低煙無鹵電纜料擠出的探討

上海斯瑞聚合體科技有限公司 關(guān)鵬

 

【摘要】 本文介紹了低煙無鹵電纜料的特性、擠出設(shè)備、擠出溫度設(shè)置以及冷卻方式，同時簡單探討了幾個常見擠出問題的處理方法。

【關(guān)鍵詞】 低煙無鹵電纜料，擠出工藝，擠出問題

前言

低煙無鹵電纜料現(xiàn)已廣為業(yè)內(nèi)人士所熟悉，成為一款基礎(chǔ)電線電纜材料，但對低煙無鹵電纜料的擠出探討卻從未停止過。使用不同的基材的低煙無鹵材料體系，對應(yīng)的擠出工藝也是不同的，這需要使用者不斷地探索。本人在此簡單地探討低煙無鹵電纜料的擠出工藝，望對電線電纜工藝同行有所幫助。

 

［saman4213 在 2011-7-6 14:17:51 編輯過］

1、  低煙無鹵電纜料的特性

低煙無鹵電纜料的配方是比較獨特，在基材中（如EVA樹脂）添加大量的無機填充劑，以滿足燃燒發(fā)煙量少、無鹵、環(huán)保無毒、阻燃等性能。但由于低煙無鹵電纜料填充量大，熔料的粘度也比較大 ，生產(chǎn)中螺桿旋轉(zhuǎn)剪切，以及低分子物之間、低分子物與螺桿、機筒之間及低分子物與高聚物之間的摩擦比其他電纜材料嚴(yán)重，產(chǎn)生大量的熱，使擠出機溫度迅速升高，易使阻燃劑提前分解，產(chǎn)生氣孔。

通常，低煙無鹵電纜料在80℃即可軟化，在100～160℃即可擠出。而部分廠家的產(chǎn)品使用EVA比例較高，熔料粘度大，擠出需要較高溫度。這令不熟悉情況的電纜廠擠出電纜時低溫低速，造成生產(chǎn)速度下降，降低效率，同時材料的各項性能也不能充分地體現(xiàn)。

2、  擠出設(shè)備

電線電纜擠塑成型設(shè)備最基本和最通用的是單螺桿擠出機。螺桿是擠出機的最主要部件，關(guān)系到擠出機的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。鑒于低煙無鹵電纜料填充高，生產(chǎn)中，因剪切而產(chǎn)生熱量多，這就需要一個較好的冷卻系統(tǒng)冷卻降溫。同時，與電纜相對應(yīng)的擠出模具是也電纜擠出成功的關(guān)鍵。

1）螺桿

電線電纜擠出設(shè)備的主要部件是螺桿，它關(guān)系到擠出機的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率，為適應(yīng)不同塑料加工的需要，螺桿的型式有許多種。低煙無鹵電纜料中填充大量的氫氧化鎂和氫氧化鋁，當(dāng)擠出螺桿的壓縮比大時，很容易造成聚合物的化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)品的抗張強度和斷裂伸長率等機械特性下降。同時螺桿壓縮比較大，擠出機速度達(dá)不到正常水平，致使物料在機筒和螺桿間滯留時間過長，且擠出過程中熔融物料筒內(nèi)摩擦較大，產(chǎn)生大量摩擦熱。熔融物料在機筒內(nèi)處于難以控制的高溫態(tài)，從而引發(fā)阻燃劑的提前分解，在材料內(nèi)部產(chǎn)生氣泡，最終造成材料的失效。

所以對低煙無鹵電纜料來說，一般選用無鹵料的專用螺桿，這種螺桿前端（擠出端，計量段）1/3處壓縮比為1：1，后端2/3壓縮比為1.2：1（如圖1 低煙無鹵材料的專用螺桿），如無專用螺桿，可使用普通型的螺桿，但它的壓縮比不能過大，一般在1：1～1：2.5之間比較適宜。

