挤塑工艺学

挤塑工艺学第一章 塑料和导体第一节 塑料一、聚氯乙烯塑料(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.其力学性能优越,耐化学腐蚀,不延燃,耐候性好,电绝缘性能好,容易加工,成本底,因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。

二、聚氯乙烯塑料的组份1、树脂2、增塑剂3、稳定剂4、抗氧剂5、填充剂（护套：碳酸钙，绝缘：锻烧陶土）6、着色剂三、聚氯乙烯塑料的分类及性能1、绝缘(1)绝缘级性能:电绝缘性能较好,有一定的耐热性和柔软性使用温度:70℃主要用途:通信、控制、信号、低压电力电缆.(2)普通绝缘级性能:一定的电绝缘性能柔软性及耐候性较好,价廉.使用温度:70℃主要用途:室内固定敷设的电线,500V农用电缆绝缘及仪表安装线绝缘.(3)耐热绝缘级性能:有较佳的耐热老化性和耐热变形性,电绝缘性能较好.使用温度:80℃、105℃主要用途:要求耐热较高的船用电缆,航空导线,电力电缆及安装用线的绝缘.(4)高介电性能绝缘性能:较佳的电绝缘性能,绝缘电阻高,介电性能好,耐热性好.使用温度:70℃主要用途:电压为6kV等级电力电缆的绝缘.(5)耐油耐溶剂绝缘性能:具有较好的耐油性,耐溶剂性和柔软性.使用温度:70℃主要用途:用于接触油类和化学物质的电线电缆.2、护套(1)普通护层级性能:有足够的机械强度、耐热、光性、耐老化性及耐寒性好.使用温度:70℃主要用途:塑料电线的外护层和其他电缆外护层.(2)耐寒护层级:性能要求:具有较高的耐寒性,低温柔软性好.使用温度:70℃主要用途:耐寒柔软的电线电缆的外护层.(3)柔软护层级性能要求:具有较高的柔软性,较好的耐寒性.使用温度:70℃主要用途:耐寒柔软的电线电缆的外护层.(4)耐热护层级性能要求:耐热性能良好.使用温度:105℃主要用途:耐热的电线电缆外护层.(5)耐油护层级性能要求:耐油性、耐化学药品性好.使用温度:70℃主要用途:与油类及化学药品接触的电线电缆的外护层.(6)易撕护层级性能要求:抗撕裂性较低,敷设方便,价格低廉.使用温度:70℃主要用途:室内固定敷设用绝缘电线电缆的外护层.二、聚乙烯塑料特性:聚乙烯是一种乳白色的塑料,表面呈蜡状半透明.它是电线电缆较理想的绝缘和护套材料.其主要优点如下:(1)绝缘电阻和耐电压强度高.(2)在较宽的频率范围内,介电常数E和介质损耗角正切tgs值小.(3)富有可挠性,而且强韧,而磨性好.(4)耐热老化性能,底温性能及耐化学稳定性好.(5)耐水性好,吸温率极低,侵在水中绝缘电阻一般不下降.(6)用它制作的电线电缆质量轻、使用、敷设方便、接头容易.聚乙烯塑料的缺点如下:(1)接触火焰时易燃烧和熔触,并放出与石蜡燃烧时同样臭味.(2)软化温度较底．三、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转变成体型的分子结构,使热塑性材料变成热固性材料.交联聚乙烯与一般聚乙烯相比,它可以提高耐热变形性,改善高温下的力学性能,改进耐环境应力龟裂性能和耐老化性能,增加耐化学稳定性和耐熔剂性.减少冷流性,而电气性基本保持不变.用交联聚乙烯作绝缘材料,长期工作温度可提高高到90℃.瞬时短路温度可达250℃,是发展交联聚乙烯绝缘电缆的好材料.