低煙無(wú)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(wú)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(shí)簡(jiǎn)單探討了幾個(gè)常見擠出問(wèn)題的處理方法。

【關(guān)鍵詞】 低煙無(wú)鹵電纜料，擠出工藝，擠出問(wèn)題

前言

低煙無(wú)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(duì)低煙無(wú)鹵電纜料的擠出探討卻從未停止過(guò)。使用不同的基材的低煙無(wú)鹵材料體系，對(duì)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(jiǎn)單地探討低煙無(wú)鹵電纜料的擠出工藝，望對(duì)電線電纜工藝同行有所幫助。

 

［saman4213 在 2011-7-6 14:17:51 編輯過(guò)］

1、  低煙無(wú)鹵電纜料的特性

低煙無(wú)鹵電纜料的配方是比較獨(dú)特，在基材中（如EVA樹脂）添加大量的無(wú)機(jī)填充劑，以滿足燃燒發(fā)煙量少、無(wú)鹵、環(huán)保無(wú)毒、阻燃等性能。但由于低煙無(wú)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(jī)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(jī)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(wú)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(shí)低溫低速，造成生產(chǎn)速度下降，降低效率，同時(shí)材料的各項(xiàng)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(jī)。螺桿是擠出機(jī)的最主要部件，關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。鑒于低煙無(wú)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(gè)較好的冷卻系統(tǒng)冷卻降溫。同時(shí)，與電纜相對(duì)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(jī)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(wú)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(shí)，很容易造成聚合物的化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)品的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等機(jī)械特性下降。同時(shí)螺桿壓縮比較大，擠出機(jī)速度達(dá)不到正常水平，致使物料在機(jī)筒和螺桿間滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且擠出過(guò)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(jī)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(duì)低煙無(wú)鹵電纜料來(lái)說(shuō)，一般選用無(wú)鹵料的專用螺桿，這種螺桿前端（擠出端，計(jì)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(wú)鹵材料的專用螺桿），如無(wú)專用螺桿，可使用普通型的螺桿，但它的壓縮比不能過(guò)大，一般在1：1～1：2.5之間比較適宜。

圖1 低煙無(wú)鹵材料的專用螺桿

部分電纜廠設(shè)備上裝配的低煙無(wú)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(jì)量段，導(dǎo)致生產(chǎn)中易出現(xiàn)出膠量不穩(wěn)等問(wèn)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(shí)作業(yè)靈活，仍能較好地?cái)D出。

2）擠出機(jī)的冷卻裝置

在擠出過(guò)程中，因低煙無(wú)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(gè)不可忽視的問(wèn)題，如果溫度過(guò)高將使線纜的表面產(chǎn)生很大的氣孔，溫度過(guò)低又會(huì)使設(shè)備的整機(jī)電流加大，容易損傷設(shè)備。我曾經(jīng)見過(guò)一個(gè)上�？蛻魧�擠出機(jī)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(diǎn)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(wú)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(qiáng)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(duì)模具的選配也有所不同。低煙無(wú)鹵電纜料的的機(jī)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(shí)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(guò)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(wú)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(shí)際溫度）超過(guò)180～200℃則有阻燃劑分解的風(fēng)險(xiǎn)，超過(guò)230℃會(huì)大量“放炮”，已無(wú)法使用；擠出溫度過(guò)低又會(huì)使設(shè)備的整機(jī)電流增大，影響設(shè)備壽命。  

同時(shí)，配方體系不同各種低煙無(wú)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(jī)螺桿結(jié)構(gòu)不同而相異。一般來(lái)說(shuō)，在剪切力大的擠出機(jī)上擠塑工藝溫度要比剪切力小的擠出機(jī)上低。另外，不同溫區(qū)溫度對(duì)電纜擠出表面質(zhì)量影響程度不同，其中機(jī)頭影響最大，其次是計(jì)量段，該兩區(qū)溫度過(guò)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(jìn)步，目前市場(chǎng)上比較成熟的低煙無(wú)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(wú)鹵電纜料在Φ90機(jī)的溫度設(shè)置）。一般情況下，低煙無(wú)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(wú)鹵電纜料能更好地塑化、擠出。

表1低煙無(wú)鹵電纜料在Φ90機(jī)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(jī)頭	�？�
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(jī)溫度設(shè)置偏高一些，大型擠出機(jī)溫度設(shè)置低一些。以Φ90機(jī)為例，第一區(qū)的溫度不能太高，溫度高會(huì)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(jī)筒不同心，螺桿蹭機(jī)筒，發(fā)出異常響聲；第四區(qū)為螺桿的計(jì)量段，電纜料要在這里完全塑化，溫度不宜過(guò)高，否則會(huì)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(duì)電纜料擠出后性能會(huì)產(chǎn)生不利影響；�？诘臏囟炔灰诉^(guò)高，否則會(huì)產(chǎn)生�？谕夥�現(xiàn)象，俗稱“流涎”或“流延”。

