线缆包覆挤塑模设计

第九章线缆包覆挤塑模设计线缆包覆模是指用于电线电缆包覆成型，并赋予一定几何形状与尺寸的工艺装备.线缆包覆模属于环隙口模，但与管材模相比，熔体在环隙中除了压力流外还有由于芯线连续牵引运动所引起的拖曳流动.金属芯线为了包覆一层塑料作为绝缘层，需在挤出机上用转角式机头挤出成型。当金属芯线是单丝或多股金属线时，挤出产品为电线；当金属芯线是一束互相绝缘的导线或不规则的芯线时，挤出产品为电缆.塑料线缆的生产过程可划分为两个主要步骤：首先是制备缆料；其次是生产塑料线缆。电缆料电缆料是指用于线缆的绝缘和护套材料的塑料，常用的塑料品种有：PVC、PE、PP、PA及氟塑料等。1、PVC电缆料PVC电缆料品种繁多、应用广泛。耐电压和绝缘电阻较高，但介电常数和介电损耗大。利用添加特种性能的助剂或改性剂，可分别制造出耐热型（105°C）、耐寒型、耐油型和无毒型等PVC电缆料。PVC电缆料的主要缺点是使用温度范围较窄。2、PE电缆料可用于高频通信电缆和电力电缆的绝缘材料：PE耐电压性能好，介电常数和介电损耗小，受温度频率的影响较小；是电缆护层的好材料：力学性能良好，耐溶剂、耐化学药品、耐水耐湿性能突出。交联PE适用于作耐热电力电缆的绝缘层：比PE耐热性高，不熔融，耐环境应力开裂性和耐化学药品性有很大改进。3、PP电缆料PP是最轻的一种电缆绝缘材料（密度为0.90~0.91g/cm3），电气绝缘性很好，且力学强度大，耐热性高，可在110°C条件下连续工作，特别适宜用作在较高温度下的电绝缘材料。PP柔韧、耐磨，可做成较薄的线缆护层。可制成特种电缆（如深海小直径多芯电缆）。泡沫PP是电话电缆非常好的绝缘材料。线缆包覆生产工艺流程线芯电缆料线芯挤出包覆冷却定型卷取PVC电缆热处理冷却卷取交联PE电缆PVC绝缘电线交联PE绝缘电力电缆PVC绝缘控制电缆电缆生产设备一.线缆包覆模类型1.挤压式包覆模(用于电线包覆成型)口模与机体分为两体，靠口模端面保证与芯棒的同心度。改变(或更换)口模尺寸、挤出速度、芯线的移动速度及导向锥轴向位置，都将改变塑料包覆层的厚度.这种机头结构简单，调整方便。主要缺点是：芯线与包覆层同心度不好。原因：其一，芯棒与导向套本身就可能引起塑料的不均匀流动，造成塑料停留时间长或过热分解；其二，转角式机头不容易均匀地加热。虽然电热圈可布满整个机头，但机头与挤出机连接处却不易加热或冷却，同时温度分布不均匀也将影响同心度.口模成型段长度L为其出口内径D的1.0~1.5倍.导向锥前端与口模入口间的距离为1.0~1.5D.2.套管式包覆模结构与挤压式包覆机头相似。后者将塑料在口模内包覆在芯线上，而套管式包覆机头将塑料挤成管，在口模外包覆在芯线上。一般靠塑料管的热收缩或借助于抽真空使塑料管更紧密地包在芯线上.2.套管式包覆模口模定型段长度L为口模出口直径D的0.5倍以下，避免螺杆背压过大和在电缆表面出现流痕现象.二.包覆模结构设计1.芯模几何设计包覆层可达到的厚度分布与流道分配系统几何形状的关系至关重要。要求熔体流经流道后，在其被包覆的导线圆周上产生相同的流速，以确保线缆包覆层具有均匀的厚度分布.为达此目的，常有以下三种芯模几何形状设计:(1)螺旋式芯模线缆包覆模塑料熔体从切向引入螺旋形通道，螺旋螺距连续减小，熔体的螺旋运动逐渐转变为轴向运动，沿轴向均匀流动。(2)心形曲线线缆包覆模熔体沿平行于芯模的斜刃面分成两股独立熔体流。随后流道变宽而深度变浅，位于斜刃面下方并在内弧线12上延伸，流经心形部分10起补偿作用。(3)双鱼尾形流道线缆包覆模来自挤塑机的塑料熔体首先分成两股分别进入两个半环状沟槽，随后流入两鱼尾形流道，使之形成轴向均匀流动.2.流道锥角设计在流道分配系统之后，芯模和模套构成的圆环形间隙沿导线运动方向变窄，使得熔体流速逐渐升高。如果需要达到高的包覆速度，则模芯和模套之间的夹角最好是恒定地变小直至包覆区，它有助于抑制涡流，使熔体被拉伸而更均匀。