(一)辐照交联聚乙烯辐照交联聚乙烯是利用高能射线(如β射线、射a射线和电子射线等)照射聚乙烯使聚乙烯分子之间产生交联.(二)化学交联聚乙烯化学交联聚乙烯是以聚乙烯树脂作为基本材料,再配合适量的交联剂和抗氧剂,有时还加入适量填充剂和软化剂,经捏后挤包在导体上，在一定压力和温度下,进行交联反应而成.四、塑料主要性能及其含义(一)体积电阻率塑料在电场的作用下有泄露电流通过、泄露电流通过塑料时的阻力称为体积电阻，电流通过每1cm3塑料的电阻即为体积电阻率．体积电阻率越高，绝缘性能越好．（二）密度：在一定温度（20℃)下,单位体积塑料试样的质量,称为塑料的密度.(三)抗拉强度和伸长率在材料拉力试验机上对塑料试样施加静态拉伸载荷，以一定速度拉伸至试样断裂.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伸长率.(四)耐热老化性能塑料在加工或使用过程中,由于受热导致塑料性能变劣,这种现象称为热老化,抵抗热老化的能力称为耐热老化性.第二节　导体塑料电线电缆的导体从结构分主要有:单芯导体、正规交合导体、紧压圆型导体及紧压异型导体(半圆型、扇型),另外还有软导体,如:GB/T 3956-1997中第5类,第6类导体.从材料分主要有铜,铝导体.(一)导体技术要求:(1)各种绞和导体不允许整芯焊接.(2)绞合导体中单线允许焊接,但在同一层内,相邻两接头之间距离应不小于300mm.(3)导体表面应光洁,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.(二)导体的外型尺寸及性能要求见 I/YG 3.03-2005 《电缆的导体》产品制造规范.第二章 设备第一节 塑料挤出机塑料挤出机是一机多人密切配合操作的热挤压设备，主要用于挤包电线电缆的绝缘层和护套层。

塑料挤出机类型很多，按生产需要，以螺杆直径分类，分别适用于挤出大、中、小各种规格的电线电缆.一、塑料挤出机的组成1、放线部分：由放线架，升降装置，托轮，等组成.2、主机部分:由主电机、齿轮箱、油泵、机身、机头、控制屏、操作台组成.3、冷却部分:由水槽、托轮、上下水管道等组成.4、收线部分:由收排线架、升降装置、牵引装置、计米器、火花机等组成.5、其他:由真空泵,自动加料装置等组成.二、塑料挤出机的挤塑过程塑料挤出机是热挤压设备,成盘的电线电缆线芯放置在放线盘架上,并保证线芯在生产过程中有一定的张力,在经过张紧装置后进入机头挤包绝缘层或护套层.塑料颗粒自动加入料斗后,由于螺杆的转动,进入机膛,一方面继续加热,一方面由螺杆转动搅拌,促进塑料塑化,推向机头,从模口挤出,完整紧密的挤包在电线电缆线芯上.为控制塑料的厚度和挤出的压力,应调节好模芯与模套间的距离,使塑料层均匀.由牵引带动,挤包完整的电线电缆经过火花机试验,计准长度,然后通过收线排架,整齐卷绕在线盘上.机组中各单机采用单独传动,各机组之间的工作速度可分别调整.螺杆和牵引速度应相互配合,保证电线电缆外经和塑料层均匀.放线和收排线要和挤出速度相配合.防止出现其它质量问题.要按工艺规定控制温度,选配好模具,经常观察加温系统的变化,外经的变化,速度的变化,防止塑料偏芯,焦烧,塑化不良等现象出现.三、塑料挤出机的操作规程(1)开机前操作作者应检查设备各部机组的润滑、转动、电器控制等情况,发现问题要立即找有关人员及时解决.(2)按产品的要求选配好模具,并把模芯与模套间的距离调节好,防止塑料层厚度偏差过大.