线材加工工艺.doc

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塑料和导体
塑料电现电缆要适应各种不同需要, 就应具有广泛的优异而稳定的使用性能。塑料电线电缆的使用性能和寿命, 决定于产品结构的先进性、 塑料选用的合理性以及工艺的完善性。从塑料电现电缆技术的发展来看, 合理而正确的使用材料是关键的因素。为了制造性能优异而稳定的塑料电线电缆, 在导电线芯和半成品缆芯满足规定的技术要求的前提下, 主要是对绝缘和护套用塑料提出了较高的要求。绝缘塑料的基本要求是具有优异的电绝缘性能, 同时根据产品用途和使用条件分别提出对机械性能、 耐高温性、 物理－化学性能及工艺性能的要求。对护套塑料的基本要求是耐受各种环境因素作用的老化性能, 在满足这个条件下分别提出一些特殊要求和辅助要求。
第一节 塑料
塑料是高分子合成材料中凡是性能上具有可塑性变化的材料的总称。塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类, 电线电缆制造中所用的塑料都是热塑性塑料。电线电缆常见的热塑性塑料有聚氯乙烯、 聚乙烯、 交联聚乙烯、 泡沫聚乙烯、 氟塑料、 聚酰胺、 聚丙烯和聚酯塑料等。
塑料是以合成树脂为基本成份, 再添加各种配合剂, 经捏合、 切粒等工艺而塑制成一定形状的材料。为了满足加工、 贮存和使用的要求, 合成树脂内一般都要添加各种配合剂, 根据添加配合剂所起的作用不同, 塑料的添加剂大致有以下几种: 防老剂( 它包括抗氧剂、 稳定剂、 紫外线吸收剂、 光屏蔽剂等, 这几种材料在塑料中所起的作用不同但又相互联系, 同一种材料可起几种作用, 因此统称为防老剂。) ; 增塑剂; 交联剂; 润滑剂; 填充剂; 着色剂; 发泡剂; 防霉剂; 驱避剂; 阻燃剂; 耐电压稳定剂; 抑烟剂等。各种塑料既具有塑料共有的特性, 又具有各不相同的各自独具的某些特性。各种塑料共有的特性有: 比重小、 机械性能较高、 电绝缘性能优异而且化学稳定性好、 耐水、 耐油、 加工成型方便, 原料来源丰富。为了适应日益增长的电线电缆技术发展的需要, 塑料将不断改进配方和性能, 提高其耐热性和电压等级, 提高材料的耐寒、 耐大气老化性能、 耐火阻燃性能, 延长电线电缆使用寿命, 同时, 还将不断开发新型塑料并合理用于电线电缆上。
一、 塑料基本性能的含义
1. 体积电阻系数
塑料在电场的作用下有泄漏电流经过, 泄漏电流经过塑料时的阻力称为体积电阻。电流经过每1cm3塑料的电阻即为体积电阻系数ρv, 单位为欧姆米, 单位符号为Ω.m。体积电阻系数越高, 绝缘性能越好。
2. 击穿场强
当塑料上施加的电压达到某一极限时, 塑料丧失绝缘性能被击穿, 击穿瞬间所施加的电压值称为塑料的击穿电压, 击穿电压与塑料厚度之比称为击穿场强E单位符号为kV/mm。
3. 介电常数
它是表示塑料极性大小的指标。介电常数ε越小, 塑料在电场作用下的极化强度越小, 其介质损耗也越小。
4. 介质损耗角正切
在交变电场作用下, 塑料中所消耗的级量称为介质损耗。它常以介质损耗角的正切值tgδ来表示。介质损耗角正切tgδ越小, 说明介质损耗也越小, 塑料的电绝缘性能越好。在高频、 高压下使用时, 要求塑料的tgδ值不大于千分之几或万分之几; 低压和一般的绝缘时, 塑料的tgδ值则不大于百分之几。
5. 耐电晕性
在高电压情况下, 由于绝缘表面放电而引起电晕, 当其袭击绝缘体时, 因离子撞击、 电子袭击、 臭氧袭击和局部热的作用, 导致高聚物裂解, 使其电绝缘性能和物理机械性能产生恶化。塑料抵抗电晕作用而保持其使用性能的能力, 称为耐电晕性。
6. 抗拉强度和延伸率
在材料拉力试验机上对塑料试样施加静态拉伸载荷并以一定速度拉伸直至试样断裂。此时试样单位截面上所承受的拉力称为该塑料的抗拉强度。试样拉断时长度增加的百分比称为该塑料的延伸率。
7. 密度
在一定温度下( 一般指20oC) , 单位体积塑料试样的质量, 称为塑料的密度。
8. 耐热变形性
塑料在受热条件下, 仍能保持良好的物理机械性能的最高温度, 即为该塑料的耐热变形性能。一般以塑料在等速升温时, 在一定负荷下使其变形达到规定值时的温度来表示。
9. 熔融指数
在一定温度荷压力下, 熔融树脂在10分钟内从一定孔穴中被压出的克数, 称为熔融指数, 以MI表示, 单位为g/min。
10. 耐寒性
在低温下, 塑料仍能保持一定的物理机械性能的能力, 称为塑料的耐寒性。它常见以下的耐寒温度来表示。
（1） 低温脆化温度: 即为塑料在低温下, 受特定的冲击负荷时, 50％的试样出现损坏时的温度。
（2） 低温对折温度: 即为塑料试样在弯折180o时出现将要破裂而未破裂时的温度。
（3） 低温冲击压缩温度: 即为塑料试样在低温下, 以一定能量和速度的冲锤对其进行冲击压缩, 使之破裂率达50％时的温度。
