电缆原材料的影响

1、绪 论聚乙烯有优良的电绝缘性能，它的介电常数和介质损耗角正切值很小，并且很宽的范围内几乎不变，因此是很理想的绝缘材料。此外与温度的关系很小。聚乙烯的分子量对电绝缘性能影响很大。聚乙烯体积电阻率和击穿强度在浸水七天后仍然变化不大。但聚乙烯也存在一些致命的弱点：熔融温度低，在110左右融化，当电力电缆过载或者短路时，温度可能上升到使聚乙烯软化变形导致绝缘破裂；聚乙烯的热膨胀系数很大，收缩性很大，电缆制造和运行过程中很难避免气泡的产生，而气泡是高压绝缘的大敌；聚乙烯内部的内应力随着使用时环境条件的变化会造成应力开列现象的发生。因此聚乙烯用在电力电缆绝缘上就受到一定的限制。为了使聚乙烯即保持其优点，又

2、改善其缺点的办法之一就是制成交联聚乙烯。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。交联聚乙烯与聚乙烯相比较，提高了耐热变形性能，改善了高温下的力学性能，改进了耐环境应力龟裂性能和耐热老化性能，增强了耐化学稳定性能和耐溶剂性能，减少了冷流性，基本保持了原来的电气性能，所以使用了交联聚乙烯可使电缆的长期工作温度从70提高到90，特殊配方的交联聚乙烯，长期工作温度可达到125和150，交联聚乙烯也提高了短路时的承受能力，其短路时承受温度可达到250，因此同样绝缘厚度的电缆，交联聚乙烯的载流量大的多。聚乙烯比较常用的交联方法有过氧化物交

3、联，辐照交联和硅烷交联，此外还有紫外光交联，盐交联等其他方法。硅烷交联聚乙烯由于可以采用通用的设备，通用的聚乙烯又不需要昂贵的交联管道，所以得到人们的重视，并在提高交联速度，提高厚绝缘交联度以及一步法加工等方面都取得了较大的进展。在聚乙烯聚合时，将有机硅氧的单体于乙烯共聚，则可直接得到硅烷接枝的乙烯共聚物，因为无需自行用聚乙烯进行接枝共聚，使使用和贮存更加方便。所以硅烷交联也得到了广泛的应用。第1章 原料对质量的影响 硅烷交联聚乙烯是一种化学交联聚乙烯。其主要机理是先将通式的有机硅氧烷和聚乙烯在特定条件下，如在机械力、有机过氧化物和温度同时作用下，使聚乙烯生成具有烷氧甲硅基交联活性点的接枝共聚

4、物，然后在催化剂（常用二月桂酸二丁基锡）和水的作用下，缩聚交联，生成交联聚乙烯。1.1硅烷交联用聚乙烯1.1.1聚乙烯的性能聚乙烯树脂外观呈乳白色，厚度较薄时为我半透明态，厚度较候厚时为不透明态，表面呈腊状，点火时容易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时同样的气味，比重小于1。1.1.1.1 物理机械性能聚乙烯具有较好的物理机械性能，但因分子结构的差异而有很大的不同，密度、分子量和分子量分布对物理机械性能影响很大。（1） 密度的影响如下表：表1-1密度对聚乙烯性能的影响密度0.91，0.92，0.93，0.94，0.95，0.96，0.97，0.98结晶度，65758595刚性（比较值）1234软化

5、温度，105118124127抗拉强度，MN/14.417.524.533.5伸长率，50030010025冲击强度（缺口）MN/42211713随着温度增高，由于一部分晶相可转变为无定形相，结晶度将逐渐减低，其密度随结晶度减低，也逐渐下降，因而聚乙烯的抗拉强度逐渐下降。分子量的影响如下 （2）分子量的影响如下表： 表1-2分子量对性能的影响性能数值19000210002400028000320002700048000熔融指数（MI）2001020720.70.2抗拉强度,N/9.09.510.012.013.515.0伸长率，100130400500600玻璃化温度Tg,-10-15-223

6、0-50-75-75软化点，77828994101123-由于聚乙烯的熔融指数与分子量之间有一定的关系，所以熔融指数与聚乙烯的物理机械性能间也必然有关。一般地说，熔融指数增大，分子量降低，熔融粘度下降低，加工型能改善，但机械性能和耐溶剂性能恶化，所以熔融指数对成型加工性能和物理机械性能影响很大。(3)分子量分布的影响分子量分布对聚乙烯的加工和物理机械性能影响很大。一般用Mw(重均分子量)、Mn（重均分子量）的比值粗略地表示分布情况，比较大，表示分子量分布越宽，加工性能越好。低密度聚乙烯较高密度聚乙烯分子量分布宽，特别是高分子量地反而具有宽的分布。电缆工业用聚乙烯的分子量，一般要在中等到宽的范围