(3)要提前1-2h启动加温系统,应按工艺规定调好各段温度,防止温度控制过高或过低.(4)生产前要按工艺规定检查半成品的质量,确认合格方可生产.(5)按产品长度及规格准备好合适的生产用线盘,排线要紧实整齐.(6)准备好牵引绳,并试机观察螺杆的转动、牵引转动、放线、收排线转动、加温控制系统、各部电气开关、上下水流等情况,确认无问题后开机生产.(7)开机1>、把合格的塑料加入料斗内,打开插板,启动螺杆开始跑胶.操作者要注意进料情况,观察电流表和电压表指针的变化,此时操作者不准离开岗位防止发生问题.2>塑料从模套口挤出后,要检查塑料的塑化情况等,塑料差不多要塑化好时,开始校正模具,把塑料厚度调节均匀,防止塑料层偏差.3>、按工艺规定取样检查塑料厚度,并检查塑料挤出后的质量,如气孔、表面塑化,疙瘩等.4>、一切情况正常,生产能满足工艺规定要求后,应积极组织人员开机,开机时要分工操作,并密切配合.5>、穿头引线,起动牵引,应按工艺规定的塑料层厚度要求,控制好螺杆与牵引的速度,使电缆通过牵引后,在带收排线架的线盘上整齐排好.6>在正常生产过程中要注意以下几点:①产品质量.②设备各部分的机械运转情况.③加温系统的控制情况.④螺杆和牵引速度的变化情况.⑤做到三勤:勤测外经(厚度),勤检查质量,勤观察设备.7>、记好标签、跟踪长、记录表、工艺附表等记录.8>、停机:停机时首先要切断牵引电源,然后再停主电机.要及时地拆除模芯和模套,把机头与机身接触处的螺钉扭开,并掉加料斗的插板,把机头顶出,跑净机膛内的塑料,组织人员清理机头.1>遇到下列情况要停机①生产任务完成后要及时停机清理机头.②温度控制过高时,会造成塑料焦烧,要停机清理机头和螺杆.③停机在1小时以上,要清理机头.④有其它原因停机,如停电、停水、待线、待盘、发生设备和人身事故时,都要清理机头.2>机头(螺杆)清理要干净,清理完后要及时把机头装好.3>记好交接班记录,并给下一班做好生产准备工作,如模具、生产用盘、半成品等工作.4>按岗位责任,负责机台卫生清扫工作.5>停机后,要检查电源、水源、设备各部分,确认无问题后,关调电源和水源再离开机台.第二节螺杆螺杆是塑料挤出机的心脏部分,它的结构对塑料的塑化起着决定作用.一、螺杆的类型螺杆的类型分为七类分别为:1、小型螺杆2、中型螺杆3、大型螺杆4、销钉螺杆5、屏障螺杆6、分离型螺杆7、特短螺杆二、螺杆的结构螺杆在塑料挤出过程中,由于温度的作用,把塑料塑化、压实、并排除多余空气,螺杆结构分三段.(一)预热段(进料段)颗粒状塑料从加料斗进入机筒螺杆内,此段螺杆表面光滑,减少了螺杆与机筒间的磨擦,塑料此时还保持颗粒状,开始被预热加温,由于电螺杆轴的旋转,把预热好的塑料推进压缩段开始塑化.(二)压缩段预热好的塑料,在此段开始塑化、排气和压实,最后由固态塑料变为熔状态塑料,由于螺杆的转动和混合搅拌,塑料形成粘性物状进入均化段继续塑化.(三)均化段塑料在温度的继续作用下,塑化得更加均匀.塑化均匀的塑料,由螺杆的搅拌推动,从模套口挤出成形.三、压缩比和长径比(一)压缩比压缩段开始处的一个螺槽和终止处的一个螺槽的容积称为压缩比.(二)长径比螺杆有效工作长度和螺杆直径之比称为长径比(三)螺杆压缩比和长径比大小对挤塑的影响塑料挤出机的螺杆是设备非常重要的组成部分.它的形状,直径的大小和长短,对塑料塑化的好坏起着决定性作用.螺杆较长,塑料在螺杆中受热的时间也较长.因此塑料的塑化就均匀,塑料的挤出量也多,塑化的效果也好.