建筑用尼龙护套电线的制造.docx
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建筑用尼龙护套电线的制造
建筑用尼龙护套电线的制造
鲁邦秀
（宝胜集团有限公司，江苏扬州225800）
摘要：
文章介绍了建筑用尼龙护套电线的特点、尼龙材料的成型特性，并结合实际生产，提出建筑用尼龙护套电线的结构设计、工装模具等制造工艺及有关试验。
关键词：
性能；特点；结构设计；工艺；试验
Manufacturingprocessofnylonsheathwireinbuilding
LUBang-xiu
（BAOSHENGGROUPCo.,LTD.,YangzhouJiangsu225800）
Abstract:
Thecharacteristicsofnylonsheathwireinbuildingandthemoldingspecialityofnylonmaterialarepresented,basingonpractice,themanufacturingprocesssuchasconfigurationdesignandprocessingfurnishmentanddieofnylonsheathwireinbuildingaredescribedindetail,sowithsomerelatedtests.
Keywords:
performance;characteristic;configurationdesign;process;test
1前言
随着我国改革开放的不断深入，建筑业得到了迅猛发展，广泛应用于建筑工程电气连接的低压电线，需求量也快速增长。
我国长期使用的建筑电线，均为普通的聚氯乙烯电线，这种传统结构的电线，因其绝缘料为普通聚氯乙烯而存在一些缺陷。
国内许多用户，自试用过尼龙护套电线后，便不再选用全PVC建筑电线了。
因而，建筑用尼龙护套电线的用量正逐年上升，该产品却因拥有尼龙挤出技术的厂家较少而走俏。
推广尼龙挤出技术对建筑用线的更新换代，显得尤为重要。
1.1传统结构的建筑用电线的缺点
（1）普通建筑用线的过载能力和短路热容量小，长期工作温度为70℃，不能耐受较高的环境温度；同时聚氯乙烯绝缘受热会收缩，影响电路工作的安全性。
（2）绝缘层机械强度相对较低，极易被鼠类咬破造成供电事故。
（3）当电线被敷设在有油污、油蒸汽的厨房或油库附近时，由于油和化学物质的存在，其绝缘层会溶胀，以致老化、龟裂，丧失机械物理性能而造成电线的报废。
（4）穿管敷设时易损伤绝缘层，造成供电事故隐患。
（5）当水份侵入电线时，使绝缘介质损耗增大，绝缘电阻下降，影响电线使用寿命。
由于普通全聚氯乙烯绝缘电线存在上述缺点，我国许多建筑设计单位已明确了采用。
尼龙护套电线替代全PVC电线的目标。
尼龙护套电线之所以成为建筑用线的新型换代产品，是其比传统建筑用线多一层尼龙护套，而该尼龙护套则弥补上述不足。
1.2尼龙护套的性能
（1）尼龙护套具有优异的机械性能，其抗张强度是聚氯乙烯的5.5倍以上，被誉为“柔软铠装”。
（2）耐热性好，连续使用温度可达121℃，且尼龙是两态材料，只有玻璃态和粘流态，没有高弹态，即使在150℃的高温下也看不出明显的变形现象。
（3）耐磨性能优良。
（4）化学稳定性好，能够耐油、耐碳氢化物等。
由于尼龙护套的上述优点，其作为新一代建筑用线的好处也是显而易见的，主要表现在工程施工和安全可靠性上。
1.3建筑用尼龙护套电线的特点
（1）因尼龙护套电线的外径减小，在同样内径的电线管中，可容纳的电线直径更大，根数更多。
（2）具有优良的自润滑性，使得管道穿线方便、工作效率高，并能有效防止电线穿管受损。
（3）尼龙电线的绝缘收缩率显著降低，可减少电线与其它电器连接处的导体裸露部分，提高线路工作的安全性。
尼龙护套电线在性能上完全符合JB/T10261和UL83标准的要求，与普通PVC电线的性能比较见表1。
