塑力缆基础知识培训.docx
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塑力缆基础知识培训
塑料性能
塑料是总称，高分子全成材料中凡性能上具有可塑性变化的材料统称为塑料。
塑料分类：
热塑性塑料；热固性塑料
电线电缆常用的塑料有：
聚乙烯、聚氯乙烯、交联聚乙烯、氟塑料、尼龙及聚丙烯等。
交联聚乙烯以分化学交联、硅烷交联、辐照交联
塑料的组成：
一、合成树脂（基料）：
聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯（PP）
二、配合剂：
为了满足加工、贮存和使用要求合成树脂一般都添加各种配合剂。
聚氯乙烯：
为抑制聚氯乙烯受热分解和变色需加稳定剂；为改善树脂柔软性和耐寒性需加增塑剂。
在普通塑料配方中需要生产时防止无机添加剂的分解。
例如：
AL（OH）3阻燃剂，因受热失水温度仅为210-320度，因此对加工温度超过200度的树脂，不宜加入AL（OH）3作为阻燃剂，否则失水过多影响阻燃效果。
聚乙烯、聚丙烯易氧化，需加抗氧剂。
配合剂种类：
防老剂（抗氧剂、稳定剂）、增塑剂、交联剂、润滑剂、填充剂、着色剂、驱避剂、阻燃剂。
配方举例：
以碳酸钙填充的通用电缆料为例
绝缘级
护套级
PVC树脂（K值68）
100．0
100．0
碱式碳酸铅
7．0
5．0
二碱式硬脂酸铅（稳定剂、润滑剂）
0．5-1．0
硬脂酸钙（稳定剂）
1．3
邻苯二甲酸二异辛酯（增塑剂）
30．0
52．0
氯化石蜡（增塑剂）
30．0
32．0
碳酸钙（添加剂）
70．0
40．0
配方说明：
1、由于绝缘料和护套料技术要求不同，配方中增塑剂和填充剂用量不同‘
2、碳酸钙用量是在不影响制品质量前提下增大的，碳酸钙用量太多会使强度和伸长率降低，脆化温度增高
3、碱式碳酸铅由于价格低，仍用于较低等级的电线，二碱式硬脂酸铅和硬脂酸钙既是辅助稳定剂也是润滑剂。
在填充剂含量较高的电缆中，如外润滑剂不足，在电线包覆时往往会出现挤出物表面粗糙。
此时可添加适当外润滑剂如聚乙烯石蜡、高熔点石蜡。
挤出机
一、机头
设计要点：
1、机头腔要是流线型，不能急剧缩小，不能有死角、滞留区‘
2、足够的压缩比，消除结合缝
3、正确的断面形状
4、结构紧凑，便于拆装，传热均匀，不漏料
5、选材合理，耐腐蚀、耐摩擦、硬度高
机头的作用：
1、使挤出物料由螺旋运动变为直线运动
2、使其成型产生压力，保证制品密度
3、使物料进一步塑化
4、使物料成为所需的断面形状
机头分类：
1、按熔料流经方向分：
直通机头、直角机头、螺旋式机头
2、按压力大小分：
低压机头（料流压力小于4M帕）、中压机头（料流压力4-10M帕）、高压机头（料流压力大于10M帕）
3、按用途分：
挤管材、挤电缆
二、挤出生产中塑料的物理变化（结晶、取向、纤维的成纤原理）
1、挤出过程中的结晶：
结晶型塑料材料在挤出成型过程中必然出现结晶现象。
结晶特点：
结晶速度较慢，结晶具有不完全性和结晶型高分子材料没有清晰的熔点
1、塑料材料的结晶能力
结晶能力：
指可否结晶、结晶的难易程度和可达到的最大结晶度
影响结晶能力的因素：
分子链的对称性：
对称性好的分子链容易结晶，如聚乙烯
分子链的规整性：
等规度越高的塑料材料结晶能力越强
共聚结构：
普通共聚全既要破坏链的对称性，又要破坏链的规整性，一般来说，共聚物的结晶能力比均聚物要差
分子链柔性和分子间相互作用：
一般来说，柔性好的高分子材料结晶能力强，正由于分间相互作用强，一旦结晶，则结晶结构比较稳定。
高分子材料的使用对结晶能力的影响：
一般说，再生料比新料的结晶度要低，并且再生的次数越多，则结晶度越低
2、塑料材料球晶的形成与结晶速度
塑料材料结晶速度与温度的关系图
在均相成核的条件下，当温度很高时（T＞Tm），分子热运动的自由能显著地大于聚能，难以形成有序结构，不能结晶；当温度很低时（T＜Tg），分子链的双重运动处于冻结状态，不能发生分子链重排运动，因而也不能形成结晶结构。