要使塑料塑化更好,塑料在整个螺杆搅拌中,应产生较大的压力,使塑料在塑化过程中更致密.聚乙烯和聚氯乙塑料的压缩比为1:2～1:3.四、螺杆与机筒的间隙螺杆与机筒间隙的大小,对质量和产量都有很大的影响,特别是对质量起着主要作用.螺杆的均化段间隙,如果增加,使漏流现象增加,则容易产生塑料分解,造成塑化差,质量低劣,而产量也下降.因此,一般螺杆与机筒的间隙应为0.002D～0.005D,D为螺杆直径(mm)五、螺杆冷却水为了控制调节温度,塑料挤出机的螺杆上设有冷却水装置.在正常生产过程中,由于螺杆的旋转摩擦而产生热量,形成摩擦温度,一般摩擦度为10-15℃.因此,控制温度不宜过高,过高则容易使塑料烧焦.为达到合适的温度,使用螺杆冷却水来控制温差.使用螺杆冷却水时应注意以下几点:(1)螺杆冷却水的流量不宜过大要适量,用甲手摸水感觉到水温暖即可.(2)使用螺杆冷却水要注意外经的变化（即塑料厚度变化）．在螺杆和牵引速度相适应时，如果用螺杆冷却水，就会使电缆外经变小，塑料厚度变薄．(3)操作时应做到停机时要停水,防止设备发生事故.(4)交接班时要交清使用螺杆冷却水的情况.六、螺杆的维护保养螺杆是塑料挤出机的心脏部分,维护保养好螺杆是提高产品质量和质量的关键.因此,主注意下列几个问题:(1)不允许螺杆空转(2)在清洗螺杆时,要把螺杆垫平垫稳,不允许螺杆转动,防止损伤螺杆.(3)严禁将金属物品加入机筒内,以免损伤螺杆.(4)温度过低时严禁起动螺杆.(5)使用螺杆冷却时,要做到停机必须停水.(6)定期清洗螺杆.第三节 加温系统塑料挤出机的加温系统是设备的主要组成部分,温度控制不好,对产品质量影响较大.因此,要控制适当的温度,不可过高或过低.一、加温系统塑料挤出机一般为六个加温区,机头三个,机身三个,温度可按实际情况自动调节,但应按照工艺规定调节,不可过高或过低.在使用过程中,加料斗加温区的温度不宜过高,机脖加温区的温度不宜过低,现介绍各部温度的作用.1、机头1、2温区的作用:机头1、2温区对塑料产品的表面质量起着决定性作用,如果温度控制合适模具选配适当,塑料产品的表面就光滑.2、机头3温区(机脖)的作用:塑料塑化好后,由机筒进入机脖,产生较大的阻力(压力),由于推力作用,使塑料致密,再塑化压实,保证了塑料的塑化.3、机身4、5温区的作用:此加温区为均化段的压缩段,由于螺杆转动的搅拌压缩作用,固体状塑料变成可塑体(熔融状态),在温度的作用下,塑料完全塑化均匀.4、机身6区的作用:颗粒状塑料从加料斗进入机膛,由于温度的作用,塑料开始被预热,并把多余的气体从加料口排除,此时温度控制不宜过高,它是加温系统控制温度最低的加温区.二、控制温度的高低对产品质量的影响挤出用的塑料,挤出的速度,挤出的外经,挤出的厚度,挤出时的自然环境都对温度控制有一定影响.(1)温度控制超高,容易烧焦和使塑料老化,也容易产生气孔,气泡,气眼等等质量问题.(2)温度控制过低,塑料塑化不好,有树脂疙瘩或未塑化好的小颗粒,特别是合胶缝合得不好,不但影响产品质量,还容易造成脱节、裂纹、断胶等现象.因此,要严格按工艺规定控制温度,不宜过高或过低.第三章 制造工艺一、塑料挤出的温度各种塑料挤出的温度是不一样的,如果温度控制不合适,塑料就会产生很多缺陷.塑料挤出温度的控制如下表:塑料挤出温度的控制温度的控制不要过度或过低,温度控制得过高容易烧焦老化或交联,温度控制过低容易产生塑化不良现象,影响产品质量,因此温度控制要适当.