表1尼龙护套电线与PVC的性能比较
比较
项目
型号
1.5～10mm2
性能比较
外径
重量
材料成本
耐热过载
热稳定性
耐磨
耐油
施工
BC
B
W
C
差
一般
一般
一般
良
BVN
0.89D
0.93W
0.98C
优
优
优
优
优
注：
D-电线成品外径，W-电线成品重量，C-电线材料成本。
注：
D-电线成品外径，W-电线成品重量，C-电线材料成本。
2建筑用尼龙护套电线的结构设计
为提高建筑用线的机械电气性能，实现建筑电线的耐磨、阻燃和耐油等性能要求。
必须对尼龙护套电线进行科学的材料选型和合理的结构设计，其设计应以满足JB/T10261和UL83的产品性能为基础。
2.1产品性能
（1）电性能：
导体直流电阻、耐压试验、绝缘电阻。
（2）机械性能：
绝缘老化前后机械性能、失重试验、成品电线抗开裂性能、变形性能、低温卷绕性能、低温冲击试验、耐磨性能。
（3）化学稳定性能：
耐油试验、单根垂直燃烧试验。
2.2根据电线性能，对电线各组成元件的设计要求
（1）导体应分别符合GB3956-1997中第一种实芯导体或第二种绞合导体，绞合圆铜导体应表面圆整，以提高绝缘的圆整度。
（2）绝缘层采用聚氯乙烯绝缘料，厚度的设计依据行业标准JB/T10261，规定标称厚度和最薄处厚度。
（3）尼龙护套是本产品的关键工序，尼龙护套厚度的设计执行行业标准（与UL83一致）规定。
尼龙护套电线的组成元件较少，结构相对简单。
即在铜导体外进行薄壁绝缘，并紧覆一层极薄的尼龙护套，使得电线外径趋小，重量减轻。
其主要结构如图1所示。
2.3实现尼龙护套结构的技术关键
按照上述结构，尼龙护套电线的工艺流程如下：
在以上工序中，导体的拉制、绞合、聚氯乙烯绝缘印字均为成熟工艺，容易满足要求，而尼龙护套挤出相对陌生。
采用尼龙护套结构，主要解决下列技术关键：
（1）尽管减薄了绝缘厚度，小规格电线的绝缘厚度仅是全PVC电线的一半，但仍要提高电线的电气性能；
（2）尼龙护套的最小厚度为0.10mm，实现超薄护套的挤出，需要配置相关的工艺工装；（3）对于软结构导体，厚度减薄后的绝缘线芯表面会有绞线的绞痕，将影响尼龙护套与绝缘层的结合，需根据挤塑机机头特点，专门设计无偏芯挤压式模具。
（4）为确保挤包密实，在绝缘和护套的挤出过程中，均采用抽真空挤出。
3尼龙护套的挤出工艺
3.1尼龙材料的主要性能
尼龙是含有酰胺基（-CO-NH-）的线型热塑性树脂，其分子间的作用力较大，且能形成氢键、易结晶，因而具有许多普通塑料无以相比的特性。
在物理机械性能上，总的说来，尼龙比较柔韧、耐磨、机械强度高，表面呈透明或半透明状态，其主要性能指标见表2。
序号
性能项目
单位
性能指标
1
比重
g/cm3
1.13
2
熔点
℃
220
3
抗张强度-40℃
23℃
121℃
Mpa
≥143
≥79
≥20
4
断裂伸长率-40℃
23℃
%
≥6
≥200
5
水份含量24h
50%相对湿度
饱和
%
≤1.6
≤2.7
≤9.5
由于尼龙材料具有不同与普通塑料的特性，因而在挤出成型时，会表现出独特的工艺要求。
3.2尼龙护套的制造工艺
3.2.1材料干燥与线芯预热
尼龙料易吸湿，且热稳定性差，在高温时易氧化。
为防止原料从空气中吸收水份，保证连续稳定的产品质量，一般采用真空干燥吸料机输送尼龙料，是否进行干燥以尼龙料的吸湿程度为准，其中尼龙6的含水量高于0.3%时需干燥。
通常新购的封装尼龙材料不需要进行干燥，直接吸入料斗进行挤出。
但应注意，拆封的尼龙料不能在空气中暴露太久，尼龙6通常不超过45分钟。
另外，为确保尼龙护套与线芯绝缘层的挤包密实，防止护套弯曲时起皱，线芯在挤尼龙护套时应进行在线预热，预热温度可控制在60～90℃。
3.2.2模具选配
尼龙的熔点较高，熔体流动性好，有利于高强度的薄壁护套成型，但必须采用特制模具。
在模具选配中，为适应尼龙护套的薄壁挤出，必须严格执行模芯、模套的配合要求，其参考尺寸如图2所示。
