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电线电缆挤塑工序工艺的控制

来源 : http://www.yongruidq.com/news/97.html   发布时间 : 2019-01-18


电线电缆挤塑工序工艺的控制


1、引言
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。

2、挤塑过程中的影响
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,更直接影响制品的性能和外观,影响这一过程的主要因素是温度和机械剪切作用。


2.1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。

温度对产品的物理性能影响是复杂的,电缆用乙烯类塑料绝缘层抗张强度与挤出温度有关,对应于最大的抗张强度有一最佳的挤出温度,有关实验结果如表1
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表1


有研究指出,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,但也应指出,挤出温度过高,易使塑料焦烧,或出现“打滑”现象;另外,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,后者在运行稳定后则是主要的,升高机筒温度很自然地会增加机筒传递给塑料的热量,在挤出稳定运行之后,螺杆旋转剪切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热电源,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,但同时也会降低了挤出流率。改善质量是由于冷却使螺杆均化段的有效槽深减少,增加了剪切作用。

机筒设置温度和螺杆转速之间还有以下的相互影响:机筒温度升高,增加了机筒到物料的热传导,有利于物料的熔融。熔体温度升高使熔体粘度降低,使螺杆旋转产生的摩擦剪切热降低,趋向降低熔融速率,因此,对应于最大的熔融速率存在最佳的机筒温度,机筒温度升高,会使螺杆所需功率降低。

由于塑料品种的不同,甚至同种塑料由于其结构组成的不同,其挤出温度控制不尽相同,表2列出了电线电缆生产中几种常见的塑料的挤出温度,应说明,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,仪表误差不同,而且测温点是在机筒和机头外壁上,未深入熔体中,因此测得的实际机筒和机头的温度,与物料的实际温度也存在差异,因此,挤出过程中应随时观察塑料的塑化质量,并调节温控。
采用这样温度设置的原因是:

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。