電纜生產工序漫談：擠塑工序

     擠塑工序包含絕緣和護套生產工序。絕緣生產方式有：涂覆、繞包、擠包，以及它們的組合?，F在絕緣生產主要的是涂覆（繞組線，已不在生產許可證管理范圍）和擠包（電線電纜）。

一、塑料擠出設備與模具

     1.塑料擠出設備：擠出機

     1.1擠塑機的工作原理：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壓，使塑料均勻地塑化，通過機頭和不同形狀的模具，使塑料擠壓成各種形狀的制品。

     1.2擠塑機的基本結構：擠塑機由擠壓系統、傳動系統和加熱系統（冷卻）組成。

     1.2.1 擠壓系統（包括螺桿、機筒、料斗、機頭和模具五部分）

     ① 螺桿:螺桿是擠塑機中的重要部分,它是由高強度、耐熱和耐腐蝕的合金鋼制成，其作用是將塑料向前推進，產生壓力，攪拌，旋轉時與塑料產生摩擦熱，使塑料熔化，并邊連續(xù)不斷地將融體送入機關擠出，它直接關系到擠塑機的應用范圍和生產率。

     ② 機筒是一個金屬筒，一般用耐熱耐壓的強度較高的，堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內襯合金鋼的復合鋼制成，它與螺桿構成了塑料塑化和輸送作用的擠壓系統的基本結構，機筒的長度一般為其直徑的15~30 倍，以使物料得到充爭加熱和塑化充分為原則。機筒應有足夠的厚度，剛度、內壁應光滑。在機筒的外面裝有電阻或感應加熱器測量裝置及冷卻系統。

     ③ 料斗通常為錐形容器，其容積至少應能容1 小時的用料，料斗底部裝有切斷料流截短裝置，料斗側面裝有視孔可標定和計量。

     ④ 機頭是擠塑機的成型部件，機頭主要有過濾裝置（多孔板和篩網）、連接管、分流器、模芯座、模具等組成。

     1.2.2 傳動系統

     它的功能是保證螺桿以所需要的力矩和轉速勻速地旋轉，一般偉動系統都包括三個必要的環(huán)節(jié)：原動力——變速器——減速器。要求螺桿的轉速穩(wěn)定，不隨其負荷的變化而變化，以保證制品質量均勻一致。但在不同場合下又要求螺桿能變速，以達到一臺設備能擠出不同規(guī)格制品的要求。為此傳動電機一般采用整流電機、直流電動機等。

     1.2.3 加熱冷卻系統

    功能：通過機筒的加熱或冷卻，以保證塑料始終在其工藝溫度范圍內擠出。

     ① 塑機的加熱方法：擠出機螺桿速度保持恒定時，影響出膠量穩(wěn)定性的主要因素是擠塑機的機身溫度。

交聯擠塑機加熱方法通常有兩種，采用載體（如加熱水）加熱和電阻器加熱。采用載體加熱的特點是加熱均勻，不易產生局部過熱現象，但是載體加熱溫度對系統的密封性能要求很高，成本較高。因而用于溫控要求較高擠塑機上。

    ② 塑機冷卻：在擠出過程中經常會產生機筒內塑料溫度過高，熱量過多的現象，如不及時排出過多的熱量，則容易引起物料“先期交聯”；擠塑機一般在兩個部位冷卻：機筒冷卻和機頭冷卻。

     a.機筒冷卻（機筒冷卻方法有兩種風冷和水冷）

     從冷卻效果來看，空氣冷卻比較柔和，冷卻速度較慢，水冷卻速度則快，但比較激烈，易造成較強的“熱振動”，水冷卻系統的設計是比較復雜的，它除了具有良好的冷卻效果外，還應有良好的密封性以防泄漏，使在不需要冷卻時，最好能使冷卻系統中的水全部逸出，以免因存水產生的水垢使冷卻系統堵塞，結構上還應有利于維修，目前的水冷卻系統大部分是在機筒外表面車出螺旋形溝槽，然后盤繞冷卻管。

    b.螺桿冷卻

    冷卻螺桿的主要目的是防止塑料過熱，此外冷卻螺桿的加料段也有利于物料往機頭輸送。通入螺桿的冷卻介質通常是水，水溫可以根據要求保持一定數值。甚至螺桿的冷卻長度也可以調整，有時全長冷卻，有時只冷卻一部分，最新設計的擠塑機螺桿溫度可以分區(qū)調節(jié)。

1.2.4擠塑機螺桿參數

     螺桿的主要參婁有直徑長徑比、壓縮比、螺距、螺槽寬度、螺旋角、螺桿與機筒之闡的間隙等。

     ①螺桿直徑D：擠塑機的大小規(guī)格通常用螺桿直徑表示，直徑越大，出膠量就越大，擠出量近似和其平方成比例，因此螺桿直徑少許增加， 將引起擠出量的顯著增加。

     ②長徑比L/D：螺桿工作部分長度L 與直徑D 的比值。在螺桿直徑一定時，增大長徑比就意味增加螺桿的長度，長徑比越大，有利于物料充分塑化，同時還能產生較大的壓力，保證產品更加密實，提高質量。然而長徑比太大也不行，對交聯料產生過分塑化，引起物料的先期交聯，用于交聯機組的擠出機，長徑比一般在20~25 倍之間。

