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挤出理论知识

一.挤出机有关术语及作用:

1.1最早的挤出机出现时间为1866年。

1.2挤出设备装置（如图）:

卷取机

计米轮

储线装置

火花机

引取机

冷却水槽

挤出主机及控制箱

预热器

送线装置

1.3挤出机有平式和竖式,“平式”指一般电线挤出机;“竖式”指间色机。

挤出机是以螺杆

直径或螺缸内径尺寸而命名。

如:

螺杆直径为Φ65mm（用D表示直径,L表示螺杆长度）则命

名为Φ65mm挤出机。

1.4单螺杆挤出机挤出原理

由加料斗投入成形料,经螺杆供料段维持在固态往前输送;至螺杆压缩段,逐渐熔融而

可塑化,完全熔融的材料至螺杆的计量段计量后;送经滤纲组,蜂巢板、机头及眼模后而

定形。

顺序如:

加料斗供料段压缩段计量段滤

纲组蜂巢板机头眼模定型

1.5螺杆分为三部分:

供料段、压缩段（移转段）计量段。

1.6滤纲组:

过滤杂质及增加反压使材料混练良好,通常采用不锈钢制成。

1.7蜂巢板:

设在螺缸前端的孔板,用来支持滤纲并衔接螺缸与机头及改变材料方向。

1.8机头:

线缆挤出用来固定眼模;可分:

免调机头、普通机头。

（可调）。

1.9眼模:

使熔融材料成形的部分。

2.0导体与芯线的送线装置:

有回转轴及飞旋轴两种送线形式。

a.回转轴:

置于两个轴承上,由芯线或导体直接牵引使线盘回转。

优点:

线可张紧,线无尺寸限制,粗细可用,线不用再矫直。

缺点:

轴承摩擦使线发生振动,导体松散与张紧直接受轴惯性支配。

b.飞旋轴:

乃一个固定线轴,送出时沿其轴缘圆周回旋中引行送出。

优点:

振动小,磨损小,不必平衡。

缺点:

粗导体容易发生扭结现象,挤出中导体会扭动。

2.1导体的预热和管型挤出的真空抽吸。

a.导体的预热:

线缆挤出时,熔融材料与冷导体接触部分,因材料急切受冷的关系,造成挤出层有应变残留,在尚末缓和前就被冻结固化,使成品便会发生热收缩、伸长、老化及密着性的不良问题,特别薄层挤出埸合,特别注意此种问题。

若使冷导体加以适当的预热,与挤出材料再接触时,便没有急切受冷的现象,不但可以改善挤出质量,对导体的干燥净化有较好的效果。

b.管形挤出时为使挤出层与芯线或导体间有良好的密着性,可利用真空抽吸以除去其间的空气,使其完全密合,不但可以使线材有良好的附着力,而且也可以防止气泡的产生。

抽吸时压力不能过大,否则会造成外观破皮等不良现象。

2.2冷却水槽:

线缆挤出后经冷却水槽冷却定形。

厚绝缘或被覆层挤出时,在急冷条件下,而内部冷却较缓慢;由于收缩不同,逐形成气泡使密着性不良,为防止这种现象,我们必须采用分段冷却,特别是做PE（HDPE,FM-HDPE,LDPE）此种材料第一段绝对需用温水冷却。

2.3绞轮式引取机:

挤出线的线速是利用引取机的装置来控制,故引取机必须能控制一定的线速,否则会

造成厚度不均匀、偏心等不良。

绞轮引取机:

一般设有两个绞轮,由电动马达带动其

中一个绞轮,挤出线缆环绕数圈于轮缘沟中,由线缆与轮沟之间的摩擦力而达到引取

的目的。

2.4外径测定器:

利用光学原理与接触检出器可测知线缆外径,由其发生的信号且可控制线速,以确保

挤出厚度在要求的范围内,若将两台直径测定器交互相成直角排列,则亦可测知试缆

的圆形度。

2.5火花试验机:

主要用途在检出挤出层的针孔与外伤。

生产作业员现埸的火花试验点检,

合上电源,把各部位回复到正常工作状态。

用一根已接地的绝缘线（前端露出导体）伸进珠

式球链里面,如会发出激烈的火花报警鸣声,并且计数器能够不断显示和记录击穿的次

数。

这样我们可判定火花机能在正常工作。

在我们使用时必须采用手动,电压只有打正

公差,行线从球链中间穿过。

2.6内外眼模:

内模:

固定导体或芯线。

外模:

绝缘或护套成形线缆挤出用模,可分加压型和管型两种。

采用加压型眼模挤出,材料与导体表面密着性良好,使表面外观圆整良好,附着力增

大,管型眼模挤出,即使芯线不规则,其被覆层厚度亦为固定,且芯线不会因为受大压

力而溃损。

某些埸合亦利用两者之间构造的半加压型或半管式型挤出,一般绝缘挤出采用

加压眼模（挤压式）被覆挤出则多用管型眼模（挤管式、半挤管或半挤压）。

2.7引落比

在采用管型眼模挤出时都必须有引落比,熔融材料出模口以后,被引落包被到芯在线,

引落比的适当,对成品外观有很大影响。

引落比乃完成线挤出层面积与甫出眼模材料的

断面积（即眼模开环面积之比）。

DD2-DG2

引落比=DD=外眼孔径DCW=完成外径

DCW2-DW2DG=内眼廊段外径DW=导体或芯线外径

一般PVC材料的引落比为1.5,所谓廊段乃眼模出口部所设平行孔部分。

管型外眼孔径与内眼廊外径:

导体或芯线外径,挤出厚度及引落比视线缆构造与料别不同而异。

内模孔径以不刮伤芯线或导体而能平滑穿过为原则,可能范围昼量开小,内眼廊段外径为内眼孔径与2倍廊段厚度之和,廊段厚度愈薄愈好。

外眼孔径DD=引落比（DCW2-DW2）+DG

或DD=DG+2倍线材厚度之和

此时,引落比完成外径DCW,导体或芯线外径DW及内眼廊外径DG都可预先决定,外眼孔径DD便求出。

二.挤出加工实技

2.1按材料不同选择螺杆:

螺杆为挤出机的心脏部分。

视材料不同而有种不同的设计,故螺杆选用也为决定成品质量

及生产重要因素。

在PE、PVC挤出埸合,一般采用缓压型。

沟深从深至浅,为使PVC

挤出时混练良好,通常在压缩段增加一道螺旋,尼龙用螺杆一般采用急压型,一般螺杆

有二十个螺旋以上。

2.2挤出条件变动的影响

挤出条件例如:

温度、压力等发生变化时,对挤出成品质量及挤出量有很大影响。

a螺杆回转数及温度变化的影响:

温度增加则反压下降挤出量相对提高,在正常挤出时如对

机身各段温度提高后,材料在螺缸中熔融混练良好使材料所受的阻力大大减小,促使押

出量提高。

b.螺杆回转数增加,则挤出量及反压均增加,在正常挤出时螺杆转速度增大,则材料熔融

挤出速度也随着增大,材料摩擦与阻力也愈增大。

c.反压增加挤出量显著减少,但反压大小,材料得不到很好的混练作用,成品质量也难达

到。

在螺杆深沟埸合;反压增加,挤出量减少很急激。

d.眼模温度变化的影响:

眼模温度增加则反压减少,挤出量提高,（眼模温度增加时,

材料在眼模熔融提高受到阻力较小,使反压减少,挤出量提高）,温度降低则反之。

e.在挤出机全部温度升高变动时,只有反压下降,对挤出量则无影响。

f.挤出作业中设定温度与材料实际温度,只有在刚开机的瞬间是相同的,开机后材料内部

摩擦也发生热;温度会逐渐上升,要相当长时间后,才会呈现稳定状态。

综合上述各点,可知挤出条件变动,对生产能率及成品质量都有相当的影响性。

挤出时如何设定适当的条件,并减少条件的变动,实为重要话题。

2.3化学变化:

a.过热烧焦:

挤出温度设定太高,或材料在高温度挤出机中停留时间过长;材料便可能会

热分解,好象不按食谱制作食物的烧焦一样过热所起的化学变化。

称由热劣化或热分解,

过热烧焦时发生的现象视材料不同而异。

有些分解为气体,增加螺缸内的压力,从眼模口喷射出,具有爆炸力,使作业危险。

b.氧化:

材料在高温时与空气接触,亦容易起化学变化,因空气中的氧使材料发生氧化

所致。

材料在干燥室时间过长或温度过高,都会使材料氧化而变黄。

2.4线挤出要得良好外观及质量的成品,在眼模选用上也极重要,一般绝缘押出采用挤压式眼模（如图）

加压眼模

外眼

绝缘料

导体

内眼

在使用加压外眼,出口段长则对挤出表面较好,但出段大长在作业时眼模偏芯调整比

较困难;挤出压力也会增加:

附着力也增大。

外眼孔径要考虑材料加热冷却的胀缩性,故一般约取与线径相同或略大于线径。

选用过

小孔径会造成外观波纹,附着力增大。

2.5护套挤出:

a.电力电缆及通信电缆的被覆,主要目的在保护绝缘芯线;防止湿气、腐蚀、光与机械的

损伤;以及环境的污染等。

较常用的有PVC,PE及尼龙等材料。

b.护套挤出一般采用挤管式或半挤管（如图）:

有时也采用挤压式,挤管式挤出可得一定

的挤出厚度。

为了使挤出表面平滑,在选用外模一般采用长廊段的设计,长廊段,可

增加螺缸的压力;使材料在里面得到良好的混练。

但过长则使挤出量减少,外观不一

定会更好。

因此,还要从挤出机尺寸、构造挤出量、机头形式、挤出外径、挤出厚

度、以及材料不同而异。

如图:

管型眼模

外眼

护套

芯线

内眼

c.内外眼距的影响:

所谓内外眼距乃内眼与外眼出口段始的距离,也就是熔融材料的流路间隙;这项间隙的大小对挤出外观质量也有密切关系,间隙太大则材料逆流而起旋滑形流动,内外眼距间材料的流动性,受眼模形状、挤出厚度、导体外径,材料流动特性及导体行进速度等因子所支配,为使材料流速均匀良好,内眼距的决定极为重要,主要还是从实践中得取。

外眼出口段或廊段部分熔融材料的流速分布及外眼出口后的流速分布状况,材料在外眼孔内壁接触部分。

流速最小与导体接触时流速最大约与行线速度相等,材料流出外眼口后,外层加速到与线速相同,此时外层流速急激增加。

亦即在外眼出口部材料外层受引伸作用,其引伸度可以外眼出口前后速度的比值表示,引伸度如超过熔融材料的伸长率时,外层材料便会起断裂,表面粗糙,破皮等不良现象。

2.6PE材料:

最早的PE出现为1933年英国ICI公司人员经过高压过程得制。

a.高密度PE（HDPE）也叫中低压PE。

在常压~200气压下,进行聚合反应。

中低压聚合,

分子有选择性,故可得支链较少的PE;支链少的中低压PE,就好象无小枝的木柴一样

成捆时空隙较少,重最重。

因此密度高,故称高密度PE（硬度）

b.低密度PE（LDPE）也叫高压PE,在1000~1300气压下进行聚合反应,在高压条件下分

子聚合无选择性,因此所得的分子支链多。

支链多的高压PE,就象末切去小技的成捆木

柴,空隙较多,故密度低,因此称为低密度PE（软质）。

LDPE:

一般的设定温度大线约200~230℃,细线时230~250℃。

HDPE:

大约比LDPE增高10~20℃。

c.要得到良好的质量,在作业上的改良有:

1）更换细目滤纲,并增加枚数,使材料压力增高。

2）螺杆作适当的冷却。

3）提高螺缸的温度。

4）降低螺杆回转数,使挤出量降低。

d.在机械上的改良点有:

1）更换混练良好的设计螺杆。

2）增设材料压力调速器。

2.7PVC材料

PVC在1835年由M.V.REGNAUT氏初次制成,工业上的利用约起源于1933年。

PVC此重约1.4耐水、耐酸、耐热及电气绝缘性良好、耐油、耐臭氧、耐药品、且

无毒,广泛被采用为电线绝缘及被覆材料。

但PVC属极性材料,介电特性较差。

故一般

限于600优以下。

PVC在65~85℃软化,120~150℃有完全可塑性,故一般挤出温度

160~190℃为佳。

2.8交连PVC（XL-PVC）

a.PVC分子间起交连作用,则成网状的大分子结构是可提高耐热性与耐溶剂性,机械强度亦被加强。

b.PVC交连的方法,可分为加入多功能单体后利用加速电子线照射的照射法。

及利用交连剂反应而交连的化学交连法两种。

通常细线可利用照射交连法,大线则用化学交连法比较经济。

c.PVC交连后,耐热性向上,加热不溶融,溶剂不溶解,机械性提高等。

在线缆埸合可改善下列各项特性。

1）可提高使用温度。

2）可使过电流特性向上。

3）增加焊接作业安全性。

4）减少热缩性。

5）可提高机械强度及物理特性。

6）轻量化、占积率向上。

7）耐切穿特性向上。

2.9半硬PVC

a.线缆用PVC材料大部分为软质,由于可塑剂含量较多,故流动性良好,挤出温度出比

较低,挤出作业极易进行。

b.但因可塑剂含量较多,难免电气特性较差,物性也较低,故用途不同的时候,其规格

要求,亦不同。

某些线缆不得不借重半硬PVC来达成目的,半硬PVC塑剂含量较少,

流动性较差,故挤出作业较困难,必须注意以下几点,才能顺利作业。

1）采用较深沟螺杆。

2）设定较高的温度。

3）采用入口角小,但廊段较长的眼模。

4）降低螺杆回转数。

5）采用L/D较长的挤出机。

6）停机再开时,应将螺缸中已受热材料完成清除。

7）活用滤网枚数及网目。

3.0发泡挤出:

a.发泡的目的:

一般材料发泡的目的在于使制品轻量化,并加强制品隔热性与可挠性,及

降低材料成本,而线缆用材料发泡的目的,则在降低材料的介质常数,线缆较为常用

的发泡材料为PE如（HDFM-PE）（LDFM-PE）,HDPE介质常数为2.32,LDPE为2.28。

b.发泡度的测定方法:

线缆发泡层的发泡度,可利用普通的密度测定法计测,所谓发泡度乃指发泡体中含多少百分比的气体,可应用下式表示:

do－d

P=（do）×100其中:

P为所求的发泡度

dd=发泡体的密度

=（1－do）×100do=材料原有的密度

密度测定:

先称出发泡体重为W1,再将发泡体与砝码连结,用极细铜丝吊挂于水或

酒精中,称重为W2最后称出砝码在液体中的重量为W3,则密度d可求出。

W1

d=W1－（W2－W3）×P此处P为液体的密度

c.挤出发泡:

发泡剂的分解特性,例如分解温度,分解速度,气体发生量等对挤出发泡的

均匀性有很大的影响。

发泡剂的分解温度视所用材料别,熔融度,发泡剂,添加量,及

发泡助剂不同而异,其气体发生量也因此等材料上的差别,以及挤出条件的不同而发生

变化。

挤出发泡最大的问题点在于如何使发泡剂的分解温度与材料的挤出温度密切配合,

才能得到良好发泡效果,故发泡剂与材料的选择便受到很大的限制。

大部分发泡剂的分解

生成都具有吸湿性,生成的气体亦常含水分,挤出线材料必须施行干燥。

d.挤出发泡的制造过程:

1）从挤出机加料斗供入发泡材料。

2）材料在螺缸受热,由螺杆的运转使其发生可塑化,且在混练中往前输送。

3）径眼模形成一定外径,挤出同时发泡。

4）挤出线在冷却水槽冷却固化。

e.挤出条件:

发泡线挤出的时候,其挤出条件受挤出机尺寸模具的选用,螺杆构造,螺杆回转

数,及发泡剂浓度等因素所影响。

很难得到通用的原则,重点在如何使材料迅速熔融,

并使分解气溶干材料中,直到出眼模口后才开始发泡,押条件例如:

压力,温度及

挤出时间等发生变化,则挤出成品特性亦发生很大变化。

在HDPE发泡挤出埸合,押

出压力造成的影响在适当的范围内,压力增加,则气泡直径减小,单位体积中所含

气泡数便增加。

即可得到细致而均匀的发泡。

压力过大,则造成挤出派动,使线径

不均一。

挤出温度纟指熔融材的实际温度,当温度不同时,挤出线的发泡特性亦起

变异。

应温度在一定的范围内,发泡特性才良好,高或低于此项范围都无法得到良好

品质的挤出线。

挤出时材料在螺缸的停留时间,称为挤出时间,对发泡特性也有很大

影响,材料在螺缸停留时间亦应保持在一定范围内,才能挤出良好特性的发泡线。

综

上所叙,可知发泡挤出作业实为一项需要相当高、技术水平的作业人员应从不断体会

中获得良好的经验。

精益求精,才能达到提高水平,高质量的境界。

在要求高性能埸

合,一定要设法使制造条件固定,此时必须注意下列各点,才能时变异减为最低。

1）选用质量均匀的材料。

2）材料供入定量化。

3）保持一定的挤出温度。

4）保持螺杆回转数不变。

5）维持一定温度的导体预热。

6）维持一定的线速。

f.外眼形状的影响:

挤出发泡用眼模,在设计时必须考虑外眼出口后的膨胀性,若以A表示材料发泡前

后的断面积比则:

Dcw2－Dw2

A=此处Dd=外眼孔径

Dd2－Dw2Dcw=完成外径

Dw=导体或芯线外径

外眼模DdDcw

Dw

一般薄层挤出的时候,膨胀比约等于2,厚层挤出则膨胀比约等于4,挤出发泡外眼孔

径,可利用前式变形求出如下:

Dd=Dcw2+（A－1）Dw2若A=2则Dd=Dcw2+Dw2

A2

完成外径,导体或芯线外径可预先决定。

g.厚发泡层的冷却:

发泡层的特性,受冷却条件的影响很大,气泡在外眼出口后才开始膨胀,为使完全发泡,应设相当距离的空冷段。

厚层挤出后急冷,则发泡度降低,挤出表面常起波浪,成为芯线变形原因之一。

发泡体本为隔热材料,芯线表面与内部温度相差很大,便会发生变形,故要实行分段冷却,第一段要用温水。

为了使挤出材料出眼模口后完全发泡,我们在温度设定应从机身第一段为低温至眼模高温（一段高于一段）外眼模一般不需设廊段。

为使导体与发泡层密着性良好,挤出时导体必须加于适当的预热,一般发泡线材达到发泡要求时颜色偏白,发泡度小或大偏黄。

我们通利用静电容量测试器测试发泡PE挤出线缆的连续测定,由是可知挤出线的厚度及发泡度,以决定挤出条件的适当与否。

3.1尼龙挤出:

尼龙容易吸湿,吸湿后虽然不影响其它化学性质,但在挤出时,便成为相当严重的问

题,故尼龙粒一般在良好干燥状态时,以金属容器密封包装。

若采用已吸湿的尼龙材料押出,则挤出层易生气泡及断裂现象,而无法进行作业。

尼龙挤出也可采用挤管或挤压两种形式,在挤管挤出为使密着性良好,必须进行真空抽吸,温度设定一般都在200℃以

上,导体要加以适当预热,第一段用温水冷却。

3.2PP材料:

PP与PE同样有良好的电气特性,其耐热性与而磨性则在PE之上。

广泛用于电线话缆绝

缘。

PP由于熔融粘度高柔软,在温度设定为200~280℃左右,温度条件与挤出机构造,线缆

构造及线速等都有关系,应在实际作业中作适当调整。

三.挤出问题点与对策:

A外观不良

1.表面粗糙:

挤出线缆常发生表面不平滑现象,此系受材料,设备,作业条件等许多因素影响所造

成。

a.表面性与材料选择:

PVC配方中滑剂略为不同,挤出性便有很大变化,其它添加剂不同,挤出性也不一样

甚至同一添加剂厂牌不同,挤出性也不同。

挤出表面性与材料组成的关系,仍多末能

明确了解,若末经实际挤出,亦多无法得到确实的结论。

因此,选择材料除实际作押

出比较,实别无良法可求。

b.混练不良引起的表面粗糙:

挤出温度过低或各段温度设定不当:

提高温度,调节好各段温度。

挤出压力太小,混练不充分:

采用细目过滤纲并增加枚数,使阻力加大,反压加强。

以

上两点可使混练性逐可改善。

c.引落过大引起的表面粗糙:

管型挤出:

材料出眼模口后一定要引落,引落比视材料别而不同,有些材料即使引落

很大,对外观也无影响,这种埸合可使用大引落比眼模。

但如发现引落过大而使挤出外

观发生不良,应换较小引落比眼模。

d.眼模形状不良外眼模孔径过大及眼模部剪切过激的影响:

外眼形状不良常引起表面粗糙现象,高速挤出埸合,如果眼模部剪切过激,亦容易发

生外观粗糙。

眼模设计能慎重考虑,使材料流路呈流线型,并将材料接触面壁面磨光或电镀成平滑

面,对挤出表面也有很大改善效果。

外眼模孔径过大:

熔融材料受到压力减小,成型线与外眼间隙增大,易造成外观粗

糙。

在熔融材料温度太低时,而挤出压力很高的埸合,在眼模部便起激烈的剪切作用,

结果造成外观粗糙,此时在材料可得充分混练程度下,温度宜作适切的调节。

适度调节

内外眼距,有时对挤出外观的粗糙现象亦有改善。

e.熔融破坏造成的粗糙:

所谓熔融破坏乃指挤出速度超过某一限度时,挤出表面所发生的不规则现象,主要由

于材料流入眼模孔的流速太高,在孔内无法形成平行流动,结果便引起表面粗糙现

象。

有些埸合因受到熔融体内部应力强弱的影响,于是引起周期性变动。

结果表面便呈

竹节状或螺旋状外观,眼模内部材料流路有死角存在,亦会引起熔融破坏现象。

f.材料吸湿引起的粗糙:

材料因存藏时间过长而受潮吸湿,在末有得到良好的干燥便作挤出,此时挤出表面也

会发生粗糙,外眼出口常有积渣现象,很容易刮伤线面,此种现象只要把材料进行干

燥即可。

2.表面的缺点:

a.挤出表面起股起节,凸凹不平:

在挤出作业中,有很多原因造成以上的问题,导体或芯线、绞合、成缆、编织、斜包。

不良情况时,内眼孔径大小,放线张力不稳定:

挤出量及引起机不稳定等及易出现表

面,不良现象,特别是导体绞合不圆整跳股,编织修线不良毛糙,作业时要极为重

视。

b.表面生瘤与异种胶粒的混入:

末充分熔融胶粒,热分解生成物及烧焦材料,常出现在挤出线表面,形成瘤状或块状

的突起。

材料在挤出机中充分混练,并在不发生热分解与烧焦条件下,进行挤出作业,

便可完全防止这项缺陷。

同一部挤出机挤出多种材料埸合,前后挤出材料常混杂一起,

结果也造瘤块状突起,因此我们做完每种材料换料应切底清除挤出机及其零件。

材料不

同,其流动性便不一致,熔融混练成度也不一样。

c.挤出表面的刮伤:

线缆挤出表面必须很平滑,如有刮伤便属不良,特别是导电层表面,有刮痕或突起颗

粒,在该部分便引起电界集中,成为绝缘破坏的主要原因。

故与绝缘层接触的导电层,

其表面必须维持在相当的平滑状态。

外眼损伤,以及附在外眼出口部的积渣,