在实际生产中，还应保持模芯与分流器的紧密配合，否则会有存胶从螺纹缝隙中漏出。
尼龙挤出模具的孔径尺寸主要依据电线的直径和尼龙厚度确定，配模尺寸的具体计算可参照公式
（1）和
（2）。
d=d1+（1～2）
（1）
D=d+2t+3e+2
（2）
式中
d模芯内径（mm）
d1绝缘外径（mm）
D模套内径（mm）
t模芯壁厚（mm）
e尼龙护套厚度（mm）
模具的表面光洁度对尼龙护套的挤出非常重要，尤其是模芯和模套配合区，任何缺陷都会造成尼龙护套的凹陷或划痕。
因此，每次模具的使用前、后，都应进行表面光洁度检查。
此外，在模具更换过程时，应对机头的内腔和相关部件进行清洁，去掉附着在上面的存胶、杂质和焦粒。
3.2.3挤出螺杆
虽然目前采用普通螺杆也能挤制尼龙护套，但并不是所有螺杆都能保证尼龙塑化均匀和达到最佳工作状态的。
由于尼龙是结晶型聚合物，最合适的螺杆是突变形的，该螺杆的主要参数如下：
螺杆直径60mm以下；长径比在20:
1～25:
1之间；压缩比范围为3.5:
1～4:
1。
尼龙在熔化时为粘流态，故应选用机筒和螺杆间隙较小的挤出机，其间隙在0.15mm左右。
3.2.4温度控制
尼龙的挤出温度控制要求较高，机身加热区均要防止尼龙料温度过高或过低。
温度过高，出料会变黄、变稀，无法拉伸，温度过低会过早结晶，造成出料困难，其挤出温度还受出线速度和挤出量的影响，熔融状态的尼龙，热稳定性较差，易发生降解而使护套性能下降，故不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长，表3是挤出机的典型控制温度。
表3尼龙6的控制温度
加热温度
一区
二区
三区
四区
五区
六区
温度偏差
温度℃
180
200
200
215
220
250
±2
注：
应根据气温、出线速度、尼龙出胶量的大小适当调整。
注：
应根据气温、出线速度、尼龙出胶量的大小适当调整。
另外，要注意挤出机机颈的温度，这个区域中装有筛板、筛网，具有较大的散热面积，如果这个区域的温度低于尼龙的熔点时，会引起局部尼龙的固化，而限制出胶量，甚至在机头中产生凝胶，导致护套表面有结块或小颗粒产生。
所以，挤出前应测量机颈温度，使之等于尼龙料的熔点，并使模芯的温度不低于结晶温度181℃。
3.2.5尼龙挤出
尼龙是一种经过热稳定和润滑处理的通用型挤塑级、具有中等粘度的结晶性均匀颗粒状树脂。
在挤出机中，尼龙通常不发生塑料的渐变软化过程，在熔化温度直接由玻璃态转为粘流态，为确保尼龙挤出均匀，必须在机筒内建立稳定的熔融压力。
完成该功能的部件，除了挤出模具和分流器外，还有处于机颈与机头连接处的筛板和筛网。
筛板和筛网不仅使尼龙物流在螺杆中的旋转运动变为直线运动，而且还滤掉微粒、杂质。
通常筛网选择要求为：
20目+80目+20目，共三层。
影响尼龙挤出的另一方面是绝缘线芯的表面质量，不论是绞合导线，还是单根铜线，绝缘均应采用半挤压式挤出方式。
这样，使得PVC绝缘表面圆整，从而提高尼龙与绝缘层的结合程度，形成较好的尼龙护套接触界面。
为使护套挤包紧密，降低尼龙在挤出过程中受到的拉伸应力，提高成品的机械性能，尼龙护套均采用真空挤管挤出，抽真空的压力以不使尼龙倒料为准。
为确保正常的生产，达到稳定的产品质量，在线检测与控制也是十分重要的手段。
如：
熔融压力、熔融温度、护套外径、主机电流、螺杆转速等显示和控制。
3.2.6成型冷却
尼龙成型时收缩率大、方向性明显，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，因此应严格控制成型工艺条件。
尼龙6的熔点为215℃，在熔点温度时是无定形的，没有晶状成份。
但随着温度的降低，尼龙晶体将逐渐形成，晶体形成的起始温度为185℃，中止温度为71℃。
在生产中，挤出的尼龙在空气或冷却水中形成晶体，其结晶体的大小取决于冷却温度和冷却时间，冷却充分才能增加尼龙护套的收缩率，使之包覆紧密，增加耐磨特性。