塑料结晶过程只能在Tg＜T＜Tm温度围发生。
Tg--Tm区间温度对这两个过程有不同影响：
接近Tm，晶核不稳定，成核数量少，时间长速度慢；降温则自由度降低，成核数量和成核速度均增加，所以成核速度最大时温度偏向Tg一侧。
意义：
对某一塑料材料，如果制品需要较高的结晶度，则在成型过程中冷却时要在Tmax附近保温一段时间（如聚乙烯）；如制品结晶要求尽可能地低，则冷却时必须很快冷却速度偏离Tmax
3、结晶参数（一次结晶、二次结晶、后结晶退火处理）
二次结晶和后结晶会使制品性能及尺寸在使用和贮存过程中发生变化，影响制品正常使用。
因此，常在Tg--Tm温度围对制品进行热处理（即退火处理），以加速高分子链的二次结晶或后结晶过程。
退火：
将试样加热到熔点以下某一温度（热变形度以下10-20度），使制品尺寸和形状稳定性得到提高，应力降低。
另一种热处理：
淬火
淬火：
指熔融状态或半熔融结晶性聚合物在该温度下保持一段时间后，快速冷却是使其来及及结晶，以改善制品韧性
三、挤出生产中塑料的化学变化
1、挤出生产的降解反应（热降解、氧化降解、水降解、力降解）
降解：
由气候、热等作用引起的塑料分子链断裂或化学结构发生有害变化。
热降解：
聚乙烯分子链两侧几乎全部是C-H，不易降解
聚氯乙烯分子链两侧具有弱键结构，易降解。
2、热塑性塑料交联反应
四、挤出机分类：
单螺杆挤出机、双螺杆挤出机
单螺杆挤出机由四部份组成：
挤出系统（塑化系统）、传动系统、加热系统/冷却系统和控制系统。
挤出系统：
由螺杆和料筒组成
传动系统：
由电机、调整和传动装置组成
加热/冷却系统：
由加热器和冷却装置构成
控制系统由电气控制组成
螺杆：
指装在挤出机料筒可以转动且带有螺槽的金属杆。
（不可能有万能杆）
螺杆直径D：
指螺纹的外径
长径比：
螺杆的有效长度与直径的比（随塑料工业发展，长径比有增大的趋势）
长径比较大的螺杆能改善塑料的温度分布，有利于塑料的混合与塑化，并减少漏流与逆流，提高挤出机生产能力。
但是，长径比大使塑料受热时间长而降解，并易引起料筒和螺杆之间的磨擦。
螺杆的分区：
加热段（加料段）：
（L1）作用是压实塑料并输送固体塑料。
长度为（2-10）D
压缩段（熔融段）：
（L2）作用是熔化固体塑料长度为有效长度的25%-50%
计量段（均压段）：
（L3）作用使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压地从机头流道均匀挤出
长度为（4-7）D。
已熔化的塑料在熔体区的螺槽中，由复杂的流动状态分解成四种流动状态：
正流、横流、逆流、漏流
压缩比：
压缩段开始处一个螺距螺槽的容积与计量段一处一个螺距螺槽的容积之比。
不同塑料适应不同几何压缩比
不同塑料要求螺杆有不同的压缩比
压缩比
长径比
PVC（粒）
2.5（2-3）
PVC（粒）
16-20
软PVC
3.2-3.5
PE
3-4
XLPE
18-20
PP
3.7（2.5-4）
PP
18-20
影响挤出时的主要原因：
一、挤出量随机头压力增加的影响
1、挤出量随机头压力的增加而直线下降
2、对螺槽深而螺杆短的螺杆，随机头压力增加下降，但对浅螺槽的计量段挤出量几乎不随机头压力而变化
3、当模口温度高时，随机头压力的增加，挤出量的增大，要大于口模温度低时。
4、螺杆温度高时，挤出量随机头压力增大而下降的幅度要大于螺杆温度低时
5、口模阻力高时（小口模），挤出时随机头压力的增加而增大的比例大于口模阻力小（大口模）时
6、螺杆转速高时，挤出量高，但挤出量随机头压力的增加而减少是成比例的
7、螺杆长径越大，挤出量随机头压力增加而减少的幅度越小
8、未冷却的螺杆，其挤出量随机头压力增加而下降的幅度远大于冷却的螺杆
9、螺杆与料筒的间隙越大，挤出量随机头压力增加而下降的幅度越大。
二、螺杆转速对挤出量的影响
1、随螺杆转速的提高，挤出量增大的幅度与物料有关；
2、熔融黏度低的塑料的挤出量随螺杆转速提高而增大，而增加的比例要大于熔融黏度高的塑料