7、，如果采用高速挤出工艺，聚乙烯的分子量分布应较宽。综上所述，聚乙烯的物理机械性能不够理想，需选择足够纯度的聚乙烯（99.899.9）进行交联提高机械强度。1.1.2 化学稳定性聚乙烯的分子结构与高级烷烃相似，都是由较稳定的C-C和C-H键相结合，故具有良好的化学稳定性。在一般情况下，聚乙烯可耐酸（如盐酸、氢氟酸以及硫酸）、碱及盐类水溶液的腐蚀作用，即使在较高浓度下，对聚乙烯也无显著的破坏作用。但聚乙烯不能抵抗具有氧化作用的酸类侵蚀，如硝酸，即使在较低浓度下也可导致聚乙烯氧化，而使其电绝缘性能变坏，机械强度降低，当温度升高时，这种氧化作用更为显著。聚乙烯在室温下或低于60时，不溶于一般有机溶剂中

8、，在较高温度下可溶于某些有机溶剂（如脂肪烃、芳香烃）中。聚乙烯有较小的吸水性。在水中浸放一个月为0.03，在水中浸泡一年，吸水量仅为0.15。1.1.3 电绝缘性能聚乙烯分子中，分子结构对称，不含有极性基团，因此具有极其优良的电绝缘性能，如下表： 表1-3聚乙烯的电性能电气性能高密度聚乙烯低密度聚乙烯v，.m 1015 1015浸水七天后 1015 1015，60Hz2.302.352.252.351000Hz2.302.352.252.35106 Hz2.302.352.252.35Tg,60 Hz0.00020.00051000Hz0.00020.0005 106Hz0.00030.000

9、5E,MV/m18201840浸水七天后18201840耐弧形，S200135160在各种塑料中，聚乙烯的介电常数是比较小的，其介电常数与聚乙烯的密度有关，随密度增加，介电常数也随着增大，在广阔的频率范围内介电常数几乎不变，并且介电常数随温度变化也很小。聚乙烯的介质损耗很小，但如果聚乙烯分子中含有少量极性基团，如羰基，羰基及羧基等，对介质损耗有明显的影响。不论是高密度聚乙烯，还是低密度聚乙烯，都几乎在7 MV/m开始游离。聚乙烯的击穿场强随温度的升高而逐渐降低，在温度60一下时，不管是低密度聚乙烯还是高密度聚乙烯，其击穿场强都急剧下降，聚乙烯的击穿场强也与其厚度有关，随着厚度减薄而增加。聚乙烯

10、的耐电晕性和耐电蚀性欠佳；当长期通电或浸水通电时，绝缘将发生树枝状破坏，这种现象称为长期老化，常见的有“电树”、“水树”和“电化学树”三种形式。1.1.4 聚乙烯的耐氧化和老化首先在聚乙烯大分子中某些薄弱环节受到氧气袭击（比较明显的薄弱环节是双链旁碳原子上的H原子，产生支链处的叔碳原子的H原子）形成氧化物，然后在热和光作用下分解成游离基进一步发生老化反应。这里光（主要是紫外光）和热是起来老化作用。因此需加入紫外光吸收剂和抗氧剂。1.1.5 环境应力开裂和蠕变性聚乙烯在加工过程或在运行过程中，其内部随着温度的变化发生相变（指结晶相与无定形相互相转化），其结果必然要在两相结构的边缘上产生内应力，而

11、产生分裂。通常使聚乙烯的分子量提高和结晶度减小，或采用教练那，都可改善它的环境开裂。蠕变性或称冷流性，就是说在不大的机械应力下聚乙烯仅能进行缓慢的形变。譬如将一根聚乙烯电缆垂直放置，随着时间的延长，由于聚乙烯的自重，它会从上往下“流动”，使下端变厚，上端变薄。造成这一现象的原因是由于聚乙烯分子间的作用力较小（这是非极性材料的通病），因而大分子链之间较易相互滑动。这就影响聚乙烯在两端高度相差较大的场合使用。阻止蠕变性的最有效措施是设法使聚乙烯大分子间的作用增加，使聚乙烯交联，具有非常好的效果。1.1.2 硅烷交联聚乙烯用添加剂1.1.2.1 硅烷交联技术现在就电线电缆行业中应用最广泛的化学交联技