圖1 低煙無鹵材料的專用螺桿

部分電纜廠設(shè)備上裝配的低煙無鹵螺桿是非規(guī)范的，有的從末端到前端壓縮比一致 1：1.2，沒有計量段，導(dǎo)致生產(chǎn)中易出現(xiàn)出膠量不穩(wěn)等問題。這樣不如更換為普通螺桿或BM螺桿（壓縮比在1：1～1：2.5之間比較適宜）^[1]，擠出溫度設(shè)置低一些，如設(shè)備冷卻能力較好，擠出時作業(yè)靈活，仍能較好地擠出。

2）擠出機的冷卻裝置

在擠出過程中，因低煙無鹵電纜料的特殊性，熔融物料因磨擦而產(chǎn)生大量的熱量，這就要求擠出設(shè)備要有良好的冷卻裝置，才能控制工藝溫度。這是一個不可忽視的問題，如果溫度過高將使線纜的表面產(chǎn)生很大的氣孔，溫度過低又會使設(shè)備的整機電流加大，容易損傷設(shè)備。我曾經(jīng)見過一個上�？蛻魧�擠出機冷卻系統(tǒng)的風(fēng)冷改掉，換成水冷系統(tǒng)，變更后，升溫有點緩慢，但升溫平穩(wěn)，冷卻速度很快，系統(tǒng)溫度穩(wěn)定。

3）擠出模具

低煙無鹵電纜料中填充材料很多，導(dǎo)致它在熔融狀態(tài)下熔體的強度、拉伸比和粘度與其它電纜材料存在著較大的差異，所以對模具的選配也有所不同。低煙無鹵電纜料的的機械性能沒有普通型電纜料和低煙低鹵的材料優(yōu)越，其拉伸比小，只有2.5～3.2左右，所以在在選擇模具的時候也要充分考慮它的拉伸性能，這就要求模套的選配不能過大，否則電纜的表面可能不致密，且擠包比較松。

1、  擠出溫度設(shè)置

低煙無鹵電纜料在80℃環(huán)境下即可被軟化，100℃可熔融擠出。但擠出溫度（設(shè)備內(nèi)實際溫度）超過180～200℃則有阻燃劑分解的風(fēng)險，超過230℃會大量“放炮”，已無法使用；擠出溫度過低又會使設(shè)備的整機電流增大，影響設(shè)備壽命。  

同時，配方體系不同各種低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料的擠塑工藝溫度也是不同的。且同一種料在不同的擠塑設(shè)備上擠塑工藝溫度也略有不同，主要隨擠出機螺桿結(jié)構(gòu)不同而相異。一般來說，在剪切力大的擠出機上擠塑工藝溫度要比剪切力小的擠出機上低。另外，不同溫區(qū)溫度對電纜擠出表面質(zhì)量影響程度不同，其中機頭影響最大，其次是計量段，該兩區(qū)溫度過高后極易引起材料分解，從而影響擠出表面質(zhì)量。^[2]

隨著技術(shù)的不斷進步，目前市場上比較成熟的低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料工藝溫度范圍還是比較寬的，一般各區(qū)溫度控制在110~170℃范圍內(nèi)，均能得到光潔細(xì)膩的電纜表面（見表1 低煙無鹵電纜料在Φ90機的溫度設(shè)置）。一般情況下，低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜料比聚氯乙烯、非阻燃及含鹵阻燃聚烯烴電纜料工藝溫度范圍窄。相應(yīng)地，擠出溫度設(shè)置，應(yīng)該有溫度梯度，這樣可使低煙無鹵電纜料能更好地塑化、擠出。

表1低煙無鹵電纜料在Φ90機的溫度設(shè)置推薦表

溫區(qū)	第1區(qū)	第2區(qū)	第3區(qū)	第4區(qū)	法蘭	機頭	模口
溫度	125～140	130～150	150～165	155～170	160～175	160～175	155～170

 