二、塑料挤出的速度塑料的挤出快慢或塑化的好坏与材料和温度有关.各种塑料的塑化温度不同,聚氯乙烯为175～180℃:聚乙烯为120～150℃.如果要快速挤出塑料,只有材质优良,温度适当,才能加快挤出质量.另外,挤出速度与挤出厚度(出胶量)也有密切关系,出胶量大(塑料层厚),挤出速度慢,反之,挤出速度就快.在保证质量的前提下,可适当提高挤出速度.三、挤出工艺按各种产品制造规范规定的平均厚度.最薄点及分色要求执行.四、模具(一)模具的形状及设计的基本知识1、模芯:有无嘴,短嘴,长嘴三种.2、模套:有平面,凸面,凹面三种.3、模芯与模套配合后有挤压式,半挤压式(半挤管式)、挤管式三种.(二)设计模具的基本知识在用塑料挤出机挤制电线电缆的绝缘层和护套层时,模具是控制电线电缆塑料层厚度的关键.为了使塑料塑化得更好,选配合适的模具非常重要,因此要按公式选择模具.一般电线电缆在选模具时,绝缘要选小些,铠装护套要选大些,这样才能对塑料表面起到良好的塑化作用,达到工艺要求.1、挤压式挤压式模具是无嘴模芯和一般模套配合.塑料通过模具的挤压,直接挤包在线芯或缆芯上.但有的线芯和缆芯有弯,容易造成塑料层的偏芯,因此要使用放线张力,调节塑料层偏芯.挤压式的生产方式,一般适合于生产小截面的电线电缆.2、半挤压式(半挤管式)用短嘴模芯和一般模套配合,模芯嘴的承线径伸到模套承线径的1/2处,可采用真空挤塑,也可不采用真空挤塑.3、挤管式,此方法使用的最普遍.用长嘴模芯和一般模套配合,把模芯嘴伸到与模套口相平,然后采取真空挤塑,把塑料吸附在线芯或缆芯上.电力电缆的绝缘层和护套层都采用取真空挤塑.采用这种方法表面塑化较好,塑料厚度均匀,不易偏芯,挤包紧实.(三)模具的选配方法1、绝缘线芯(1)圆形导体要量直径.(2)扇形导体要量宽度.2、护套缆芯(1)铠装电缆要量缆芯最大直径.(2)非铠装电缆要量缆芯直径.3、检查模具的质量:承线径表面是否光滑,有无裂口或缺口,划痕,碰伤,凹凸等现象.4、承线径的修整:配好模具后,把承线径用细砂布圆周式的擦抹,直到表面光滑为止.5、模具的选配,铠装电缆模具要选大些,因为有接头.绝缘线芯选配模具不宜过大,要适可而止,即导体穿过时,不过松或过紧.6、选配模具要以工艺规定的标称厚度为准,模芯选配要按线芯或缆芯的最大直径(扇形宽)加放大值,模套的选配要按模芯直径加塑料标称厚度加放大值.(四)配模的理论公式1、模芯D1=d+e12、模套D2=D1+2f+2Δ+e2式中D1---模芯直径(mm)D2---模套直径（mm)d---生产前产品的最大直径（扇宽）（mm)f---模芯嘴壁厚（mm)Δ---工艺规定产品的塑料厚度（mm)e1---模芯放大值e２---模套放大值３、放大值e1或e2(1)绝缘线芯模芯e1的放大值为0.5～3mm.(2)绝缘线芯模套e2的放大值为1～3mm.(3)生产外护套电缆用模芯e1的放大值：铠装电缆为2～6mm,非铠装电缆为2～4mm.(4)生产外护套电缆用模套e2的放大值为2～5mm.(五)选配模的经验(1)16㎜2以下的绝缘线芯配模,要用导体试模芯.以导体通过模芯为宜.不要过大,过大将产生倒胶现象.(2)真空挤塑时,选配模具要合适,不宜过大,若过大,绝缘层或护套层容易产生耳朵,棱,松套等现象.(3)挤塑过程中实际在挤制产品时,塑料有拉伸现象存在,一般塑料的实际拉伸在2.0㎜左右.(4)安装模具时要调整好模芯与模套间的距离,防止堵塞,造成设备事故.