导向锥及模套通常是可更换的，以适应用同一机头包覆多种不同规格导线之需.L.R.哈蒙德(L.R.Hammond)所做实验:芯线直径为0.64mm的铜线，口模环隙外半径为0.56mm。结论1：电线外观质量随口模锥角的增大而降低，并由此可得临界剪切速率或临界牵引速度。结论2：线缆外观质量随MFI的增大而提高。故在确保线缆力学性能的条件下，使用流动性好的树脂有利于牵引速度V的提高和锥角的扩大。3.导向锥间隙设计线缆包覆机头中熔体压力常高达50MPa，为了防止塑料熔体渗入导向锥内孔，芯线与导向锥内孔间的间隙应很小，常为0.05mm。在套管式包覆模中，此间隙可放大为0.2~0.3mm。在包覆过程中，由于间隙小，导线速度高，故导向锥的磨耗特大，应注意材料的选取.4.口模对中设计口模预对中机头如图示.此类机头无需采取补充对中措施，且当芯线通过内导向环1时已被一薄熔体所包围，使得磨损小，芯线与熔体间粘附性好.5.口模形状设计口模孔几何形状及成型段长度，对包覆速度及包覆质量具有重要影响。圆锥度较小，成型段较长的口模，能生产出表观质量较好的线缆。对于SPVC，口模成型段长度为0.2~2.0D，对于聚烯烃则为2~5D。包覆产品质量受到机头尺寸的影响.J.M.汉斯(J.M.Hans)选用直径为0.4、0.5和0.6mm的导线，进行PE敷层厚度为0.16、0.20和0.26mm的一组口模尺寸进行实验。结论：敷层表面光滑性随树脂流动指数MFI值的增加而提高；而机头入口压力将随MFI值的增加而减小。敷层表面光滑性随口模锥体长度a的增大而改善。但芯线牵引阻力增加，机头内的压力随之减小。敷层表面光滑性随口模直径d的减小即敷层减薄而下降。敷层表面光滑性随芯线牵引速度V的增加而降低，但压力和牵引力却随之增大。三.芯模分配系统设计具有分配塑料熔体，沿轴向流动均匀的作用。因此有必要定量地确定芯模几何尺寸。圆柱形芯模分配系统尺寸可借助于衣架机头流道设计的分析结论，把圆柱形芯模分配系统看作是由分配歧管和狭缝阻流区组成，并假定符合:A.塑料熔体在所有流径上具有相同的压力降，保持在整个出口的圆周上具有恒定的流速;B.熔体沿分配流道流动的每一个路径上，具有恒定的剪切速率或表观粘度；C.熔体流经每条路径所停留时间大致相等.(1)歧管半径及最大半径R()=R0(/)1/3(9-1)R0=0.95(rH2)1/3(9-2)(2)阻流区高度y及最大高度yc(3)歧管与阻流区的表观剪切速率(4)歧管与阻流区的表观粘度(5)总压力损失(6)熔体平均停留时间截锥形芯模分配系统尺寸如要求在分配系统中有恒定的剪切速率，则在阻流区沿流动方向上的缝隙高度就必须增加.(6)熔体在流道中的平均停留时间第九章其它挤塑模喷丝机头造粒机头挤网机头1.喷丝机头常用单丝以PA、PVC、PVDC、PE、PP、PETP等树脂为原料，通过机头挤出，冷却初定型后，再经高倍热拉伸卷取，获得所需单丝。经高倍热拉伸的单丝，分子沿轴向方向取向程度大增，力学性能显著提高。生产工艺包括：挤出、成型、拉伸、热定型、卷绕。生产线：（1）两步拉伸单丝生产线水浴池中预拉伸——热风炉中二次拉伸热风炉中预拉伸——热风炉中二次拉伸（2）单步拉伸单丝生产线主要用于PETP单丝的生产主要用于PETP、PA的单丝生产可用于PP、PA的单丝生产主要用于HDPE单丝的生产机头喷丝孔很小，采用45或65挤塑机已足够。机头入口处须设栅板和滤网，滤网常用4O～8O目。PVC使用1～3层，PE使用2～3层。1.1机头结构设计有水平式和垂直式两种。1.2喷丝板参数(1)喷丝孔径它与单丝直径间的关系，视塑料品种及其拉伸比的不同而异。同一喷丝板上的喷丝孔径、中心距及成型段长度应保持一致。孔径误差必须控制在5%以下。拉伸比—喷丝板孔径与被挤出物经充分松弛后直径之比。(2)喷丝孔数常用孔数为6的倍数，但一般不超过72孔。