擠出溫度設(shè)置與擠出設(shè)備有關(guān)，小型擠出機溫度設(shè)置偏高一些，大型擠出機溫度設(shè)置低一些。以Φ90機為例，第一區(qū)的溫度不能太高，溫度高會使電纜料在第一區(qū)塑化，導(dǎo)致推力不勻，�？诔隽喜痪�，甚至導(dǎo)致螺桿與機筒不同心，螺桿蹭機筒，發(fā)出異常響聲；第四區(qū)為螺桿的計量段，電纜料要在這里完全塑化，溫度不宜過高，否則會導(dǎo)致阻燃劑提前分解，產(chǎn)生氣泡；法蘭段溫度不宜低于第四區(qū)，否則對電纜料擠出后性能會產(chǎn)生不利影響；�？诘臏囟炔灰诉^高，否則會產(chǎn)生�？谕夥�現(xiàn)象，俗稱“流涎”或“流延”。

1、冷卻方式

低煙無鹵的護套在擠出時收縮更急劇，導(dǎo)致護套外層已冷卻定型，而內(nèi)層電纜料還處于高溫未定型狀態(tài)，進而埋下應(yīng)力集中的隱患，甚至最終導(dǎo)致電纜外護套的應(yīng)力開裂。為減少生產(chǎn)過程 中引起應(yīng)力集中，建議在護套擠出過程中，采用分段冷卻的方式進行冷卻。如熱水冷卻 (循環(huán)水)——溫水冷卻—— 空氣冷卻——冷水冷卻。在電纜冷卻過程中，尤其要注意的一點是：從�？诔鰜砗筮M入水槽的電纜，必須完全浸泡在冷卻水中，否則除應(yīng)力集中問題外，還可能在電纜表面出現(xiàn)一系列的小圓點，使電纜外護套的表面出現(xiàn)坑坑洼洼，影響電纜外觀。^[1]

2、  常見問題處理

生產(chǎn)過程中，會有各式各樣的問題出現(xiàn)�，F(xiàn)對幾種常見的擠出么問題做簡單探討。

1）護套表面毛糙，

護套表面毛糙，不光亮是在生產(chǎn)中常見的問題。

首先遇到此問題，看一下產(chǎn)品生產(chǎn)日期和包裝，如不是鋁塑包裝，存放時間較長，或是南方的“黃梅天”生產(chǎn)的，產(chǎn)品可能受潮，檢驗一下低煙無鹵電纜料的水分含量即可確定。無鹵料內(nèi)填充的無機材料易與水形成水合物，所以無鹵料與其他料相比，容易吸水受潮。通常，非鋁塑包裝的無鹵材料存放3個月即在使用前需烘干：烘干溫度80℃,烘干時間為3小時。

其次，查看擠出溫度。擠出溫度過高，小分子物分解，易使表面毛糙，不光滑；擠出溫度過低，塑化不好，表面也毛躁、不光滑。

最后，查看擠出速度，拉伸比。擠出速度快，拉伸比大，表面不光。應(yīng)將拉伸比控制在適合的范圍內(nèi)，尋找適合的擠出速度生產(chǎn)。

2）擠出速度慢

 擠出速度是工藝要求的重點，擠出速度快，生產(chǎn)效率高，節(jié)約成本，有利于獲得更大的利潤。但在實際生產(chǎn)中，由于某些原因，速度提不起來。通常產(chǎn)生這一問題的主要原因是由于溫度設(shè)置不合理，材料塑化不好，提高速度則產(chǎn)品表面很差。對此，最好的解決方法是根據(jù)設(shè)備溫度情況（一般儀表顯示溫度低于材料在機筒內(nèi)部的溫度，但也有特例），將各區(qū)的溫度設(shè)置在適合的區(qū)間內(nèi)。

3）出膠不穩(wěn)