12、术中的硅烷交联技术作简单的介绍。硅烷交联是在温水中进行的，故又称为温水交联。这种方法设备简单，价格便宜，工艺灵活，可以着色，改变规格时不需要浪费大量电缆，所以是生产中低压电缆比较合适的方式。1.1.2.2 交联化学反应1.引发剂分解生成游离基（以DCP为例）2.聚乙烯分子链生成游离基3.生成接枝聚乙烯游离基 接枝剂以A151（乙烯基三乙氧基硅烷）为例4.生成接枝聚乙烯，聚乙烯接上了含有硅氧烷基的支链5.水解缩合。有两种反应机制1）水解生成部分硅醇水解2）缩合3）水解全部生成硅醇硅醇脱水缩合1.1.2.3 交联方法硅烷接枝和挤出分在两道工序进行的称为二步法，定名为SioplasE；接枝和挤出成型

13、在一道工序完成的称一步法，定名为MonosiC1. 二步法硅烷交联工艺流程如下：聚乙烯树脂 引 发 剂 混合 熔融接枝造粒 贮存（A95%） 接 枝 剂 聚乙烯树脂 混合 熔融接枝造粒 贮存（B5%）催 化 剂 A料 95% 混合 挤出成型 温水交联 成品B料 5% A料称为接枝母料，在螺杆挤出机中，聚乙烯料熔融，引发剂分解，接枝剂在热和机械的剪切活化作用下，同聚乙烯游离基发生接枝反应B料称为催化料，其制造过程基本同A料在挤出成型前A料和B料以1：19的比例进行混合，但要随混随用，停留时间不能超出几小时，否则会发生先期交联，A料和B料的单独保存期限应严格密封保存，其保存期限不超过半年。2. 一

14、步法硅烷交联为了克服两步法硅烷交联工艺的局限性，使聚乙烯等高分子线状结构变成网状结构，采用蒸汽交联，一步法硅烷交联新工艺。它是将接枝反应和添加催化剂过程合并，把硅烷共聚单体，接枝剂和交联催化剂同时假如到挤出机中，一步挤包成电线电缆。采用一步法硅烷交联生产工艺，可使杂质污染的机会减少，材料不易先期硫化，贮存期可以达到一年以上。因其电气性能优异，故可适用于中低压电缆的生产。该工艺是在聚乙烯分子中加入硅烷作为交联剂，挤出成型，然后使用温水浸泡或者蒸汽的办法使聚乙烯等高分子在一定的外界条件下由线状结构变成网状结构，提高凝胶的含量，从而使电缆在工作状态下提高载流量及其抗冲击的强度，同时改善它的耐热性能。

15、工艺流程如下：聚乙烯树脂引 发 剂 熔融接枝成型 温水交联 成品接 枝 剂催 化 剂一步法接枝成型用长径比为30倍BM型螺杆挤出机，其料斗上方有34个计量料斗，分别供应聚乙烯，过氧化物，抗氧剂等计量投料用。液体接枝剂和催化剂在料斗颈部注入。在挤出机中物料受到的作用如下：在送料段聚乙烯树脂和各种配合剂相混合，进入熔融区是开始融化，硅烷和催化剂的扩散速度应随温度的升高而加快，在熔融区的前半部分过氧化物开始分解，物料在前进中温度急剧上升，接枝剂引发活化。这里是双螺纹区，熔融物料被迫进入第二螺纹槽中，而未融化的物料受阻在原螺纹槽中，受热和剪切应力的作用而加速融化，聚乙烯在计量段已完全融化均匀一致，不过

16、接枝的水平还很低，为增加过氧化物的分解完成接枝，温度应急剧上升，最后将接枝的物料流畅地输送到机头成型于导体上。 一步法由于是通过特别制作的精密计量系统，将原料一次性投入专门设计的反应挤出机中，一步完成接枝和成型工艺。该工艺技术难度较大，投资也比两步法大。1.1.2.4 硅烷交联剂可以与有机材料和无机材料发生化学键合（偶联）的添加剂，称为偶合剂。硅烷交联剂也既为RSixX3。其中，X为水解性官能基，如甲氧基、乙氧基等，遇水生成硅醇，可与无机材料生产缩合反应而形成共价键，R为有机官能团，如乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙酰基、锍基等，可与聚合物反应而偶联。不过，R过聚合物的反应有选择性。对聚烯烃选用乙

