以在提高轉速的情況下加大螺槽深度。此外，螺桿與機筒的間隙也對擠出質(zhì)量有影響，間隙過大時則塑料的倒流、漏流增加，不但引起擠出壓力波動，影響擠出量；而且由于這些回流的增加，使塑料過熱而導致塑料焦燒或成型困難。
　　二、 塑料擠出機的操作規(guī)程
　　塑料擠出機組是由擠塑機（主機）和多臺輔助設備組成的，生產(chǎn)中機組人員應密切配合操作.操作人員必須熟悉生長過程和操作規(guī)程。
　　1.塑料擠出機的擠塑過程
　　塑料擠出機是熱擠設備。成盤的電纜或纜芯放置在放線裝置上，并保證要有一定的張力，在經(jīng)過張緊校直裝置后進入擠塑機頭擠包絕緣層或護套層。
　　塑料顆粒經(jīng)料斗加入擠出機機筒，由于螺桿的轉動，進入機膛，一方面加熱，一方面由螺桿轉動攪拌，促使塑料塑化，并推向機頭，從模口擠出，完整緊密的連續(xù)擠包在電線電纜線芯或纜芯上。
　　為控制塑料層的厚度和擠出壓力，應調(diào)節(jié)好模芯與模套間的環(huán)形間距，使塑料層均勻。
　　機組中各單機采用單獨傳動，各機組之間的工作速度可分別調(diào)整。螺桿和牽引的速度應互相配合好，保證電線電纜擠出外徑和塑料層厚度的均勻，并符合工藝尺寸的要求。放線和收排線速度要和電線電纜的生產(chǎn)速度配合好，防止出現(xiàn)其他的質(zhì)量問題。
　　按工藝規(guī)定的控制溫度，選配好合適的模具，經(jīng)常觀察加溫系統(tǒng)的變化、外徑的變化、速度的變化，防止塑料層的偏心、焦燒、塑化不良等現(xiàn)象出現(xiàn)。