11. 耐燃性能
耐燃性能是指塑料抵抗火焰燃烧的能力。一般塑料接触火焰后均会燃烧, 移去火焰后, 延燃情况随塑料品种不同而不同, 因此耐燃性能亦有差别。
12. 耐热老化性能
塑料在加工和使用过程中, 由于变热导致塑料性能变劣, 这种现象称为热老化。塑料抵抗热老化的能力称为耐热老化性。
采用在高温下, 进行加速热老化试验, 测定塑料性能( 机械性能或电气性能) 在老化后的保留率, 来衡量塑料的耐热老化性。
13. 耐气候性
塑料在大气条件下使用, 受日晒、 雨淋、 风吹、 大气污染等严酷的自然条件作用, 塑料性能变劣称为大气老化。塑料抵抗大气老化的能力称塑料的耐气候性。
14. 耐油性能及耐溶剂性能
塑料与矿物油或各类溶剂接触时, 抵御油或溶剂的能力称为塑料的耐油性能或耐溶剂性能。可用试样浸入油或溶剂中, 在一定温度下经一定时间后, 测定其吸油或溶剂的吸收率、 体积变化率或抗拉强度、 延伸率的保留率来衡量。
15. 耐水性及耐湿性
塑料在浸水或潮湿条件下, 抵御水或潮湿气体渗入的能力, 称为塑料的耐水性或耐湿性。塑料吸水或吸湿后, 会引起绝缘电阻、 击穿场强下降, 介质损耗增大, 且使塑料的外观、 重量、 机械性能等都有变化。因此要求塑料应具有良好的耐水性和耐湿性。对于电线电缆用塑料, 主要考虑的是, 在浸水或吸湿后, 应保证塑料的电绝缘性能符合使用要求。
塑料的吸水量, 可用单位面积的吸水量、 吸水率或吸水重量来表示。塑料的透湿性, 则以透湿系数和透汽量来表示。
16. 耐环境应力开裂性
一些结晶型塑料, 由于加工过程中内应力的存在和使用时接触化学药品, 致使在贮存和使用中出现开裂, 称为环境应力开裂。塑料抵御环境应力开裂的能力称为耐环境应力开裂性能。可用表面刻有槽痕的塑料弯曲试样, 置入表面活性剂中, 观察在规定时间内出现开裂的试样数量及所占比例来衡量。
二、 聚氯乙烯( PVC)
聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础, 加入各种配合剂混合而成的。其机械性能优越、 耐化学腐蚀、 不延燃、 耐气候性好、 电绝缘性能好、 容易加工、 成本低, 因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。
1.聚氯乙烯树脂
聚氯乙烯树脂是由氯乙烯聚合而成的线型热塑性高分子化合物, 其分子结构如下:

H H H H H H
…… C C C C C C ……
Cl H Cl H Cl H
n
从该分子结构看, 聚氯乙烯具有以碳链为主链, 呈线型, 含有C Cl极性键。聚氯乙烯树脂具有下列基本特性:
（1） 是热塑性的高分子材料, 可塑性和柔软性较好。
（2） 由于C Cl极性键的存在, 树脂具有较大德极性, 因此介电常数ε和介质损耗角的正切值较大, 在低频情况下, 有较高的耐电强度。另外由于极性键的存在, 分子间的作用力较大, 机械强度较高。
（3） 分子结构中含有氯原子, 树脂具有不延燃和较好的耐化学腐蚀性及耐气候性。氯原子能破坏分子的晶体结构, 树脂的耐热性较低, 耐寒性较差, 加入适量的配合剂, 就能改进树脂的性能。
2.聚氯乙烯树脂的种类
聚乙烯的聚合方法有: 悬浮聚合、 浮液聚合、 本体聚合和溶液聚合四种。
聚氯乙烯树脂的制造当前主要采用悬浮聚合方法, 电线电缆就是采用悬浮法聚氯乙烯树脂。
聚氯乙烯悬浮聚合过程中所用树脂的结构形状有: 疏松型树脂( XS型) 和紧密型树脂( XJ型) 。疏松型树脂质地疏松, 吸油性大, 易于塑化, 加工操作控制方便, 晶点少, 因此电线电缆用的树脂是疏松型。树脂的特性如下:
项目
疏松型树脂
紧密型树脂
粒子直径
50-150μm
20-100μm
颗粒外形
不规则, 由多球并合而成
球形表面光滑, 呈单球
颗粒断面结构
疏松多孔, 微粒间间隙大
微粒间间隙小
吸收增塑剂
快
慢
塑化性能
塑化速度快
塑化速度慢
3.聚氯乙烯的主要性能
1） 电绝缘性能: 聚氯乙烯树脂是一种极性较大的电介质, 电绝缘性能较好, 但比较非极性材料( 如聚乙烯、 聚丙烯) 稍差。树脂的体积电阻率大于1015Ω·cm; 树脂在25oC和50Hz频率下的介电常数ε为3.4～3.6, 当温度和频率变化时, 介电常数也随之明显的变化; 聚氯乙烯的介质损耗正切tgδ为0.006～0.2。树脂的击穿场强不受极性影响, 在室温和工频条件下的击穿场强比较高。但聚氯乙烯的介质损耗较大, 因而不适用于高压和高频场合, 一般见在15kV以下的低压和中压电线电缆的绝缘材料。
2） 老化稳定性: 从分子结构上看, 氯原子都与碳原子相连, 应具有较高的耐老化稳定性。但在生产过程中, 由于温度的直接影响和机械力的作用, 易放出氯化氢, 在氧的作用下, 产生降解或交联, 导致材料变色发脆, 物理机械性能显著下降, 电绝缘性能恶化, 因此聚氯乙烯老化。为改进它的老化性, 必须添加一定的稳定剂。