17、烯最为好，而环氧树脂，聚酰胺则宜选用氨基。硅烷交联剂常是温水交联聚乙烯的交联剂，通过聚乙烯与硅烷接枝共聚或与硅烷发生缩合发应而交联。一、 硅烷交联引发剂硅烷交联引发剂用DCP，通过引发剂分解生成游离基，然后缩合成双键，与聚乙烯反应，使聚乙烯分子链生成游离基。二、 硅烷交联催化剂硅烷交联催化剂通常用二月桂酸二丁基锡，它使聚乙烯交联速度加快。第2章 挤 出 工 艺电线电缆的塑料挤包是采用连续挤压方式进行的。通过挤塑机用螺杆挤压，将塑料包到导体或线芯上，构成电线电缆的绝缘层、屏蔽层、内护层、和外护套。2.1 塑料挤出生产线塑料挤出机组通常由放线装置及放线张力装置、校直装置、预热装置、挤塑机（主机）、

18、冷却装置、火花试验机、计米装置、牵引装置、收线装置及控制系统等组成。为保证不停机换盘，连续生产，放线装置由两台放线设备组成，导体或缆芯从放线装置放出后，经校直装置进入预热装置，导体在预热加热后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的挤向机头，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套，然后在水槽或管道内水冷或气冷，冷却定形后的电线电缆制品，在牵引装置拖动下作直线运动，使加工过程稳定连续的进行，最后由首先装置收绕在收线盘上。下图为塑料挤出机的主要组成：56978 1 2 3 4 10101放线装置 2张紧轮 3预热器 4塑料挤出机 5自动加

19、料装置6水槽 7计米器 8牵引轮 9收排线装置 10控制屏 图2-1挤出机的组成2.1 .1 塑料挤出机塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。1.挤压系统 挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。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。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。加热装置由外部

20、加热筒内的塑料，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。具体说是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。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；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；但在料斗处的冷却，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。2.1.2 辅助设备塑料挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米

21、器、火花试验机、收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同。如还有切断器、吹干器、印字装置等。2.1.3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。挤出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

22、收线控制。2.2 塑料的挤制2.2.1 塑料挤出的基本原理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，使塑料均匀的塑化（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的各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆上。2.2.1.1 塑料挤出过程电线电缆的塑料绝缘和护套使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，然后把螺杆预热后加入料斗内。在挤出过程中，装入料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进入机筒中，在旋转螺杆的推力作用下，不断向前推进，从预热段开始逐渐的向均化段运动；同时，塑料受到

23、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，挤包于导体或线芯周围，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。1.挤出过程的三个阶段塑料挤出最主要的依据是塑料所具有的可塑态。塑料在挤出机中完成可塑过程成型是一个复杂的物理过程，即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排气、压实并最后成型定型。大家值的注意的是这一过程是连续实现的。然而习惯上，人

24、们往往按塑料的不同反应将挤塑过程这一连续过程，人为的分成不同阶段，即为：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）；定型阶段（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。塑料在塑化阶段取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选装物料在压缩、剪切、搅拌过程中与机筒内壁的摩擦和物料分子间的内摩擦而产生的。第二阶段是成型阶段。它是在机头内进行的，由于螺杆旋转和压力作用，把粘流体

25、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。第三阶段是定型阶段。它是在冷却水槽或冷却管道中进行的，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。2.2.1.2 塑化阶段塑料流动的变化在塑化阶段，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变化过程又人为的分成三个阶段，即加料段、熔融段、均化段，这也是人们习惯上对挤出螺杆的分段方法，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。2.2.1.3

26、 挤出过程中塑料的流动状态在挤出过程中，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了。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：正流是指塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动。它是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。倒流又称逆流，它的方向与正流的流动方向整好相反。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。横流它是沿

27、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。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。2.2.1.4 挤出质量挤出质量主要指塑料的塑化情况是否良好，几何尺寸是否均一，即径向厚度是否一致，轴向外径是否均匀。决定塑化情况的因袭除塑料本身外，主要是温度和剪切应变率及作用时间等因素。挤出温度过高不但造成挤出压力的波动，而且导致塑料的分解，甚至可能酿成设备事故。而减小螺槽深度，增大螺杆长径比，虽然有利于塑料的热交换和延长受热时间，满足塑化均匀要求，但将影响挤出量，又为螺杆制造和装配

