电缆挤出工艺学

1、电缆挤出工艺学3/15/201210挤塑工艺塑料电线电缆的主要绝缘材料和护层材料是塑料。热塑性塑料性能优越， 具有良好的加工工艺性能，尤其是用丁电线电缆挤制绝缘层和护层生产时工艺 简便。电线电缆塑料绝缘层和护层生产的基本方式是采用单螺杆挤出机连续挤 压进行的。由丁挤出机具有连续挤出的特点，所以塑料绝缘和护套的生产过程 也是连续进行的。就电线电缆生查而言，产品规格的差异，挤制部件的不同， 往往决定了挤制设备及工艺参数的某些变化。但总的来讲，各种产品，各个部 件的挤塑包覆工艺是大同小异的，下面以一般为主，个别为辅对挤塑原理、工艺与模具类型进行介绍。第1节塑料的挤制塑料挤出的基本原理挤塑机的工作原理

2、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。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

3、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，挤包丁导体或线芯周围，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。2. 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 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

4、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，由丁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

5、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。3. 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乂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。在加料段，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

6、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质量和产量。在熔融段，经破碎、软化并初步搅拌混合的故态塑料，由丁螺杆的推挤作用, 沿螺槽向机头移动，自加料段进入熔融段。在此段塑料遇到了较高温度的热作 用，这是的热源，除机筒外部的点加热外，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

7、的反作用力，使塑料在前进中形成了回流， 这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。由丁在此阶段 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。由丁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，由丁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

8、筒 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， 知道完全消失，即由固态转变为粘流态。此时塑料分子结构发生了根本的改变， 分子问张力极度松弛，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。在均化段，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；

9、这一段乂是挤出 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，足以使含丁塑料内的全部气体排除，并使熔体压实，致密。该 段所具有的 灼压段”之称即由此而得。而由丁高温的作用，使得经过熔融段未 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、定压的由机头均匀的挤出。4. 挤出过程中塑料的流动状态在挤出过程中，由丁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，由丁机头中的模具、多孔筛板和滤网的阻力，乂使塑料在前进中产生反作用力

10、，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：1) 正流一一 指2) 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，3) 是四种流动形式中最主要的一种。正流量的大小直接决定 看挤出量。4) 倒流一一乂称逆流，5) 它的方向与正流的流动方向整好相反。它是由丁 机头中的模具、筛板、和滤网等阻碍塑料的正向运动，6) 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”7) 也称为反压流动它能引起生产能力的损失。8) 横流 它是沿着轴的方向，9) 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

11、所形成的。它的流动受到螺纹槽侧壁的阻力，10)由丁两侧螺纹的相互阻力，而11) 螺杆是在旋转中，12) 使塑料在螺槽内产生 翻转运动，13) 形成环状流动，14) 所以横流实质是环流。环流对塑料在机 筒中的混合、塑化成熔融状态，15) 是和环流的作用分不16) 开的。环流使物料在机筒中产生搅拌和混合，17)并且利丁机筒和物料的热交换，18)它对提高挤出质量有重要的意义，19) 但对挤出流率的影响很小。20) 漏流一一它也是由机头中模具、筛板和滤网的阻力产生的。不 21) 过它 不22) 是螺槽中的流动，而23) 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。由丁螺杆与机筒的间隙

12、通常很小，24)故在正常情况下，25) 漏流流量要比正流和倒流小的多。在挤出过程中，26) 漏流将影响挤出量，27) 漏流量增大，28) 挤出量将减小。塑料的四种流动状态不会以单独的形式出现，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。5. 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。

13、而减小螺槽深度，增大螺杆长径 比，虽然有利丁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，乂为螺杆制造和装配造成困难。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

14、压力波动，影响挤出量；而且由丁这些回流的增加，使 塑料过热而导致塑料焦烧或成型困难。塑料挤出机的操作规程塑料挤出机组是由挤塑机（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。6. 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，由丁螺杆的转动，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

15、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。7. 塑料挤出机的操作规程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。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。要提前23小