3） 热机械性能: 聚氯乙烯树脂为无定型聚合物, 在不同温度下具有三种物理状态, 即玻璃态、 高弹态、 粘流态。聚氯乙烯树脂的玻璃化温度为80oC左右, 粘流温度160oC左右。在常温下处于玻璃状态, 这很难满足电线电缆使用要求。为此, 必须将聚氯乙烯进行改性, 使其在室温下具有较高的弹性, 同时又兼有较高的耐热性和耐零性。加入适量的增塑剂能够调节玻璃化温度, 以增加塑性, 达到柔软性, 提高机械性能。
4.电线电缆用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料是多组份塑料, 根据不同的使用条, 改变配合剂的品种和用量, 能够制得不同品种的电线电缆用聚氯乙烯塑料。
聚氯乙烯电缆塑料按其在电线电缆上用途不同, 可分为绝缘级电缆料和护层级电缆料。
（1） 绝缘用聚氯乙烯塑料
根据电线电缆的使用要求和特性, 绝缘用聚氯乙烯塑料的类型、 性能、 要求及主要用途如下表所示。

绝缘用PVC塑料分类及性能
类型
性能要求
使用温度
主要用途
绝缘级
电绝缘性能较好, 有一定的耐热性、 柔软性
70oC
通信、 控制、 信号及低压电力电缆绝缘
普通绝缘级
有一定的电绝缘性能, 有较好的柔软性及耐大气性、 廉价
70oC
室内固定敷设的电线、 护套软线、 500V农用电缆以及仪表安装用电线的绝缘
耐热绝缘级
有较佳的耐热老化性和耐变形性, 电绝缘性能较好
80oC
105oC
要求耐热较高的船用电缆、 航空导线、 电力电缆及安装用电线的绝缘
高电性能绝缘级
较佳的电绝缘性能, 绝缘电阻高、 介电性能好, 有一定的耐热性
70oC
电压为6kV－10kV级的电力电缆的绝缘
耐油耐溶剂绝缘级
具有较好的耐油性、 耐溶剂性和柔软性, 电绝缘性能较好
70oC
用于接触油类和化学物质的电线电缆的绝缘级
阻燃绝缘级
电绝缘性能较好, 有较高的耐火焰燃烧性, 柔软性较好
70oC
固定敷设的电力电缆、 矿用电缆、 安装用电线的绝缘
各类聚氯乙烯绝缘料的技术要求见下表。
绝缘用PVC塑料的技术要求
技术指标
绝缘级
普通
绝缘级
耐热绝缘级
高电性
绝缘级
80oC
105oC
体
积
电
阻
系
数
( Ω·cm)
≥
20oC
1×1014
1×1014
3×1014
3×1014
5×1014
70oC
1×1011
1×1010
－
－
5×1011
80oC
－
－
5×1011
－
－
105oC
－
－

2×1011
－
击穿场强(kV/mm) ≥
20
20
20
20
20
介质损耗角正切tgδ( 20～85oC) ≤
－
－
－
－
0.1
介质损耗因素ε,
≤tgδ( 20～85oC)

0.75
拉伸强度( N/mm2) ≥
180
170
200
200
200
断裂伸长率( ％) ≥
200
220
180
200
160
低温冲击
压缩温度( oC) ≤
0
-10
+3
－
+5
200 oC热稳定
时间( min) ≥
60
60
60
60
60
软化温度( oC)
170～190
170 ～190
180～195
－
175～185
热
老
化
性
能
老化温度( oC)
110
110
113
136
110
老化时间( h)
48
48
168
168
48
K1(%)≥
－
－
－
80
－
K2(%)≥
70
75
80
70
70
失重(%)≤
6.0
7.0
5.0
2.5
6.0

（2） 护套用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料护层具有较好的耐腐蚀性, 足够的机械性能, 一定的耐大气性能, 柔软、 耐振、 重量轻、 加工及敷设方便。根据电线电缆的使用条件, 研究制成了不同类型聚氯乙烯护套料, 其性能要求及应用范围见下表。
护套用PVC塑料的分类及性能
类型
主要性能要求
使用温度
应用范围
普通护层级
足够的机械强度、 耐热、 光老化性及耐寒性较好
70 oC
塑料电线电缆的外护层及其它电缆外护层
耐寒护层级
有较高的耐寒性, 低温柔软性
70 oC
户外及耐寒电现电缆护层
柔软护层级
有较高的柔软性, 较好的耐寒性
70 oC
耐寒柔软的电线电缆护层
耐热护层级
耐热性能良好
80 oC
105 oC
耐热的电线电缆护层
耐油护层级
耐油性、 耐化学药品性好
70 oC
与油类及化学药品接触的电线电缆护层
易撕护层级
抗撕裂性低, 敷设方便、 价格低廉
70 oC
室内固定敷设用绝缘电线护层
防霉、 防白蚁、
防鼠护层级
抗生物性好、 防白蚁、 防霉性好
70 oC
热带及温热带地区用电缆护层
阻燃护层级
抗燃烧性好
70 oC
安全性要求高的电线电缆护层