28、造成困难。所以确保塑化的重要因素应是提高螺杆旋转对塑料所产生的剪切应变率，以达到机械混合均匀，挤出热交换均衡，并由此为塑化均匀提供保障。这个应变率的大小由螺杆与机筒间的剪切应变力所决定，其剪切的应变率数值为：其中：为剪切应变率（1/min）D 为螺杆直径（cm）N 为螺杆转速（r/min） 为螺槽深度（cm）由此可见，在保证挤出量的要求下，可以在提高转速的情况下加大螺槽深度。此外，螺杆与机筒的间隙也对挤出质量有影响，间隙过大时则塑料的倒流、漏流增加，不但引起挤出压力波动，影响挤出量；而且由于这些回流的增加，使塑料过热而导致塑料焦烧或成型困难。2.2.1.5 塑料挤出机的操作规程塑料挤出机组是由

29、挤塑机（主机）和多台辅助设备组成的，生产中机组人员应密切配合操作.操作人员必须熟悉生长过程和操作规程。1.塑料挤出机的挤塑过程塑料挤塑机是热挤设备。成盘的电缆或缆芯放置在放线装置上，并保证要有一定的张力，在经过张紧校直装置后进入挤塑机头挤包绝缘层或护套层。塑料颗粒经料斗加入挤塑机机筒，由于螺杆的转动，进入机膛，一方面加热，一方面由螺杆转动搅拌，促使塑料塑化，并推向机头，从模口挤出，完整紧密的连续挤包在电线电缆线芯或缆芯上。为控制塑料层的厚度和挤出压力，应调节好模芯与模套间的环形间距，使塑料层均匀。机组中各单机采用单独传动，各机组之间的工作速度可分别调整。螺杆和牵引的速度应互相配合好，保证电线电

30、缆挤出外径和塑料层厚度的均匀，并符合工艺尺寸的要求。放线和收排线速度要和电线电缆的生产速度配合好，防止出现其他的质量问题。按工艺规定的控制温度，选配好合适的模具，经常观察加温系统的变化、外径的变化、速度的变化，防止塑料层的偏心、焦烧、塑化不良等现象出现。2.塑料挤出机的操作规程（1） 开车前操作者应检查设备各部件的润滑、传动、电气控制等情况，发现问题要立即找有关人员及时解决。（2） 按产品的要求选配好模具，并把模芯与模套间的距离调节好，防止塑料层厚度偏差过大。（3） 要提前23小时启动加温系统，应按工艺规定调好各段温度，防止温度控制过高或过低。（4） 生产前要按工艺规定检查塑料和半成品的质量，

31、确认合格后方可生产。（5） 按产品长度准备好合适的收线盘，并充分考虑电线电缆的弯曲半径，排线要紧实整齐。（6） 准备好牵引绳，并试车观察螺杆的转动、牵引速度、放线、收排线传动、加温控制系统、各部电气开关水槽上下水流通等情况，确认无问题后开车生产。（7） 开车1） 把合格的塑料加入料斗内，打开插板，启动螺杆继续跑胶。操作者要注意进料情况，跑胶时观察电流表和电压表指针的指示。此时操作者不准离开工作岗位，防止发生问题。2） 塑料从模套中挤出后，要观察塑料的塑化情况，等塑料塑化良好时，开始校正模具，把塑料厚度调节均匀，防止塑料层偏差。3） 按工艺规定取样检查塑料厚度，并检查塑料挤出后质量，如气孔、表面

32、塑化、疙瘩等。4） 一切情况正常，生产能满足工艺规定要求后，应积极组织机组人员开车，开车时要分工操作，并密切配合。5） 穿头引线，启动牵引，应按工艺规定的塑料层厚度要求，控制好螺杆与牵引的速度，使电线电缆通过牵引后，在排线装置的收线盘上整齐排好。穿引线时，应派专人跟线接头，注意防止电线电缆进水或卡断接头。6） 校对计米器回复零位，并使计米准确。电线电缆上盘时，必须将不合格接头线截掉，并检查厚度和偏芯情况，直到合格方可上盘。7） 在正常生产过程中随时注意以下几点：产品质量，随时观察、检测塑料层的表面质量和产品外径；注意设备各部机械的运转情况；观察加温系统的温度控制情况；注意螺杆和牵引速度的变化情

33、况，保证挤出厚度和产品外径的均匀；做到三勤，7即勤测外径、勤检查质量、勤观察设备；注意及时加料，避免断胶脱胶漏包；开车时发现焦烧现象，应立即停车擦车；如发现绝缘不合格需要扒皮时，不得自行分头，应停胶将线芯开到指定长度待处理，以免造成短头或废品。8） 做好产品的工艺质量记录。记好标签、跟踪卡、生产报表、工艺记录表等。（8） 停车停车时首先要切断牵引的电流，然后再停主电机。把机头与机身连接处的螺栓打开，关掉加料料斗的插板，把机头移开，跑净机筒内和螺杆上的塑料。组织人员及时拆除模芯和模套，清理机头和筛板。1）遇到下列情况时要停车清理机头：生产完成后要及时停车清理机头；温度控制超高，发生塑料焦烧时，要