尼龙挤出成型冷却分空气自然冷却、温水冷却、冷水冷却三部分，其中空气冷却长度为半米左右；热水冷却温度为43～60℃，水槽长度约1～3.5米。
这种分步逐级冷却，可防止尼龙受骤冷而脆性增加。
在冷却成型中，还应防止受到机械损伤，冷却后的尼龙护套，表面应光滑圆整。
3.2.7注意事项
在制造过程中，我们还应注意做好以下工作：
1、材料的防潮、防尘；
2、开机前模具同心度的准确调节；
3、温度达到设定值时，保温时间应在15分种内；
4、每次停车应注意模具的维护与清洁；
5、抽真空时模芯温度应大于181℃；
6、尼龙挤出的拉伸比为8:
1～14:
1，拉伸长度应大于6.35mm；
7、冷却时电线应全浸在水中。
4尼龙护套电线的试验
在尼龙护套电线行业标准中，其成品试验仅对聚氯乙烯绝缘层作了试验要求，而未对尼龙护套作试验要求，我公司99年企业标准中则对尼龙护套作出了例行试验要求，为进一步了解尼龙护套的性能，现将其部分试验内容及试验结果例举于表4。
表4尼龙护套的部分试验内容及结果
序号
试验项目
试验条件
试验方法
试验结果
1
变形性能[1]
处理温度：
121±1℃；
预热时间：
1h；
压脚直径：
6.4mm
施加压力：
500N，
负荷时间：
1h
结果要求：
绝缘护套的总厚度减少：
单芯导体≤25%
绞合导体≤30%
UL1581-1996中560
绞合导体：
总厚度减少17%
2
阻燃性能
单根垂直燃烧试验
结果要求：
未烧焦距离≥50mm
GB/T12666.2-1990
未烧焦距离390mm
序号
试验项目
试验条件
试验方法
试验结果
3
耐磨性能
试验条件：
23±8℃；
未经任何温湿处理；
磨擦次数：
800次数。
结果要求：
电线不露铜
UL1581-1996中1510
电线不露铜
4
浸油试验
试验条件：
油的温度：
100±1℃；
浸油时间：
96h
结果要求：
抗张强度和断裂伸长率最大变化率均≤50%
GB/T2951.5-1997中10
最大变化率17%
[1]注：
试样为25mm长的成品线芯，先将烘箱预热到指定温度，再将指定重量的砝码、静重千分表（读数精度≥0.01mm，有测砧和压脚）和试样置于烘箱预热1小时，然后将试样置于烘箱内的静重千分表的测砧上，将加了砝码的压脚轻压在试样上，保持1小时后，从千分表的刻度盘读出试样的外径，减去导体的直径再除以2，即得绝缘护套变形后的总厚度。
总厚度减少为变形前后的总厚度差与变形前总厚度的百分比。
5结束语
建筑用尼龙护套电线作为一种性能可靠的建筑用线，正以其独特的优点，逐步为广大布线用户所接纳，其对普通建筑用线的替代，将极大地提高我国建筑布线的安全性、可靠性和适用性。
由于尼龙材料有着诸多特性，掌握其挤出工艺后，可进一步拓宽产品范围：
（1）利用尼龙材料的耐热性，配以不同温度等级的绝缘材料，得到相应的导体额定工作温度将有所提高，具体提高多少温度，国内外相关机构仍在研究和试验之中。
（2）通过合理的尼龙选型和材料配方，可以制造新型建筑用线，如根据其化学稳定性制造防水型、阻燃型、耐化学溶剂型产品；根据其高机械强度制造防白蚁、防鼠型特种建筑电线。
参考文献
[1]唐崇健等建筑用尼龙护套电线《供用电》2001年第3期第37页
[2]吴曾权等JB/T10261-2001《额定电压450V及以下聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线》
[3]陈善德尼龙护套线、硅烷交联电缆、第五类电缆的工艺设备技术特点及发展《采用新材料、发展新品种改进工艺设备研讨会》2001年12月
[4]《固定布线用聚氯乙烯绝缘与尼龙护套电线的比较试验单论其适用性》上海电缆研究所开发中心1999年专题报告
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