    出膠不穩(wěn)最顯著的影響是外徑波動。首先要確定材料塑化后伸長程度如何，可用手拉扯，看伸長狀態(tài)。其次，看流動性如何，可裝上模具空排料，記錄單位時間（如1～2min）內(nèi)在不同主機轉(zhuǎn)速下出膠的重量，繪圖，看主機轉(zhuǎn)速與其單位時間內(nèi)出膠量是否呈線性。中間直線部分則為這臺設(shè)備最適合的主機轉(zhuǎn)速。超過這轉(zhuǎn)速，這會出現(xiàn)出膠不穩(wěn)的情況。最后，查看第一區(qū)溫度，溫度過高，易出現(xiàn)出膠量不穩(wěn)，外徑波動的情況，建議第一區(qū)不要超過145℃。

4）機械強度不足

   電纜護套擠出后，機械強度檢測結(jié)果降低程度超過原材料檢測數(shù)據(jù)的5%，則可能是有異常的。通常是擠出溫度低或擠出溫度過高導(dǎo)致的，調(diào)整擠出溫度可以改善這一情況。

1、  結(jié)束語

雖然低煙無鹵電纜料與普通P VC、P E材料相比，其擠出溫度范圍窄、設(shè)備負(fù)荷高，而且螺桿轉(zhuǎn)速低、出膠量小，擠制較為困難，但它，只要在擠制中注意選擇合適的模具與擠塑設(shè)備，掌握材料性能與擠出特性，是完全可以克服不利因素，穩(wěn)定提升產(chǎn)品質(zhì)量的。^[3]

隨著科學(xué)技術(shù)進步和國民經(jīng)濟發(fā)展，阻燃、低腐蝕性、低毒電線電纜會廣泛使于發(fā)電廠、核電站、隧道、高層建筑等重要建筑，其潛力很大。因此。低煙無鹵電纜料憑借其低煙、低毒、阻燃等優(yōu)異性能，還有廣闊的市場前景，能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益與社會效益。 

 

 

參考文獻(xiàn)

[1] 陳鳳霞，低煙無鹵阻燃電纜的工藝特點，智能建筑與城市信息，2010年第4期，總第161期

[2] 張秀松、謝漢宜，無鹵阻燃電纜材料及其在建筑用線纜上的應(yīng)用。

[3] 余曉富、習(xí)有建、羅紹武，低煙無鹵阻燃電纜及護套擠制工藝的探討，電線電纜，2003年第3期

 

我們擠出機的低煙無鹵螺桿螺桿是設(shè)備廠家?guī)У�。在生產(chǎn)的過程中經(jīng)常出現(xiàn)出膠不穩(wěn)，并伴有竹節(jié)。大家感覺這是什么原因造成的呢？是螺桿的問題還是？

非常感謝，正需要材料呢，哈哈，已下載

建議先看看自己的第一區(qū)溫度，是不是第一區(qū)溫度高，料已經(jīng)塑化了，料在里面“打滑”。<div>懷疑螺桿有問題，換BM螺桿式一下</div>

溫度高了，低點。另模套配小些

樓主好東西，

這篇還是挺專業(yè)的。

無機鎂阻燃劑HM-2S, 該產(chǎn)品是以礦物鎂為主體，具有反應(yīng)性的新型阻燃劑，專業(yè)研磨技術(shù)粒徑可控，適用于低煙無鹵電纜料，能夠有效增加體系成碳結(jié)殼效果。改善材料自熄性能,無滴落。本品環(huán)保高效，無鹵無磷。本阻燃劑可以吸收周圍水分和氧氣，高溫下反應(yīng)生成保護材料的有機碳?xì)んw，同時起到阻燃和抑煙的作用�？墒褂糜谝恍┳枞茧娎|料中，亦可直接應(yīng)用于阻燃材料改性體系。本阻燃劑為無色粉體，不影響著色，不影響加工。電線電纜料 低煙無鹵電纜料中添加本阻燃劑25%可以提升阻燃材料的氧指數(shù)和自熄性，通過配方優(yōu)化可以做到優(yōu)異的自熄性，增加產(chǎn)品附加值。同時具有更佳的消煙效果，是氫氧化鋁阻燃劑的優(yōu)秀替代品。添加本阻燃劑和氫氧化鋁配比生產(chǎn)科使阻燃等級達(dá)到A.B級，并提高阻燃材料的自熄性。
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