34、停车清理机头和螺杆；停车在一小时以上，要清理机头；有其他原因停车，如停电、停水、待线、待盘、发生设备和人身事故时，都要清理机头。2）机头和螺杆清理要干净，清理完后要及时把机头和螺杆装好。3）记好交接班日记，并给下一班做好生产准备工作，如模具、生产用盘、半成品等工作。4）按岗位责任，安排人员负责机台卫生清扫工作。5）停车后要检查电源、水源、气源、设备各部分，确认无问题后，关掉电源、气源、水源再离开机台。2.2.1.6 原材料的处理电线电缆绝缘和护套用塑料主要为PVC、PE、XLPE等。对原材料处理的最基本要求有以下几点：1）去除塑料中过量的水分或潮气。2）去除固体杂质。3）均匀混入某种塑料和配合

35、剂。原料的处理方法1. 干燥塑料中含有水分或塑料受潮，不仅会影响挤出过程的正常进行，还会影响产品的质量。因为水分在挤出过程中受热转变为水蒸气，在成品塑料层中产生许多气泡，它不仅会影响绝缘和护套的机械性能，更为严重的是它将降低绝缘耐电强度，所以绝缘应严格控制其含水量。2. 去除固体杂质为保证电线电缆产品的电气绝缘性能，必须对原材料中的机械杂质进行严格控制。为此，除对电缆料生产厂提出较高的要求外，还应搞好生产环境的卫生，避免在生产中混入新的杂质，在机头处装过滤网滤除已混入的杂质，对于要求较高的产品，挤出机应安装真空密闭料斗，并在机头前装有线芯去污装置。3. 混合配合剂4. 鉴于目前电缆料的供应情况

36、，某些批量小，特殊要求的塑料，要常在电缆厂加工，较完善的办法是，在捏合机上进行混合，然后在塑化挤出机上进行塑化造粒。对于要求不高的产品也可以在装有搅拌器的加料斗内进行。第3 章 挤 出 过 程 的 控 制3.1 导体线芯对挤出质量的影响塑料电线电缆的导体主要有：电工圆铜线、电工圆铝线、电力电缆用铜和铝导电线芯、电气装备用铜和铝导电线芯等。电工圆铜线和电工圆铝线外观质量要求：表面光洁，无油污、毛刺、裂纹、扭结、夹杂物、机械损伤，腐蚀斑点及铜、铝线氧化现象等。导电线芯的质量要求：（1） 各种绞合导体不允许整心焊接。（2） 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300

37、mm。（3） 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、凸起或断裂的单线等现象。（4） 镀锡软铜线的表面应光洁，色泽均匀，不得有黑斑、缺陷和损伤。（5） 半圆形、扇形、互形导体应控制截面形状的不对称差。不然会使电场分布畸形，并使绝缘线芯成缆时损伤或直径不圆整。缆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。对于护套挤出来讲，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压力的作用。在挤塑料过程中，预热可消除冷

38、线进入高温机头，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干效率高。预热温度受放线速度的制约，一般与机头温度相仿即可。 3.2 螺杆对挤出质量的影响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，

39、就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化，螺杆和牵引线速度可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。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。3.2.1螺杆的类型为适应不同塑料加工的需要，螺杆的型式有很多种，常见的有以下几种：渐变型（等距不等深），渐变型（等深不等距），突变型，鱼雷头型等。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

40、个比较宽的温度内完成的，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，一般选用等距突变螺杆。（2） 在小型挤塑机上，如45挤塑机螺杆采用的是等距不等深的全螺纹型式，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型式，它的长径比比小型螺杆大些，螺纹的节距相等，从根部起由浅到深。螺纹端部的螺纹较深，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150、200、250挤塑机。大型螺杆采用两种型式，一是

41、等距不等深，如150、200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250挤塑机，压缩比在23之间，长径比在15：1左右，主要用于生产大截面的电线电缆绝缘层和护套层。3.2.2 螺杆的主要参数螺杆的主要参数有直径、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。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，大致分为加料段、塑化段、均化段。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。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