(七)设计模具应满足下列条件.(1)增加模具的压力,使塑料从机筒进入模具后,压力增大,从而增加塑料的塑化和致密性,提高产品质量.(2)增加模腔内的塑料流动通道,使流道中的塑料进一步塑化,从而提高塑料塑化程度.(3)消除流道中的死角,使流道成流线型.(4)真空挤塑模具,模芯的承线径一般在20～40㎜，模套承线径一般在15～30㎜.(八)模具调整1、调整模具的原则(1)面对机头,先松后紧,紧螺钉的方向为上左,下右，左下,右上.(2)经常检查对模螺钉是否松动或损坏.(3)调模时,模套的压盖不要压得太紧,等调整好后再把压盖压紧,防止压盖进胶,造成塑料层偏芯或烧焦.2、调整模具的方法(1)空对模:生产前把模具调整好,用肉眼把模芯与模套间距离或间隙调整均匀,然后把对模螺钉拧紧.(2)跑胶对模:塑料塑化好后,调整对模螺钉,一方面跑胶,一方面调整,同时取样检查塑料厚度是否偏芯,直到调均匀为止,然后把对模螺钉拧紧.(3)走线对模:适合小截面的电线电缆调模.把导线穿过模芯,与牵引线接好,然后跑胶.等胶跑好后,调整好螺杆和牵引速度,起车跑线取样,然后停车,观察样品的塑料层厚度是否均匀,反复几次,直到调均匀为止,再把螺钉拧紧.(4)灯光对模:适合聚乙烯塑料电线电缆.利用灯光照射绝缘层和护套层,观察上、下、左、右四周的厚度,调整对模螺钉,直到调均匀为止,然后把螺钉拧紧.(5)感觉对模:它是经验对模的方法.利用手模感觉塑料层厚度,调整模具.适于大截面电线电缆的外护层.(6)其它对模方式.1>利用游标卡尺的深度尺测量塑料层厚度,调整模具.2>利用对模螺杆的螺纹度调整模具.3>利用取样 测量塑料厚度调整模具.第四章废品的种类及排除方法第一节焦烧一、焦烧的现象(1)温度反应超高,或者是控制温度的仪表失灵,造成塑料超高温而焦烧.(2)机头的出胶口烟雾大,有强烈的刺激气味,另外还有噼啪声.(3)塑料表面出现颗粒状焦烧物.(4)合胶缝处有连续气孔.二、产生焦烧的原因.(1)温度控制超高造成塑料焦烧.(2)螺杆长期使用而没有清洗,焦烧物积存,随塑料挤出.(3)加温时间太长,塑料积存物长期加温,使塑料老化变质而焦烧.(4)停车时间过长,没有清洗机头和螺杆,造成塑料分解焦烧.(5)多次换模或换色,造成塑料分解焦烧.(6)机头压盖没有压紧,塑料在里面老化分解.(7)控制温度的仪表失灵,造成超高温度后焦烧.三、排除焦烧的方法(1)经常地检查加温系统是否正常.(2)定期地清洗螺杆或机头,要彻底清洗干净.(3)按工艺规定要求加温,加温时间不宜过长,如果加温系统有问题要及时找有关人员解决.(4)换模或换色要及时、干净,防止杂色或存胶焦烧.(5)调整好模具后要把模套压盖压紧,防止进胶.(6)发现焦烧应立即清理机头和螺杆.第二节 塑化不良一、塑化不良现象(1)塑料层表面有蛤蟆皮式现象.(2)温度控制较低,仪表指针反映温度低,实际测量温度也低.(3)塑料表面发乌,并有微小裂纹或没有塑化好的小颗粒.(4)塑料的合胶缝合得不好,有一条明显的痕迹.二、塑化不良产生的原因(1)温度控制过低或控制得不合适.(2)塑料中有难塑化的树脂颗粒.(3)操作方法不当,螺杆和牵引速度太快,塑料没有完全达到塑化.(4)造粒时塑料混合不均匀或塑料本身存在质量问题.三、排除塑化不良的方法(1)按工艺规定控制好温度,发现温度低要适当的把温度调高.(2)要适当地降低螺杆和牵引的速度,使塑料加温和塑化的时间增长,。