工 藝
塑料電線電纜的主要絕緣材料和護(hù)層材料是塑料。熱塑性塑料性能優(yōu)越，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(hù)層生產(chǎn)時(shí)工藝簡(jiǎn)便。電線電纜塑料絕緣層和護(hù)層生產(chǎn)的基本方式是采用單螺桿擠出機(jī)連續(xù)擠壓進(jìn)行的。由于擠出機(jī)具有連續(xù)擠出的特點(diǎn)，所以塑料絕緣和護(hù)套的生產(chǎn)過程也是連續(xù)進(jìn)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(shè)備及工藝參數(shù)的某些變化。但總的來講，各種產(chǎn)品，各個(gè)部件的擠塑包覆工藝是大同小異的，下面以一般為主，個(gè)別為輔對(duì)擠塑原理、工藝與模具類型進(jìn)行介紹。
*節(jié) 塑料的擠制
一、塑料擠出的基本原理
擠出機(jī)的工作原理是：利用特定形狀的螺桿，在加熱的機(jī)筒中旋轉(zhuǎn)，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(jī)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(hù)套使是采用連續(xù)擠壓方式進(jìn)行的，擠出設(shè)備一般是單螺桿擠出機(jī)。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(yù)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(jìn)入機(jī)筒中，在旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用下，不斷向前推進(jìn)，從預(yù)熱段開始逐漸的向均化段運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用，并且在機(jī)筒的外熱及塑料與設(shè)備之間的剪切摩擦的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檎硲B(tài)，在螺槽中形成連續(xù)均勻的料。在工藝規(guī)定的溫度作用下，塑料從固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)的可塑物體，再經(jīng)由螺桿的推動(dòng)或攪拌，將完全塑化好的塑料推入機(jī)頭；到達(dá)機(jī)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(dǎo)體或線芯周圍，形成連續(xù)密實(shí)的絕緣層或護(hù)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(gè)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(jī)中完成可塑過程成型是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實(shí)并zui后成型定型。大家值的注意的是這一過程是連續(xù)實(shí)現(xiàn)的。然而習(xí)慣上，人們往往按塑料的不同反應(yīng)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(jī)機(jī)筒內(nèi)完成的，經(jīng)過螺桿的旋轉(zhuǎn)作用，使塑料由顆粒狀固體變?yōu)榭伤苄缘恼丑w。塑料在塑化階段取得熱量的來源有兩個(gè)方面：一是機(jī)筒外部的電加熱；二是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)生的摩擦熱。起初的熱量是由機(jī)筒外部的電加熱產(chǎn)生的，當(dāng)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(jī)筒內(nèi)壁的摩擦和物料分子間的內(nèi)摩擦而的。
第二階段是成型階段。它是在機(jī)頭內(nèi)進(jìn)行的，由于螺桿旋轉(zhuǎn)和壓力作用，把粘體推向機(jī)頭，經(jīng)機(jī)頭內(nèi)的模具，使粘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(jìn)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.塑化階段塑料動(dòng)的變化
在塑化階段，塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機(jī)頭的移動(dòng)過程中，經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度，甚至化學(xué)結(jié)構(gòu)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)塑料動(dòng)時(shí)的物態(tài)變化過程又人為的分成三個(gè)階段，即加料段、熔融段、均化段，這也是人們習(xí)慣上對(duì)擠出螺桿的分段方法，各段對(duì)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(zhuǎn)與固定的機(jī)筒之間生的剪切應(yīng)力作用在塑料顆粒上，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟化塑料的破碎。而zui主要的則是以螺桿旋轉(zhuǎn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎塑料的攪拌與均勻混合，并初步實(shí)行熱交換，從而為連續(xù)而穩(wěn)定的擠出提供基礎(chǔ)。在此階段產(chǎn)生的推力是否連續(xù)均勻穩(wěn)定、剪切應(yīng)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(jī)頭移動(dòng)，自加料段進(jìn)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(jī)筒外部的點(diǎn)加熱外，螺桿旋轉(zhuǎn)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(jìn)中形成了回，這回在螺槽內(nèi)以及螺桿與機(jī)筒的間隙中，不但使物料進(jìn)一步均勻混合，而且使塑料熱交換作用加大，達(dá)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(shí)間較長(zhǎng)，致使塑料發(fā)生了物態(tài)的轉(zhuǎn)變，與加熱機(jī)筒接觸的物料開始熔化，在機(jī)筒內(nèi)表面形成一層聚合物熔膜，當(dāng)熔膜的厚度超過螺紋頂與機(jī)筒之間的間隙時(shí)，就會(huì)被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下來，聚集在推進(jìn)螺紋的前面，形成熔池。由于機(jī)筒和螺紋根部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使熔池產(chǎn)生了物料的循環(huán)流動(dòng)。螺棱后面是固體床（固體塑料），物料沿螺槽向前移動(dòng)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(jī)筒內(nèi)壁，加速了機(jī)筒向固體床的傳熱過程，同時(shí)螺桿的旋轉(zhuǎn)對(duì)機(jī)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，知道完全消失，即由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)。此時(shí)塑料分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本的改變，分子間張力極度松弛，若為結(jié)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(shí)現(xiàn)初步壓實(shí)。