3、熔融温度高时，挤出量随螺杆转螺杆转速提高而增大，但熔融温度低时，其增加极微小
4、未冷却螺杆的挤出量随螺杆转速增加而增大的比例稍大于冷却螺杆
5、口模阻力低，挤出量随螺杆转速增加而增大，但口模阻力主时，其增大比例很小。
挤出工艺
挤出过程中塑料将要经过三个阶段：
1、塑化阶段：
在机筒完成
2、成型阶段：
在机头进行，经过机头模具，使粘流体成型为所需各种尺寸及形状
3、定型阶段：
冷却水槽
电线电缆生产中使用模具主要形式：
挤压式、挤管式、半挤压式
挤压式模具：
靠压力实现产品最后定型的，采用挤压式模具，具有塑胶层质量和挤出产量，其较挤管式产量要低。
因此，除有密实要求和挤出塑料拉伸比过小者外，多采用挤管式或半挤管式。
挤管式优点：
1、充分利用塑料可拉伸特性，出线速度快；
2、其径向厚度均匀性只由模套同心决定，而不会因线芯任何形式的弯曲而偏芯；
3、防止模芯磨擦，提高模具寿命；
4、模具通用性较大
挤管式缺点：
塑胶层致密性与线芯结合紧密性差
克服办法：
增加拉伸比和采用抽真空
半挤管式：
在护套及要求严密的外护套中也有应用。
拉伸比：
塑胶模口园坯面积S1与包覆电缆的园环面积S2之比
挤出温度
加料段
熔融段
均压段
机脖
机头
模口
聚氯乙烯
150
160
180
180
170
170-180
聚乙烯
140
170
220
215
185
170
硅烷交联
140-165
170-180
180-190
200-220
220-240
加料段采用低温：
这段任务是产生足够推力，温度高为打滑，造成压力波动，并且因过早熔融而塑化不匀；
熔融段：
温度提高保证塑化
均压段：
进一步塑化
机脖：
温度稍低；
机头：
塑料在此有固定的表层与机头壁长期接触，温度高易烧焦，
模口：
温度高表面光亮，但定型困难。
交联聚乙烯绝缘工艺
交联聚乙烯与普通聚乙烯相比，它具有卓越的电绝缘性能和机械性能，突出的耐磨性优良的耐应力开裂性，耐蠕变性，耐高低温、耐老化、耐老化、耐化学药品和其它综合性能。
一、硅烷交联
化学步骤：
形成自由基----乙烯基硅烷接枝到聚乙烯上------在水存在下接枝聚合物交联
硅烷交联聚乙烯在挤出机停留100---400秒，完成的步骤：
1、被从25度加热到200-240度；
2、被温炼为均相熔体
3、被接枝
4、被挤出为绝缘材料
挤出机温度分布：
温度设定不合适
区段
温度设置
目的
太高
太低
对绝缘的影响
加料段
140-165
熔人粒料
剪切过度
喂料失常
处径波动
压缩段
170-180
完成熔化和引发反应
剪切过度交联不足
预交联
表面粗糙
计量段
180-195
混合、均化和接枝
交联不足
预交联
表面呈桔皮状
机颈
200-220
完成接枝降低粘度
交联不足熔体破裂
焦烧
表面粗糙
口模
220-240
完成接枝降低粘度
熔体破裂
焦烧和变稀
表面粗糙、
包覆不匀
长径比在22/1到24/1效果最佳；拉伸比2。
0：
1左右
最好采用分步冷却，分步冷却使聚合物分子有时间松驰从而消除应力
二、过氧化物交联
由于交联剂过氧化物二异丙苯（DCP）在120度时开始反应，所以加生产过程中温度严格控制在120度以
交联过程是在高温高压的硫化管完成
配模
挤压式：
模芯：
d+（0.05—0.15）mm----------------单线线芯
d+（0.1—0.25）mm-----------------绞合线芯
模套：
d+2B+（0.05—0.15）mm（d+2B-（0.05—0.10）mm
d---线芯直径；B----绝缘厚度
挤管式：
模芯：
绝缘---d+（0.5—2）mm
护套---d+（3—6）mm
模套：
绝缘---d+2A+2B+（0.5—1）mm
护套---d+2A+2B+（2—5）mm
d---线芯直径；B----绝缘厚度；A---模芯壁厚
模具设计
常见问题及排除方法
一、硅烷交联
问题
问题描述
对电缆的影响
解决方法
熔体破裂
连续出现绝缘表面粗糙（呈桔皮状）绝缘层质地良好
表面光洁度差，粗糙
1、适当降低机身各区段温度；
2、降低螺杆转速；