     ③壓縮比是加料段第一個槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比，壓縮比的選擇，應根據原材料不決定，塑料性質不一樣，壓縮比也不一樣，顆粒大、壓縮比小；顆粒小、壓縮比大，低密度聚乙烯的壓縮比為2~3 倍。

     ④螺槽深度H：即螺紋的外半徑與根部半徑之差，根據壓縮的要求，加料段槽深大于熔融段，熔融段又大于均化段，加料段螺槽深度大，有利于提高其輸送能力，熔融段和均化段螺槽淺，螺桿能對物料產生較高有剪切速度，有利于機筒壁向物料傳熱和物料的混合和塑化。

  2.  擠出機的模具

     2.1擠出機的模具分為擠壓式、半擠管式、擠管式。（見下圖）

    2.2各種模具的特點：

    2.2.1.擠壓式優(yōu)點:

      1)、擠出的塑料層結構緊密結實。

     2)、絕緣與導體結合緊密無隙，擠包層的絕緣強度可靠。

      3)、外表面平整光滑。

    2.2.2.擠壓式缺點:

      1)、調整偏芯不易。

     2)、配模的準確要求高，產品質量對模具依賴性大。

     3)、 擠出線的彎曲性不好。

    2.2.3擠管式優(yōu)點

     1)、擠出速度快。

     2)、操作簡單，調偏芯容易。

     3)、間隙大，磨損小，使用壽命長。

     4)、配模方便。

     5)、塑料定向拉伸，塑料擠出強度增加。

     6)、護套厚度容易控制。

   2.2.4擠管式缺點：

    1)、致密性差。

    2)、塑料與線芯結合性差。

2.2.5半擠管式：吸取了擠壓式和擠管式的優(yōu)點。

二、交聯聚乙烯材料的交聯方法：分為化學和物理兩種方式

    1.化學交聯：過氧化物交聯（1、蒸汽交聯(SCP)；2、紅外線交聯法(RCP)與干式交聯；3、長承模(MDCV)交聯；4、加壓熔巖鹽交聯(PLCV)工藝；5、硅油交聯(FZCV)工藝。）和硅烷接枝交聯（一步法、兩步法、共聚法）。

    2.物理交聯：高能射線輻照交聯。

三、交聯聚乙烯材料   

     交聯聚乙烯料是以低密度聚乙烯，過氧化物交聯劑、抗氧劑等組合成的混合物料。加熱時，過氧化物分解為化學活性很高的游離基，這些游離基奪取聚乙烯分子中的氫原子，使聚乙烯主鏈的某些碳原子為活性游離基并相互結合，即產生C-C 交聯鍵，形成了網狀的大分子結構，絕緣料用過氧化二異丙苯（DCP）作為交聯劑。以DCP作交聯劑為例，聚乙烯交聯反應如下：

1、DCP分解成兩個游離基

2、活化聚乙烯、游離基轉移及生成枯基醇

3、聚乙烯分子間的交聯

4、枯基醇是不穩(wěn)定的化合物，在高溫下要分解，有兩種幾率要出現，即：

      由于DCP的分解需要高溫，在反應中產生的H2O、CH4及其它生成物，所以整個交聯過程必須在高溫高壓下進行，以增加反應速度和壓縮絕緣中的殘余副產物氣體。

四、絕緣工藝的基本要求

     1、無微孔絕緣、水含量最低

     采用全干式交聯和冷卻系統。使得絕緣中含水量及微孔降至最低。交聯管加熱系統應保證加熱管的溫度均勻，并且無“熱點”。該系統應容易操作，反應時間短。

    全干式交聯生產線的氣冷用鼓風機使氮氣在冷卻管中快速循環(huán)并實現熱交換，因而冷卻效率高，氣冷大多使用于高壓和超高壓電纜生產工藝中。全干式交聯生產線也可配備水冷，水冷采用閉路循環(huán)和熱交換原理，大多數應用于中壓電纜的生產。這種全干式交聯工藝可以應用于懸鏈式和立式交聯生產線之中。

     2、光滑的層間界面

     電纜絕緣層和半導電層界面是否光滑是影響電纜使用壽命的重要因素之一。尤其是對于高壓、超高壓電纜界面處半導電屏蔽層的凸起、嵌入絕緣層，會導致局部電場強度過高，加速絕緣老化，增加水樹現象產生的可能。為了實現層界面光滑，在生產高壓、超高壓電纜使用超光滑的半導電材料。

     3、電纜絕緣同心度

     電纜絕緣同心度是指導體對各絕緣層的位置，有良好的同軸對稱性。由于絕緣中的電場分布是電纜長期運行的關鍵因素，圓形使導體屏蔽層的電場強度最低，是理想的，也是所要求的形狀，對于電纜同心度的要求也越來越嚴格。此外無論是在立式生產線，還是在懸鏈式生產線上都能生產出符合同心度要求的厚絕緣電纜。絕緣后電纜的圓度取決于整個交聯生產線上各個工藝過程，即：擠出、交聯和冷卻，但要求絕對的對稱是不可能的，尤其是懸鏈式交聯生產線。