在均化段，具有這樣幾個(gè)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(jī)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(shí)，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，然后將完全塑化熔融的塑料定量、定壓的由機(jī)頭均勻的擠出。
4.擠出過程中塑料的動(dòng)狀態(tài)
在擠出過程中，由于螺桿的旋轉(zhuǎn)使塑料推移，而機(jī)筒是不動(dòng)的，這就在機(jī)筒和螺桿之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)塑料摩擦作用，使塑料被拖著前進(jìn)。另外，由于機(jī)頭中的模具、多孔篩板和濾網(wǎng)的阻力，又使塑料在前進(jìn)中產(chǎn)生反作用力，這就使塑料在螺桿和機(jī)筒中的流動(dòng)復(fù)雜化了。通常將塑料的流動(dòng)狀態(tài)看成是由以下四種流動(dòng)形式組成的：
1）正―是指塑料沿著螺桿螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)。它是螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠力產(chǎn)生的，是四種流動(dòng)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――又稱逆，它的方向與正的動(dòng)方向整好相反。它是由于機(jī)頭中的模具、篩板、和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運(yùn)動(dòng)，在機(jī)頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力（塑料前進(jìn)的反作用力）造成的。由機(jī)頭至加料口形成了“壓力下的回流”，也稱為“反壓流動(dòng)”。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(dòng)。也是由螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的推擠所形成的。它的流動(dòng)受到螺紋槽側(cè)壁的阻力，由于兩側(cè)螺紋的相互阻力，而螺桿是在旋轉(zhuǎn)中，使塑料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成環(huán)狀流動(dòng)，所以橫流實(shí)質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對(duì)塑料在機(jī)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(jī)筒中產(chǎn)生攪拌和混合，并且利于機(jī)筒和物料的熱交換，它對(duì)提高擠出質(zhì)量有重要的意義，但對(duì)擠出流率的影響很小。
塑料的四種流動(dòng)狀態(tài)不會(huì)以單獨(dú)的形式出現(xiàn)，就某一塑料質(zhì)點(diǎn)來說，既不會(huì)有真正的倒流，也不會(huì)有封閉的環(huán)流。熔體塑料在螺紋槽中的實(shí)際流動(dòng)是上述四種流動(dòng)狀態(tài)的綜合，以螺旋形軌跡向前的一種流動(dòng)。
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(yīng)變率及作用時(shí)間等因素。擠出溫度過高不但造成擠出壓力的波動(dòng)，而且導(dǎo)致塑料的分解，甚至可能釀成設(shè)備事故。而減小螺槽深度，增大螺桿長(zhǎng)徑比，雖然有利于塑料的熱交換和延長(zhǎng)受熱時(shí)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(yīng)是提高螺桿旋轉(zhuǎn)對(duì)塑料所產(chǎn)生的剪切應(yīng)變率，以達(dá)到機(jī)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(gè)應(yīng)變率的大小由螺桿與機(jī)筒間的剪切應(yīng)變力所決定，其剪切的應(yīng)變率數(shù)值為：
其中：Δ――為剪切應(yīng)變率（1/min）
D ――為螺桿直徑（cm）
N ――為螺桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的情況下加大螺槽深度。此外，螺桿與機(jī)筒的間隙也對(duì)擠出質(zhì)量有影響，間隙過大時(shí)則塑料的倒流、漏流增加，不但引起擠出壓力波動(dòng)，影響擠出量；而且由于這些回流的增加，使塑料過熱而導(dǎo)致塑料焦燒或成型困難。
二、 塑料擠出機(jī)的操作規(guī)程
塑料擠出機(jī)組是由擠塑機(jī)（主機(jī)）和多臺(tái)輔助設(shè)備組成的，生產(chǎn)中機(jī)組人員應(yīng)密切配合操作.操作人員必須熟悉生長(zhǎng)過程和操作規(guī)程。
1.塑料擠出機(jī)的擠塑過程
塑料擠出機(jī)是熱擠設(shè)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(jìn)入擠塑機(jī)頭擠包絕緣層或護(hù)套層。
塑料顆粒經(jīng)料斗加入擠出機(jī)機(jī)筒，由于螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入機(jī)膛，一方面加熱，一方面由螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌，促使塑料塑化，并推向機(jī)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(yīng)調(diào)節(jié)好模芯與模套間的環(huán)形間距，使塑料層均勻。
機(jī)組中各單機(jī)采用單獨(dú)傳動(dòng)，各機(jī)組之間的工作速度可分別調(diào)整。螺桿和牽引的速度應(yīng)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)。