1、冷卻方式

低煙無(wú)鹵的護(hù)套在擠出時(shí)收縮更急劇，導(dǎo)致護(hù)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(jìn)而埋下應(yīng)力集中的隱患，甚至最終導(dǎo)致電纜外護(hù)套的應(yīng)力開裂。為減少生產(chǎn)過(guò)程 中引起應(yīng)力集中，建議在護(hù)套擠出過(guò)程中，采用分段冷卻的方式進(jìn)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(guò)程中，尤其要注意的一點(diǎn)是：從�？诔鰜�(lái)后進(jìn)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(wèn)題外，還可能在電纜表面出現(xiàn)一系列的小圓點(diǎn)，使電纜外護(hù)套的表面出現(xiàn)坑坑洼洼，影響電纜外觀。^[1]

2、  常見問(wèn)題處理

生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)有各式各樣的問(wèn)題出現(xiàn)。現(xiàn)對(duì)幾種常見的擠出么問(wèn)題做簡(jiǎn)單探討。

1）護(hù)套表面毛糙，

護(hù)套表面毛糙，不光亮是在生產(chǎn)中常見的問(wèn)題。

首先遇到此問(wèn)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(shí)間較長(zhǎng)，或是南方的“黃梅天”生產(chǎn)的，產(chǎn)品可能受潮，檢驗(yàn)一下低煙無(wú)鹵電纜料的水分含量即可確定。無(wú)鹵料內(nèi)填充的無(wú)機(jī)材料易與水形成水合物，所以無(wú)鹵料與其他料相比，容易吸水受潮。通常，非鋁塑包裝的無(wú)鹵材料存放3個(gè)月即在使用前需烘干：烘干溫度80℃,烘干時(shí)間為3小時(shí)。

其次，查看擠出溫度。擠出溫度過(guò)高，小分子物分解，易使表面毛糙，不光滑；擠出溫度過(guò)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(diǎn)，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(rùn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于某些原因，速度提不起來(lái)。通常產(chǎn)生這一問(wèn)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(duì)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(jī)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(dòng)。首先要確定材料塑化后伸長(zhǎng)程度如何，可用手拉扯，看伸長(zhǎng)狀態(tài)。其次，看流動(dòng)性如何，可裝上模具空排料，記錄單位時(shí)間（如1～2min）內(nèi)在不同主機(jī)轉(zhuǎn)速下出膠的重量，繪圖，看主機(jī)轉(zhuǎn)速與其單位時(shí)間內(nèi)出膠量是否呈線性。中間直線部分則為這臺(tái)設(shè)備最適合的主機(jī)轉(zhuǎn)速。超過(guò)這轉(zhuǎn)速，這會(huì)出現(xiàn)出膠不穩(wěn)的情況。最后，查看第一區(qū)溫度，溫度過(guò)高，易出現(xiàn)出膠量不穩(wěn)，外徑波動(dòng)的情況，建議第一區(qū)不要超過(guò)145℃。

4）機(jī)械強(qiáng)度不足

   電纜護(hù)套擠出后，機(jī)械強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果降低程度超過(guò)原材料檢測(cè)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(guò)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(yǔ)

雖然低煙無(wú)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(jìn)步和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，阻燃、低腐蝕性、低毒電線電纜會(huì)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(wú)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(chǎng)前景，能為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 

 

 

參考文獻(xiàn)

[1] 陳鳳霞，低煙無(wú)鹵阻燃電纜的工藝特點(diǎn)，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(wú)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(wú)鹵阻燃電纜及護(hù)套擠制工藝的探討，電線電纜，2003年第3期

 

我們擠出機(jī)的低煙無(wú)鹵螺桿螺桿是設(shè)備廠家?guī)У摹Ｔ谏�產(chǎn)的過(guò)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(wèn)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(wèn)題，換BM螺桿式一下</div>

溫度高了，低點(diǎn)。另模套配小些

樓主好東西，

這篇還是挺專業(yè)的。

無(wú)機(jī)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(wú)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(wú)滴落。本品環(huán)保高效，無(wú)鹵無(wú)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(hù)材料的有機(jī)碳?xì)んw，同時(shí)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(wú)色粉體，不影響著色，不影響加工。電線電纜料 低煙無(wú)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(guò)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(shí)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(jí)達(dá)到A.B級(jí)，并提高阻燃材料的自熄性。
聯(lián)系電話：18842220637 李先生 微信同步

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