（3） 半导电聚氯乙烯塑料
半导电聚氯乙烯塑料可作为屏蔽材料来使用, 例如可作为10kV聚氯乙烯电缆的屏蔽层。半导电塑料用作高压电缆的屏蔽料时, 由于半导电料直接与绝缘料接触, 会发生相互迁移, 因而尽量选用与绝缘料相同的增塑剂或电性好、 迁移小的增塑剂。否则在使用过程中会影响绝缘料的电绝缘性能。
（4） 环保型防白蚁、 防鼠电缆护套料
白蚁和老鼠对电缆造成破坏, 轻则中断供电, 重则酿成重大事故, 使电力和通信部门受到损害。以往采用在电缆护套料内加入有毒添加剂( 如氯丹、 七氯、 狄氏剂、 艾氏剂等) 的办法, 杀灭白蚁、 老鼠, 以保护电缆安全运行。但这些有毒添加剂对环境和人身会造成污染和危害。当前, 多使用在护套料中加入环烷酸铅或环烷酸酮做添加剂, 制成改型的防白蚁护套料。
（5） 低烟低卤型阻燃护套料
用普通( 阻燃) PVC电缆料制造的电缆燃烧时会产生大量黑烟, 同时释放出大量腐蚀性气体HCl, 对人体和仪器装置会造成巨大损害。低烟低卤阻燃电缆料是以专用PVC树脂为基料, 添加各种改性剂、 助剂和优良阻燃剂, 经过均匀混炼充分塑化加工而成的高科技产品。它不但具有优良的阻燃性, 而且在燃烧是释放的烟量低, HCl释出量很低, 可观察到燃烧火焰及附近的物体。与普通PVC护套料相比, 其拉伸强度及断裂伸长率相当; 挤出时无需特种螺杆, 其工艺性能亦相当。使用这种电缆料制成的电缆, 完全适用于地铁、 高层建筑、 发电站、 广播电视中心及计算机中心等对电线电缆阻燃性能要求高的场所。
三、 聚乙烯
1. 聚乙烯的合成方法和品种
（1） 低密度聚乙烯( LDPE)
纯净的乙烯中加入极少量的氧气或过氧化物作引发剂, 压缩到202.6kPa左右, 并加热到约200oC时, 乙烯就可聚合成白色的蜡状聚乙烯。此法因在高压下进行, 常称为高压法。用这种方法可制得密度为0.915～0.930的柔软聚乙烯, 分子量在15000～40000。其分子结构支链多, 但结构疏松, 分子构型呈”树枝状”, 故密度低, 因此称为低密度聚乙烯。
（2） 中密度聚乙烯( MDPE)
在30～100大气压下, 用金属氧化物作催化剂, 使乙烯聚合成聚乙烯的方法, 称为中压法。所制得的聚乙烯密度为0.931～0.940。中密度聚乙烯也有用高密度聚乙烯和低密度聚乙烯掺合而成的; 或用乙烯与丁烯、 醋酸乙烯和丙烯酸酯等单体共聚的中密度聚乙烯。
（3） 高密度聚乙烯( HDPE)
在常温常压下, 用催化效能较高的络合催化剂( 以烷基铝与四氯化钛的组合有机金属化合物) , 使乙烯聚合成聚乙烯。由于它的催化性能高, 因此乙烯的聚合反应可在更低的压力或更低的温度下( 0～10大气压和60～75oC很快的完成, 称为低压法。所制得的聚乙烯分子结构具有无分支的特点, 它的分子结构为线型。线型分子结构具有密度大( 0.941～0.965) 的特点, 称为高密度聚乙烯。与低密度聚乙烯相比具有耐热、 机械性能好, 耐环境应力开裂性优越。
2. 聚乙烯的特性
聚乙烯是一种乳白色的塑料, 表面呈蜡状且半透明, 是电线电缆较为理想的绝缘和护套材料。其主要优点是:
（1） 优异的电气性能。其绝缘电阻和耐电强度高; 在较宽的频率范围内, 介电常数ε和介质损耗角正切tgδ值小, 且基本不受频率变化的影响, 作为通信电缆的绝缘材料, 是近乎理想的一种介质。
（2） 机械性能较好, 富有可挠性, 而且强韧, 耐容性好。
（3） 耐热老化性能、 低温耐寒性能及耐化学稳定性好。
（4） 耐水性好, 吸湿率低, 浸在水中绝缘电阻一般不下降。
（5） 作为非极性材料, 透气性大, 低密度聚乙烯的透气性是各种塑料中最为优良的。
（6） 比重轻, 其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出, 约为0.92g/cm3; 低压聚乙烯虽其密度较大, 也仅为0.94g/ cm3左右。
（7） 具有良好的加工工艺性能, 易于熔融塑化, 而不易分解, 冷却易于成型, 制品几何形状和结构尺寸易于控制。
（8） 用它制作的电线电缆重量轻, 使用、 敷设方便, 接头容易。
但聚乙烯还有不少缺点: 软化温度低; 接触火焰时易燃烧和熔融, 并放出与石蜡燃烧时同样的臭味; 耐环境应力龟裂性和蠕变性较差, 在聚乙烯作为海底电缆和落差较大( 特别是垂直敷设) 电缆的绝缘和护套材料使用时应特别注意。
3. 电线电缆用聚乙烯塑料
（1） 一般绝缘用聚乙烯塑料
仅由聚乙烯树脂和抗氧剂所组成。
（2） 耐候聚乙烯塑料
主要由聚乙烯树脂、 抗氧剂、 和碳黑组成。耐候性能的好坏取决于碳黑的粒径、 含量、 和分散度。
（3） 耐环境应力龟裂聚乙烯塑料
采用熔融指数0.3以下, 分子量分布不太宽的聚乙烯; 对聚乙烯进行辐照或化学交联。
（4） 高电压绝缘用聚乙烯塑料