3、适当提高模口温度
预交联（接枝过充分）
表面光滑但出现小颗粒
（严重为硬块状）
表面光洁度不可拉受
1、降低压缩段和计量段温度；
2、减少滤网数、或更换减少滤网目数；
3、适当提高螺杆转速；
4、采用等距不等深普通螺杆
交联度不足（接枝不充分）
绝缘表面光滑绝缘仍为热塑性
热延伸试验不合格
1、提高压缩段和计量段湿度；
2、增加滤网数或增大滤网目数
3、适当降低螺杆转速
绝缘与导体粘附较差
绝缘层与导体呈脱节现象
影响粘合效果
1、合理配置模具，模具不易偏大；
2、采用挤压式挤出；
3、若用挤管式，应采用真空
4、适当提高牵引速度
凹点
表面光滑但出现凹点
表面光滑不可接受
1、降低计量段温度
2、避免水槽中水泡粘附在绝缘表面
模口流涎
口模壁有焦烧物料积累
影响绝缘表面光亮度
或绝缘表面呈凹凸状
1、改进模口光洁度
2、适当降低模口温度
气孔
绝缘层断面有微气孔
绝缘质量不可接受
1、降低计量度、机头温度
2、生产前应彻底干燥碳黑或色母料
脱胶
绝缘破洞脱胶
表面质量不可接受
1、提高计量段、口模温度
2、合理配置模具
3、适当降低牵引速度
二、过氧化物交联
序号
废品种类
废品产生原因
消除方法
1
热延伸不合格
硫化工艺不当，如气压过低，线速过快，水位过高。
首先查清原因，针对原因解决。
2
绝缘厚度不合格
线速度快，挤出机出胶量小模具选配不当。
降低线速度或挤出升速，调整模具尺寸。
3
偏芯
模具没有调整正或者是模具调好后悬度控制发生变化。
调正模具或者开车过程中尽量将悬垂角控制稳定。
4
竹节
电器、机械系统的原因造成牵引不稳定，模太小或者圆导体外径不均匀。
检查电气、机械系统，排除帮障，适当调整模芯的大小，控制绞线外径尽量均匀，超过工艺规定的绞线不能使用。
5
表面划伤
电缆在硫化管中碰上、下壁或异物模套外边缘有焦烧物。
调好垂度，尽量使线在交联管中部移动，如了现异物，及时消除。
起车时将模套温度控制好，防止过热。
发现焦烧，应停车处理。
6
杂质
绝缘料和半导电料中的杂质多数是在混料时和挤出机加料过程中带入的。
操作者应严格注意料的杂质，防止外界杂质混入。
三、聚氯乙烯
序号
废品种类
产生原因
消除方法
1
塑化不足、表面粗糙无光、有颗粒隐现
温度过低、原材料质量差
提高温度、提高转速、增大挤出压力、更换护套料
2
塑料分解、烧焦、表面发毛、模套口有瓦色胶料积留
温度过高
降低温度、降低转速、降低挤出压力、必要时停车排胶
3
气孔
料受潮
烘料或换料
4
偏心
模具对中性差、机头有胶
更换模具、排除机头存胶
5
竹节形
螺杆转速不稳、牵引速度不均匀、模芯模套间隙太大
消除传动系统机械故障、调整放、收线架力，重新配模
6
缺胶
塑化不足、供料不足、老胶结块、胶线速度配合不当、上工序产品表面不平整、设备卡死部位配模不当
提高温度、保证供料、排除老胶、保证不开快车、保证上工序不散带、不缺无纺布带、保证电缆在生产线上通畅无阻、正确配模
7
偏薄
胶线速度配合不当、滤胶板老胶严重堵塞、机颈处漏胶严重、配模不当、模芯模套间隙太小、挤出压力太大
调整胶线速度、不开快车、挖机头重新上滤胶板、滤胶板偏小重新更换、重新配模、调整挤出压力
外径的测量
千分尺、卡尺、纸带法
试车的程序
1、新挤出机
2、无温度显示组装的挤出机
材料用量的计算
W=（∏（D+t）t+Q）*ρ
束线线芯绝缘嵌入面积
中心单线根数
Q（mm2）
常数C值
奇数层
偶数层
1
Q=d2（0.256n2+0.187n-C）
0.46
0.185
2
Q=d2（0.456n2+0.84n-C）
0.188
0.188
3
Q=d2（0.449n2+0.23n-C）
0.059
0.059
4
Q=d2（0.25n2+0.772n-C）
0.0639
0.265
5
Q=d2（0.544n2+0.198n-C）
0.256
0.256
d-单线直径n-线芯根数（外层）C—常数
国家标准理解
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