42、加料口处排出，并改善塑料的热传导性能。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，塑化的更加均匀。3.2.3 螺杆的冷却螺杆冷却的目的主要是为了有利于加料段物料的输送，同时也可以防止塑料因过热而分解，有利于物料中所含气体能从加料段的冷混料中返回并从料斗中排出。通入螺杆中冷却介质可以是水，也可以是空气。使用螺杆冷却水应注意以下几点：（1） 螺杆冷却水的流量不宜过大，要适量，用手摸水感觉水温暖即可。（2） 使用螺杆冷却水要注意外径的变化。在螺杆和牵引速度相适应时，如果使用螺杆冷却水，易使电线电缆外径变小，绝缘厚度变薄。（3） 操作时应做到停机时要停水，防

43、止设备发生事故。（4） 交接班时要交清使用螺杆冷却水的情况。3.2.4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量和质量的关键。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） 严禁将金属物品加入机筒内，以免损伤螺杆。（4） 温度过低或加温温度未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。 3.3 挤出温度的控制 温度是塑料由固体颗粒状态转变成粘流态的

44、主要条件，挤塑机的温度加热控制系统是实现塑料物态转变的重要设施，温度控制不好，对产品质量影响极大。3.3.1 温度控制系统挤塑机的温度控制系统是由电加热和冷却组成，以实现挤塑机各区域温度的升降和调节，控制适当温度可保证挤出质量。安装在挤塑机上的电加热器和冷却风机是主要的控制机构。由于电加热具有升温、降温迅速的特点，而温度过高和过低都是挤出中要绝对避免的，所以电加热必须有一套灵敏度相当高的温度调节装置包括有自动测量仪器、控制仪表，以及有效的冷却设施。在挤塑机的适当位置上（越接近塑料层越好）安装有测量元件热电偶，就是极其重要的温度检测元件。在加温和挤出过程中，测温元件热电偶随时测得的热电势信号被送

45、到控温仪，经放大处理后与温度设定值比较，温度仪表指示不到设定值时，则继续加热，如接近或到达设定值，则按不同的调节规律仪表发出不同的指示信号。当超过设定值，则开动冷却风机，是机身得到冷却，使温度得以下降，回到预设定值。如此反复，自动控制或手动调节，使温度稳定在被控制值附近。3.3.2 挤塑机的温控部位根据挤出原理，挤塑机各部位的温度应有差别，可以用设置于各部位电加热片的容量差别来实现。一般的，加料段容量最小，(压缩)塑化段和均化段容量要大些，而机头是保温区，主要以加热克服散热，所以影响不大。在挤塑机中温控一般是根据加热片的多少分为68段，小型挤塑机一般分为六段，大型挤塑机分成八段，通过控制屏上温

46、度仪表的显示，来对挤塑机的六个加热区进行温控。以六段加热挤塑机为例，六个温控区域部位如下图所示。挤塑机的六个温控部位或各加热段的温度，在控制屏上都可以在温度仪表上一一显示，由操作者直接观察而知，便于调整。2区（机头模芯）5区（塑化段） 4区（均化段） 6区（模套出口） 3区（均化段） 1区（模套出口）图3-1挤塑机的温控组成 在塑料的挤出过程中，物料聚集态的转变以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的质量有着密切的关系。有研究指出，低温挤出有以下优点：保持挤出塑料层的形状比较容易；由

47、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，这对聚氯乙稀是很重要的。但挤出温度过低，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，其影响是不言而喻的。温度对产品的物理性能影响是复杂的，电缆乙烯类塑料绝缘层抗张强度与挤出温度有关，对应于最大抗张强度有一最佳挤出温度。提高低密度聚乙烯护套的挤出温度，能提高抗应力开裂强度。但也应当指出，挤出温度过高，易使塑料焦烧，或出现“打滑”现象；另外温度高挤包层的形状稳定性差，收缩率增加，甚至会引起挤出塑料层变色和出现气泡等。 挤出物料的

48、热量来自机筒加热和螺杆旋转剪切的粘性耗散和摩擦。前者在运行初期是很重要的，后者在运行稳定后是主要的。升高机筒温度很自然的会增加从机筒到塑料的热交换。在挤出稳定运行后，螺杆旋转剪切变形的粘性耗散和摩擦热量，常常会使塑料达到或超过所需温度。此时机内控制系统切断加温电源，挤出机进入“自然挤出”过程，并应视情况对机筒和螺杆进行冷却。实践经验指出，冷却螺杆还有助于改善挤出质量，但同时也降低了挤出流率。改善质量是由于冷却使螺杆均化段的有效槽深减少，增强了剪切作用。挤出过程中温度不是孤立的，在流率不变，螺杆转数不变时，增加挤出温度会使挤出压力降低。在低流率下，温度对压力的影响是很明显的，但影响会随流率的增加