高电压电缆绝缘的聚乙烯塑料要求高度纯净, 还需要添加电压稳定剂和采用特殊的挤塑机, 避免气孔产生, 以抑制树脂放电, 提高聚乙烯的耐电弧、 耐电腐蚀和耐电晕性。
（5） 半导电聚乙烯塑料
半导电聚乙烯塑料是在聚乙烯中加入导电碳黑获得的, 一般应采用细粒径、 高结构的碳黑。
（6） 热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料
该种电缆料是以聚乙烯树脂为基料, 加入优质高效的无卤无毒阻燃剂、 抑烟剂、 热稳定剂、 防霉剂、 着色剂等改性添加剂, 经混炼、 塑化、 造粒而成。
二、 交联聚乙烯
聚乙烯在高能射线或交联剂的作用下, 能使线型的分子结构变成体型( 网状) 的分子结构。使热塑性材料变成热固性材料。用交联聚乙烯作绝缘材料, 长期工作温度可提高到90oC, 瞬时短路温度可达170～250oC。交联聚乙烯的交联方法有: 物理交联和化学交联。辐照交联属于物理交联, 化学交联最常见的交联剂是DCP( 过氧化二异丙苯) 。
电线电缆用的材料还有很多: 泡沫聚乙烯、 氟塑料、 聚丙烯、 聚酰胺、 聚酯塑料等, 不一一介绍了。
第二节导体
塑料电线电缆的导体主要有: 电工圆铜线、 电工圆铝线、 电力电缆用铜和铝导电线芯、 电气装备用铜和铝导电线芯等。
电工圆铜线和电工圆铝线外观质量要求: 表面光洁, 无油污、 毛刺、 裂纹、 扭结、 夹杂物、 机械损伤, 腐蚀斑点及铜、 铝线氧化现象等。
导电线芯的质量要求:
（1） 各种绞合导体不允许整心焊接。
（2） 绞合导体中的单线允许焊接。但在同一层内, 相邻两个接头之间的距离应不小于300mm。
（3） 导电线芯表面应光洁、 无油污, 无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、 锐边、 凸起或断裂的单线等现象。

设备和辅助设备
电线电缆的塑料挤包是采用连续挤压方式进行的。经过挤塑机用螺杆挤压, 将塑料包到导体或线芯上, 构成电线电缆的绝缘层、 屏蔽层、 内护层、 和外护套。
第一节塑料挤出生产线
塑料挤出机组一般由放线装置及放线张力装置、 校直装置、 预热装置、 挤塑机( 主机) 、 冷却装置、 火花试验机、 计米装置、 牵引装置、 收线装置及控制系统等组成。
为保证不停机换盘, 连续生产, 放线装置由两台放线设备组成, 导体或缆芯从放线装置放出后, 经校直装置进入预热装置, 导体在预热加热后可消除导体线芯残余应力, 增加伸长率和柔软性。挤塑机把塑料加工成高温的粘流态并连续的挤向机头, 导体或缆芯经过机头时, 挤包成一定厚度的塑料绝缘层或外护套, 然后在水槽或管道内水冷或气冷, 冷却定形后的电线电缆制品, 在牵引装置拖动下作直线运动, 使加工过程稳定连续的进行, 最后由首先装置收绕在收线盘上。
下图为塑料挤出机的主要组成:

5
6 9
7 8

2 3 4
1

10

1－放线装置 2－张紧轮 3－预热器 4－塑料挤出机 5－自动加料装置
6－水槽 7－计米器 8－牵引轮 9－收排线装置 10－控制屏
一、 塑料挤出机
塑料挤出机的主机是挤塑机, 它由挤压系统、 传动系统和加热冷却系统组成。
1.挤压系统 挤压系统包括螺杆、 机筒、 料斗、 机头、 和模具, 塑料经过挤压系统而塑化成均匀的熔体, 并在这一过程中所建立压力下, 被螺杆连续的挤出机头。
（1） 螺杆: 是挤塑机的最主要部件, 它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率, 由高强度耐腐蚀的合金钢制成。
（2） 机筒: 是一金属圆筒, 一般用耐热、 耐压强度较高、 坚固耐磨、 耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合, 实现对塑料的粉碎、 软化、 熔融、 塑化、 排气和压实, 并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15～30倍, 以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。
（3） 料斗: 料斗底部装有截断装置, 以便调整和切断料流, 料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。
（4） 机头和模具: 机头由合金钢内套和碳素钢外套构成, 机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动, 均匀平稳的导入模套中, 并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实, 经多孔滤板沿一定的流道经过机头脖颈流入机头成型模具, 模芯模套适当配合, 形成截面不断减小的环形空隙, 使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理, 消除积存塑料的死角, 往往安置有分流套筒, 为消除塑料挤出时压力波动, 也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置, 便于调整和校正模芯和模套的同心度。
挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角, 将机头分成斜角机头( 夹角120o) 和直角机头。机头的外壳是用螺栓固定在机身上, 机头内的模具有模芯坐, 并用螺帽固定在机头进线端口, 模芯座的前面装有模芯, 模芯及模芯座的中心有孔, 用于经过芯线; 在机头前部装有均压环, 用于均衡压力; 挤包成型部分由模套座和模套组成, 模套的位置可由螺栓经过支撑来调节, 以调整模套对模芯的相对位置, 便于调节挤包层厚度的均匀性。机头外部装有加热装置和测温装置。
2.传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆, 供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速, 一般由电动机、 减速器和轴承等组成。
3.加热冷却装置 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。
（1） 现在挤塑机一般见的是电加热, 分为电阻加热和感应加热, 加热片装于机身、 机脖、 机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料, 使之升温, 以达到工艺操作所需要的温度。
（2） 冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量, 以避免温度过高使塑料分解、 焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种, 一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适, 大型则多采用水冷或两种形式结合冷却; 螺杆冷却主要采用中心水冷, 目的是增加物料固体输送率, 稳定出胶量, 同时提高产品质量; 但在料斗处的冷却, 一是为了加强对固体物料的输送作用, 防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口, 二是保证传动部分正常工作。
二、 辅助设备
塑料挤出机组的辅机主要包括放线装置、 校直装置、 预热装置、 冷却装置、 牵引装置、 计米器、 火花试验机、 收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同。如还有切断器、 吹干器、 印字装置等。
校直装置: 塑料挤出废品类型中最常见的一种是偏心, 而线芯各种型式的弯曲则是产生绝缘偏心的重要原因之一。在护套挤出中, 护套表面的刮伤也往往是由缆芯的弯曲造成的。因此, 各种挤塑机组中的校直装置是必不可少。校直装置的主要型式有: 滚筒式( 分为水平式和垂直式) ; 滑轮式( 分为单滑轮和滑轮组) ; 绞轮式, 兼起拖动、 校直、 稳定张力等多种作用; 压轮式( 分为水平式和垂直式) 等。
预热装置: 缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。对于绝缘层, 特别是薄层绝缘, 不能允许气孔的存在, 线芯在挤包前经过高温预热能够彻底清除表面的水份、 油污。对于护套挤出来讲, 其主要作用在于烘干缆芯, 防止由于潮气( 或绕包垫层的湿气) 的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用。在挤塑料过程中, 预热可消除冷线进入高温机头, 在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差, 避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动, 从而稳定挤出量, 保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置, 要求有足够的容量并保证升温迅速, 使线芯预热和缆芯烘干效率高。预热温度受放线速度的制约, 一般与机头温度相仿即可。