16、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。生产前要按工艺规定检查塑料和半成品的质量，确认合格后方可生产。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。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。开车1) 把合格的塑料加入料斗内，2) 打开插板，3) 启动螺杆继续跑胶。操 作者要注意进料情况，4) 跑胶时观察电流表和电压表指 5) 针的指6) 示。此时操作者不7) 准离开工作岗位，8)防止发生问题。9) 塑料从模套中挤出后，10) 要观察塑料的塑化

17、情况，11 ) 等塑料塑化 良好时，12) 开始校正模具，13) 把塑料厚度调节均匀，14) 防止塑料 层偏差。15) 按工艺规定取样检查塑料厚度，16) 并检查塑料挤出后质量，17) 如气孔、表面塑化、疙瘩等。18) 一切19) 情况正常，20) 生产能满足工艺规定要求后，21 ) 应积 极组织机组人员开车，22) 开车时要分工操作，23) 并密切24)配合。25) 穿头引线，26) 启动牵引，27) 应按工艺规定的塑料层厚度要求，2 8) 控制好螺杆与牵引的速度，29) 使电线电缆通过牵引后，30) 在排线 装置的收线盘上整齐排好。穿引线时，31) 应派专人跟线接头，32) 注意 防止电线

18、电缆进水或卡断接头。33) 校对计米器回复34) 零位，35) 并使计米准确。电线电缆上盘时，36)必须将不37)合格接头线截掉，38)并检查厚度和偏芯情况，39) 直到合格方可上盘。40) 在正常生产过程中随时注意以下几点：产品质量，41) 随时观察、检测塑料层的表面质量和产品外径；注意设备 42) 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况，43)保证挤出厚度和产品外径的均匀；做到三勤，44) 7即勤测外径、勤检查质量、勤观察 设备45);注意及时加料，46)避免断胶脱胶漏包；开车时发现焦烧现象， 47)应立即停车擦车；如发现绝缘不 48) 合格需要扒皮

19、时，49) 不50) 得自行分头，51) 应停胶将线芯开到指52) 定长度待处理，53) 以免造 成短头或废品。54) 做好产品的工艺质量记录。记好标 55) 签、跟踪卡、生产报表、工艺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，活理机头和筛板。遇到下列情况时要停车活理机头：生产完成后要及时停车活理机头；温度控制 超高，发生塑料焦烧时，要停车活理机头和螺杆；停车在一小时以上，要活理 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， 都要活理机头。机头

20、和螺杆活理要干净，活理完后要及时把机头和螺杆装好。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。按岗位责任，安排人员负责机台卫生活扫工作。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。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：56) 去除塑料中过量的水分或潮气。57) 去除固体杂质。58) 均匀混入某种塑料和配合剂。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

21、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。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，对丁要求 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。 混合配合剂鉴丁目前电缆料的供应情况，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。对丁要求不高的产品也可以在装有搅拌器的加料斗内进

22、行。第二节塑料的挤出工艺挤出过程的工艺条件对制品的产量和质量影响很大，特别是塑化过程，更能直 接影响制品的物理机械性能和外观，塑化即是熔融，决定这一过程的主要因素 是温度和机械剪切作用。塑料挤出的温度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丁温 度，因此，温度是塑料挤出工艺中最重要的工艺参数。由丁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；由丁挤包层中热能较小，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

23、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丁制品上， 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，对应丁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

24、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，冷却螺杆还有助丁改善挤出质量，但同时也降低了挤出流率。改善质 量是由丁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。由丁塑料品种的不同，甚至同种塑料

25、 （如聚乙烯）由丁其结构组成的不同，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。塑料挤出温度塑料品种加料段熔融段均化段机脖机头模口聚氯乙稀130 140 C150 170 C175 180 C170 180 C170 175 C 170 180 C聚氯乙稀150 160 C160 170 C175 185 C175 180 C170 175 C 170 180 C聚乙烯 140 150 C 180 190 C 210 220 C 210 215 C 200 19