電線電纜的擠塑工序

擠塑工序包含絕和護(hù)套生產(chǎn)工序。絕緣生產(chǎn)方式有：涂覆、繞包、擠包，以及它們的組合。現(xiàn)在絕緣生產(chǎn)主要的是涂覆和擠包。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連續(xù)擠壓進(jìn)行的，由于擠出機具有連續(xù)擠出的特點，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。

一、塑料擠出過程

采用連續(xù)擠壓方式進(jìn)行

擠出設(shè)備一般是單螺桿擠塑機。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動；同時，塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用，并且在機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)檎沉鲬B(tài)，在螺槽中形成連續(xù)均勻的料流。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)由螺桿的推動或攪拌，將完全塑化好的塑料推入機頭；到達(dá)機頭的料流，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。

二、擠出過程的三個階段

塑料擠出最主要的依據(jù)是塑料所具有的可塑態(tài)。塑料在擠出機中完成可塑過程成型是一個復(fù)雜的物理過程，即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實并最后成型定型。人們往往按塑料的不同反應(yīng)將擠塑這一連續(xù)過程，人為的分成不同階段，即：

1塑化階段（塑料的混合、熔融和均化）

此階段是在擠塑機機筒內(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)榭伤苄缘恼沉黧w。塑料在塑化階段取得熱量的來源有兩個方面：一是機筒外部的電加熱；二是螺桿旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的摩擦熱。

2成型階段（塑料的擠壓成型）

此階段是在機頭內(nèi)進(jìn)行的，由于螺桿旋轉(zhuǎn)和壓力作用，把粘流體推向機頭，經(jīng)機頭內(nèi)的模具，使粘流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。

3定型階段（塑料層的冷卻和固化）

此階段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)。

三、塑化階段塑料流動的變化

在塑化階段，塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機頭的移動過程中，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)塑料流動時的物態(tài)變化過程又人為的分成以下三個階段。

1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)與固定的機筒之間產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用在塑料顆粒上，實現(xiàn)對軟化塑料的破碎。而最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)而實現(xiàn)對破碎塑料的攪拌與均勻混合，并初步實行熱交換，從而為連續(xù)而穩(wěn)定的擠出提供基礎(chǔ)。在此階段產(chǎn)生的推力直接影響著擠出質(zhì)量和產(chǎn)量。

2在熔融段

此段塑料遇到了較高溫度的熱作用，這是熱源，除機筒外部的點加熱外，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)中形成了回流，回流的產(chǎn)生不但使物料進(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，加之作用時間較長，致使塑料發(fā)生了物態(tài)的轉(zhuǎn)變，與加熱機筒接觸的物料開始熔化，在機筒內(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筒之間的間隙時，就會被旋轉(zhuǎn)的螺紋刮下來，聚集在推進(jìn)螺紋的前面，形成熔池。由于機筒和螺紋根部的相對運動，使熔池產(chǎn)生了物料的循環(huán)流動。螺棱后面是固體床（固體塑料），物料沿螺槽向前移動的過程中，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筒內(nèi)壁，加速了機筒向固體床的傳熱過程，同時螺桿的旋轉(zhuǎn)對機筒內(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，實現(xiàn)初步壓實。

3在均化段

這一段螺桿螺紋深度最淺，即螺槽容積最小，所以這里是螺桿與機筒間產(chǎn)生壓力最大的工作段；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最高的一段，所以塑料在此階段所受到的徑向壓力和軸向壓力最大，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，致密。該段所具有的“均壓段”之稱即由此而得。

四、擠出過程的三個階段

在擠出過程中，由于螺桿的旋轉(zhuǎn)使塑料推移，而機筒是不動的，這就在機筒和螺桿之間產(chǎn)生相對運動，這種相對運動對塑料產(chǎn)生摩擦作用，使塑料被拖著前進(jìn)。另外，由于機頭中的模具、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筒中的流動復(fù)雜化了。通常將塑料的流動狀態(tài)看成是由以下四種流動形式組成的：

1正流

是指塑料沿著螺桿螺槽向機頭方向的流動。它是螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠力產(chǎn)生的，是四種流動形式中最主要的一種。正流量的大小直接決定著擠出量。

2倒流（逆流）

它的方向與正流的流動方向整好相反。它是由于機頭中的模具、篩板、和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運動，在機頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力（塑料前進(jìn)的反作用力）造成的。由機頭至加料口形成了“壓力下的回流”，也稱為“反壓流動”。它能引起生產(chǎn)能力的損失。

3橫流

橫流是沿著軸的方向，即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動。也是由螺桿旋轉(zhuǎn)時的推擠所形成的。它的流動受到螺紋槽側(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)運動，形成環(huán)狀流動，所以橫流實質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對塑料在機筒中的混合、塑化成熔融狀態(tài)，是和環(huán)流的作用分不開的。環(huán)流使物料在機筒中產(chǎn)生攪拌和混合，并且利于機筒和物料的熱交換,它對提高擠出質(zhì)量有重要的意義，但對擠出流率的影響很小。

4漏流

漏流也是由機頭中模具、篩板和濾網(wǎng)的阻力產(chǎn)生的。不過它不是螺槽中的流動，而是在螺桿與機筒的間隙中形成的倒流。它也能引起生產(chǎn)能力的損失。由于螺桿與機筒的間隙通常很小，故在正常情況下，漏流流量要比正流和倒流小的多。在擠出過程中，漏流將影響擠出量，漏流量增大，擠出量將減小,塑料的四種流動狀態(tài)不會以單獨的形式出現(xiàn)，就某一塑料質(zhì)點來說，既不會有真正的倒流，也不會有封閉的環(huán)流。熔體塑料在螺紋槽中的實際流動是上述四種流動狀態(tài)的綜合，以螺旋形軌跡向前的一種流動。

五、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。決定塑化情況的因素除塑料本身外，主要是溫度和剪切應(yīng)變率及作用時間等因素。擠出溫度過高不但造成擠出壓力的波動，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，增大螺桿長徑比，雖然有利于塑料的熱交換和延長受熱時間，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)對塑料所產(chǎn)生的剪切應(yīng)變率，以達(dá)到機械混合均勻，擠出熱交換均衡，并由此為塑化均勻提供保障。這個應(yīng)變率的大小由螺桿與機筒間的剪切應(yīng)變力所決定，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，螺桿與機筒的間隙也對擠出質(zhì)量有影響，間隙過大時則塑料的倒流、漏流增加，不但引起擠出壓力波動，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。