冷却装置: 成型的塑料挤包层在离开机头后, 应立即进行冷却定型, 否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式一般采用水冷却, 并根据水温不同, 分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却, 急冷对塑料挤包层定型有利, 但对结晶高聚物而言, 因骤热冷却, 易在挤包层组织内部残留内应力, 导致使用过程中产生龟裂, 一般PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力, 在冷却水槽中分段放置不同温度的水, 使制品逐渐降温定型, 对PE、 PP的挤出就采用缓冷进行, 即经过热水、 温水、 冷水三段冷却。
三、 控制系统
塑料挤出机的控制系统包括加热系统、 冷却系统及工艺参数测量系统, 主要由电器、 仪表和执行机构( 即控制屏和操作台) 组成。其主要作用是: 控制和调节主辅机的拖动电机, 输出符合工艺要求的转速和功率, 并能使主辅机协调工作; 检测和调节挤塑机中塑料的温度、 压力、 流量; 实现对整个机组的控制或自动控制。
挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分, 实现对挤塑工艺包括温度、 压力、 螺杆转数、 螺杆冷却、 机筒冷却、 制品冷却和外径的控制, 以及牵引速度、 整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。
1. 挤塑机主机的温度控制
电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性, 使之处于粘流态进行的。除了要求螺杆和机筒外部加热, 传到塑料使之融化挤出, 还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热, 因此要求主机的温度应从整体来考虑, 既要考虑加热器加热的开与关, 又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却, 要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶的位置和安装方法, 能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求温控仪表的精度与系统配合好, 使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求。
2. 挤塑机的压力控制
为了反映机头的挤出情况, 需要检测挤出时的机头压力, 由于国产挤塑机没有机头压力传感器, 一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量, 螺杆负荷表( 电流表或电压表) 能正确反映挤出压力的大小。挤出压力的波动, 也是引起挤出质量不稳的重要因素之一, 挤出压力的波动与挤出温度、 冷却装置的使用, 连续运转时间的长短等因素密切相关。当发生异常现象时, 能排除的迅速排除, 必须重新组织生产的则应果断停机, 不但能够避免废品的增多, 更能预防事故的发生。经过检测的压力表读数, 就能够知道塑料在挤出时的压力状态, 一般取后推力极限值报警控制。
3. 螺杆转速的控制
螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一。螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度, 正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产, 对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时, 可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高, 因为转速的波动将导致挤出量的波动, 影响挤出质量, 因此在牵引线速度没有变化情况下, 就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化, 螺杆和牵引线速度可经过操作台上相应仪表反映出来, 挤出时应密切观察, 确保优质高产。
4. 外径的控制
如上所述为了保证制品线缆外径的尺寸, 除要求控制线芯( 缆芯) 的尺寸公差外, 在挤出温度、 螺杆转速、 牵引装置线速度等方面应有所控制保证, 而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平。在挤塑机组设备中, 特别是高速挤塑生产线上, 应配用在线外径检测仪, 随时对线缆外径进行检测, 而且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速, 纠正外径超差。
5. 收卷要求的张力控制
为了保证不同线速下的收线, 从空盘到满盘工作的恒张力要求, 希望收排线装置有贮线张力调整机构, 或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等。