(3)喷丝孔成型段长L可参照圆形截面棒材口模成型段长度公式（6-1）。也可凭经验：取喷丝孔长径比为L/d=4~5。(4)喷丝孔入口角一般为20（PP）~60（PE）。(5)喷丝板强度2.造粒机头造粒工艺加工生产对粉粒体处理技术与装备的需求日益增多；边角料、废旧塑料的回收需要。螺杆挤出造粒机分单螺杆和双螺杆型，挤出形式有前出料和侧出料两种。经混合、捏和的湿物料或低软化点（一般指小于50℃）物料在螺杆输送、挤压作用下，从机头开孔模板挤出，再经过干燥或冷却得到颗粒成品，从而实现将粉状产品改变为均匀的颗粒产品的目的。成品颗粒直径可由模板开孔孔径调节和控制。废旧塑料经过清洗干燥之后，成型加工之前一般要根据树脂的特性和成型条件的要求进行造粒。造粒工艺分为冷切造粒和热切造粒两大类，一般不同的塑料品种造粒工艺也不相同，但同种塑料也会因成型设备及工艺的不同而采用不同的造粒工艺.热切粒法是采用特殊形状的旋转切刀不断剪切由出条孔板挤出的塑料条，随着旋转切刀转速的不同，可得到不同长度的粒子。颗粒截面形状与出条孔板小孔截面形状有关；颗粒长度与挤出速度及切刀转速有关。这种方法由于物料温度高，阻力小，切粒所需功率低，切刀磨损也小。它结构紧凑，占地面积小。但造粒时不易冷却，易发生粘结现象。适用于热切粒的机头结构见图。分流器正面有两个孔，可用专门的扳手拧开分流器，以便清理机头或更换过滤网等。分流器四周开设孔径为10毫米的圆孔16个。出条孔板上同一圆周均匀排列20个小孔，孔径3.7毫米。冷切粒法是挤出物料冷却后进行切粒。若挤出物料为带状，首先用切刀将它切成条状，然后再用另一组切刀横向切割；若挤出物料为条状，只需用切刀横向切割即可成粒。这种方法，不易发生粘结现象。但工艺过程长，占地面积大，动力消耗大，切刀磨损严重。片料、线料的冷切造粒熔体从塑化设备中引出片料(如双辊塑炼机)或线料(如挤出机)。通过冷却水槽冷却，经脱水辊后，用牵引辊以一定的速度送入到切粒机中，料条牵引速度不超过60一70m／min，料条数目不超过40根，粒料的截面大小和长度由牵引速度和送料速度确定。造粒的质量、表面质量、光泽、颜色、气泡均可在线料上连续检验。PVC造粒机组，主要同PVC管材机组配套，以生产出，低成本、高质量的产品。也可为其他PVC产品的废料造粒。用途：废旧塑料造粒机是把聚乙烯（大棚膜、饮料瓶、内衬袋等）或聚丙烯（旧编织袋、打包袋、打捆札绳等）经挤出、冷却、切粒生产出塑料颗粒的设备。特点：本设备与破碎清洗机、切粒机配套。破碎清洗好的塑料，不用凉晒，直接可以投入挤出造粒，工序简单，工艺先进，且适用于不同废旧塑料。口模板造粒口模板的钻孔应具有较小的长径比（L/D10）且为锥形入口，入口锥角为好。成型段长度L=[(LE/R)+E]R在机械设计时应注意口模前缘熔体将有50~70MPa的压力。3.挤网机头塑料网挤出成型原理塑料网挤出成型有两种方式：片状塑料网和圆筒状塑料网。片状塑料网机头由上、下两个模唇组成，分别设有相应的半圆孔，相互紧密接触。上、下模唇都可以单独地或分别地作方向相反的往复运动。BC上、下模唇产生相对位移时，上下模唇的半圆孔就会有规律地、间断地相合，形成完整的圆孔。相互分开后，又形成分开的半圆孔。当塑料熔体通过彼此相合的半圆孔时，即形成一段短的圆形线条，但当半圆孔不相合时，则形成两条半圆形线条。半圆线条形成网的网眼，而圆形线条形成网的‘‘结节”。由于往复的方向、速度、挤出速度等不同，可以形成多种网型圆筒型塑料挤网机头由芯棒和口模组成，（图a）口模和芯棒分别设有相应的半圆孔，互相紧密配合，塑料熔体仅能从型孔中挤出成丝。若芯棒与口模产生相对旋转运动时（图b）。若芯棒不动，口模回转或芯棒与口模都回转（图C)，那末芯棒和口模分别挤出的半圆丝就会有规律地、间断地相合，形成网结。改变芯棒和口横的回转方向、速度和挤出速度，便得到多种网形。1-锥壁；2-流道；3-连接螺纹；4-旋转轴；5-