49、而逐渐减少。挤出温度增加，还使所需螺杆的功率也降低了。由于塑料品种的不同，甚至同种塑料（如聚乙烯）由于其结构组成的不同，其挤出温度控制不尽相同。如下表，列出了电线电缆生产中几种塑料的挤出温度，应指出表中操作温度的比较，只有对同一设备才有意义。设备不同，机筒壁厚薄不一样，测温点的深浅不一样，而且测温仅是测机筒和机头的温度，与物料的实际温度也不一样，应随时观察挤出过程中塑料的塑化质量，并调节温控，所以表中所示的挤出温度仅供参考。加料段采用低温，这是由加料段承担的“任务”决定的，加料段要产生足够的推力，机械剪切并搅拌混合，如温度过度，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

50、出压力波动，并因过早熔融，而致混合不充分，塑化不均匀，所以这一段温度一般用低温。熔融段的温度要有幅度较大的提高，这是因为塑料在该段要实现塑化的缘故，只有达到一定的温度才能确保大部分组成得以塑化。均化段的温度最高，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开始塑化，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，这时其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要的，有些时候，可以维持不变，而赖以塑化时间的延续，实现充分塑化。机脖的温度要保持均化段的温度或稍有降低，这是因为塑胶挤出筛板变旋转运动为直线运动，而且由于筛板上的孔将塑胶熔体分散为条状物，在进入机头时必须

51、在其熔融状态下将其彼此压实，显然温度下降太多是不行的。机头承接已塑化均匀且由机脖压实的熔体塑料，起继续挤压使之密实之作用，塑胶在此有固定的表层与机头内壁长期接触，若温度过高，势必出现分解甚至是焦烧，特别是在机头的死角处，因此机头温度一般要下降。目前挤出机中模口采用的温度升高、降低都有实例，一般模口温度升高可使表面光亮，但模口温度过高，不但会造成表层分解，更会造成成型冷却的困难，使产品难于定型，易于下垂自行形变或压扁变形。因此，尽管各种塑料的挤出温度的控制高低不一，但都有一个普遍的规律，即从加料段起到模口止，都有一个温度从低高低的变化规律。如果挤出过程中温度控制的不合适，塑料就会产生很多缺陷，影

52、响挤出制品的质量。3.3.3 控制温度的高低对产品质量的影响温度是塑料由固体状态向粘流状态转变的有效手段，同时它也可能造成塑料的烧焦或分解，温度低时，也可能造成严重的设备事故。由于塑料品种的不同，以及挤出速度、挤出外径、挤出厚度的不同，在实际的挤出过程中，温度控制不尽相同，因此对具体的品种采用相应的挤塑温度。另外，除塑料和结构尺寸造成的温度控制不同外，环境温度也应予以考虑。因此，严格按照工艺要求控制温度的高低，保证挤塑过程的顺利进行，保证良好的产品质量，是每一个操作者不可忽视的职责。（1） 温度过高：指的是温度控制超过某种塑料的最佳塑化温度，容易使塑料焦烧和老化，也容易产生气孔、气泡、气眼、定

53、型不好等质量问题。温度过高，还会造成挤出过程中挤出压力波动，塑料在机筒内“打滑”，挤出量不稳，使挤包层和产品外径尺寸不均。（2） 温度过低：指的是温度控制低于塑料的最佳塑化温度，造成塑料塑化不好，挤出表面有树脂疙瘩或未塑化好的小颗粒。特别是合胶缝合不好，不但影响产品质量，还容易造成塑胶层脱节、裂纹、断胶等现象。因此，要严格按照工艺规定控制温度，不宜过高或过低。在实际操作过程中，因设备新旧、外径大小的不同，挤制工艺有所不同，温度控制也不尽相同，挤制绝缘和护套所用塑料一样，但因树脂中的添加剂不同，其温度控制亦有区别。另外，环境温度的高低也会影响挤塑温度的控制，冬天与夏天就要相差510oC。3.3.4 挤出温度对硅烷交联聚乙烯交联度的影响表3-1挤出机各段温度与绝缘交联度的关系挤出机各段温度与绝缘交联度的关系平均温度/负荷下热延伸实验序号120挤塑机温度（机身机头）/1120130135145160170180180180155.52125135140150165175185185185160.62653130140145155170180190190190165.62154140150155165180190200200200175.6