6. 整机的电气自动化控制
这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求, 主要是: 开机温度联锁; 工作压力保护与联锁; 挤出、 牵引两大部件传动的比例同步控制; 收线与牵引的同步控制; 外径在线检测与反馈控制; 根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制。
第二节塑料挤出机螺杆
螺杆是挤塑机主机挤压系统的关键部件之一, 它不但起输送塑料的作用, 同时对塑料的挤压、 塑化、 成型的难易也起着极其重要的作用, 因此合理选用螺杆结构和参数是获得理想的产品质量和产量的重要环节。
一、 螺杆的类型
为适应不同塑料加工的需要, 螺杆的型式有很多种, 常见的有以下几种: 渐变型( 等距不等深) , 渐变型( 等深不等距) , 突变型, 鱼雷头型等。
1. 螺杆的选择
螺杆型式的选用主要根据塑料的物理性能及挤塑机的生产技术规范来确定。
（1） 非结晶型聚合物的软化是在一个比较宽的温度内完成的, 一般选用等距渐变螺杆。结晶型聚合物熔融的温度范围比较窄, 一般选用等距突变螺杆。
（2） 在小型挤塑机上, 如φ45挤塑机螺杆采用的是等距不等深的全螺纹型式, 螺杆的长径比较小, 主要用于挤出小截面的绝缘层和护套层, 挤出速度较快。
（3） 中型螺杆采用等距而螺纹深度渐变的全螺纹型式, 它的长径比比小型螺杆大些, 螺纹的节距相等, 从根部起由浅到深。螺纹端部的螺纹较深, 根部的螺纹较浅, 这样塑料挤出量较多, 又不影响螺杆强度, 挤出速度快, 塑料塑化好, 是一般中小型挤塑机生产绝缘层和护套层的理想螺杆。
（4） 大型螺杆直径一般在150mm以上, 如φ150、 φ200、 φ250挤塑机。大型螺杆采用两种型式, 一是等距不等深, 如φ150、 φ200挤塑机; 二是螺杆分三段, 即等距等深、 等距不等深、 不等距不等深, 如φ250挤塑机, 压缩比在2～3之间, 长径比在15: 1左右, 主要用于生产大截面的电线电缆绝缘层和护套层。
二、 螺杆的主要参数
螺杆的主要参数有直径、 长径比、 压缩比、 螺距、 螺槽宽度、 螺槽深度、 螺旋角、 螺杆与机筒之间的间隙等, 这些参数对挤塑工艺和性能有很大影响。
1. 螺杆直径Ds
螺杆直径即螺纹的外径, 挤塑机的生产能力( 挤塑量) 近似与螺杆直径的平方成正比, 在其它条件相同时, 螺杆直径少许增大, 将引起挤出量的显著增加, 其影响甚至比螺杆转数的提高对挤出量的影响还大。故常见螺杆直径来表征挤塑机规格大小的技术参数。
2. 螺杆长径比L/Ds
螺杆工作部分长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比, 在其它条件一定时( 如螺杆直径) , 增大长径比就意味着增加螺杆的长度。L/Ds值大, 温度分布合理有利于塑料的混合和塑化, 此时塑料在机筒中受热的时间也较长, 塑料的塑化将充分、 更均匀。从而提高机塑质量。如果在塑化质量要求不变的前提下, 长径比增大后, 螺杆的转速可提高, 从而增加了塑料的挤出量。可是, 选择过大的长径比, 螺杆消耗的功率将相应增大, 而且螺杆和机筒的加工和装配鸡难度增加; 螺杆弯曲的可能性也会增加, 将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨, 降低使用寿命。另外, 对于热敏性塑料, 过大的长径比因停留时间长而热分解, 影响塑料的塑化和挤出质量。因此, 在充分利用长径比加大后的优点, 选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定。
3. 压缩比ε
亦称为螺杆的几何压缩比, 是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。它是由塑料的物理压缩比――即制品的密度与进料的表现密度之比来决定的。使挤塑机压缩比较大, 目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化、 压实。加工塑料的种类不同时, 压缩比的选择也应不同。
按压缩比来分, 螺杆的型式可分为三种: 等距不等深、 等深不等距、 不等深不等距。其中等距不等深是最常见的一种, 这种螺杆加工容易, 塑料与机筒的接触面积大, 传热效果好。
4. 螺旋升角θ
即螺纹与螺杆横断面的夹角。螺旋角太大保证不了塑化时间, 降低螺杆的塑化质量, 太小则螺纹密, 螺槽容积减小, 影响挤出量。对于送料段, 30o螺旋角最合适于粉料; 15o螺旋角合适于方形料粒; 17o左右螺旋角合适于球状或柱状料粒。由均匀段理论分析得知, 螺旋角30o时的挤出