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1、引言

在生產(chǎn)電線電纜金屬導體外部包裹塑料的時候，需要經(jīng)過一套有顆粒狀固體到軟體液體的混合物的過程，這一過程就叫擠出，也叫擠塑。

2、擠塑過程中的影響因素

擠出過程的工藝條件對制品的產(chǎn)量和質(zhì)量影響很大，特別是塑化過程，更直接影響制品的性能和外觀，影響這一過程的主要因素是溫度和機械剪切作用。

2.1擠塑溫度

在塑料的擠出過程中，物料聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變及決定物料流動的粘度都取決于溫度，因此，溫度是塑料擠出工藝中最重要的工藝參數(shù)。

由于溫度影響著塑料的熔融過程和熔體的流動性，因此擠出溫度就和擠出制品質(zhì)量有著密切的關(guān)系。為使固體物料熔化為進行擠出加工的粘流態(tài)，擠出物的溫度應(yīng)高于物料的粘流溫度（或熔點），而且加工溫度還不應(yīng)使物料出現(xiàn)大量分解，因此擠出溫度上限為不能高于物料的最高穩(wěn)定溫度，如熔融態(tài)聚乙烯穩(wěn)定的溫度范圍較寬，則有較寬的加工溫度；而聚氯乙烯的穩(wěn)定溫度范圍很窄，故加工溫度范圍也較窄，為提高材料的熱穩(wěn)定性，在樹脂中加入穩(wěn)定劑以提高最高穩(wěn)定溫度。

因為聚合物的擠出溫度是一個較大的范圍，靠近溫度下限和接近溫度上限都可以完成塑料的擠出，低溫擠出和高溫擠出各有所長。

低溫擠出有如下優(yōu)點：保持擠出塑料層的形狀比較容易，由于擠包層中熱能較小縮短了冷卻時間；此外溫度低還會減少塑料降解，這對容易產(chǎn)生熱降解的塑料（如聚氯乙烯）尤為重要，同時對擠出過程易發(fā)生其它物理化學變化（如交聯(lián)聚乙烯擠出溫度高時容易發(fā)生先期交聯(lián)，發(fā)泡制品易出現(xiàn)發(fā)泡度低）的塑料也很重要。但擠出溫度低，臨界剪切應(yīng)力、臨界剪切速率值也低，會使擠包層失去光澤，并出現(xiàn)波紋，不規(guī)則破裂等現(xiàn)象。另外溫度低，塑料熔融區(qū)延長，從均化段出來的熔體中仍夾雜有固態(tài)物料，這些未熔物料和熔體一起成型于制品上，使擠出層性能下降。

溫度對產(chǎn)品的物理性能影響是復雜的，電纜用乙烯類塑料絕緣層抗張強度與擠出溫度有關(guān)，對應(yīng)于最大的抗張強度有一最佳的擠出溫度，有關(guān)實驗結(jié)果如表1

表1

擠出溫度對聚氯乙烯絕緣物理機械性能的影響
 
擠出溫度 ℃
 延伸率 %
 抗張強度 Mpa
 
175.6
 213
 12.55
 
176.7
 214
 12.69
 
178.7
 224
 12.82
 
179.4
 263
 14.89
 
182.2
 267
 14.13
 
184.2
 275
 14.41
 
185.0
 277
 14.62
 
193.3
 285
 14.07
 

有研究指出，提高低密度聚乙烯護套的擠出溫度，能提高抗應(yīng)力開裂強度，但也應(yīng)指出，擠出溫度過高，易使塑料焦燒，或出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象；另外，擠包層的形狀穩(wěn)定性差，收縮率增加，甚至會引起擠出塑料層變色和出現(xiàn)氣泡等。

擠出物料的熱量來自機筒加熱和螺桿旋轉(zhuǎn)剪切的粘性耗散和摩擦，前者在運行初期是很重要的，后者在運行穩(wěn)定后則是主要的，升高機筒溫度很自然地會增加機筒傳遞給塑料的熱量，在擠出穩(wěn)定運行之后，螺桿旋轉(zhuǎn)剪切的粘性耗散和摩擦熱量常常會使塑料達到或超過所需溫度，此時機內(nèi)控制系統(tǒng)切斷加熱電源，擠出機進入“自然擠出”過程，并應(yīng)視情況對機筒和螺桿進行冷卻。實踐經(jīng)驗指出，冷卻螺桿還有助于改善擠出質(zhì)量，但同時也會降低了擠出流率。改善質(zhì)量是由于冷卻使螺桿均化段的有效槽深減少，增加了剪切作用。

機筒設(shè)置溫度和螺桿轉(zhuǎn)速之間還有以下的相互影響：機筒溫度升高，增加了機筒到物料的熱傳導，有利于物料的熔融。熔體溫度升高使熔體粘度降低，使螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦剪切熱降低，趨向降低熔融速率，因此，對應(yīng)于最大的熔融速率存在最佳的機筒溫度，機筒溫度升高，會使螺桿所需功率降低。

由于塑料品種的不同，甚至同種塑料由于其結(jié)構(gòu)組成的不同，其擠出溫度控制不盡相同，表2列出了電線電纜生產(chǎn)中幾種常見的塑料的擠出溫度，應(yīng)說明，表中操作溫度的比較，只有對同一設(shè)備才有意義，設(shè)備不同，機筒壁厚薄不一樣，測溫點的深淺不一樣，儀表誤差不同，而且測溫點是在機筒和機頭外壁上，未深入熔體中，因此測得的實際機筒和機頭的溫度，與物料的實際溫度也存在差異，因此，擠出過程中應(yīng)隨時觀察塑料的塑化質(zhì)量，并調(diào)節(jié)溫控。

表2

品種
 加料段
 熔融段
 均化段
 機脖
 機頭
 ?？?br />  
聚氯乙烯
 150～160
 160～170
 175～185
 175～180
 170～175
 170～180
 
聚乙烯
 140～150
 180～190
 210～220
 210～215
 200～210
 200～210
 
聚乙烯
 130～140
 160～170
 175～185
 170～180
 170～175
 170～180
 
氟-46
 260
 310～320
 380～400
 380～400
 350
 250
 
泡沫聚乙烯
 150～160
 180～190
 210～220
 210～215
 200～210
 210～220
 

采用這樣溫度設(shè)置的原因是：

1)加料段采用低溫，這是由于加料段要進行機械剪切并攪拌混合，形成固體塞，為熔體擠出產(chǎn)生足夠的推力，如溫度過高，使塑料早期熔融，不但導致擠出過程中的分解，而且引起“打滑”，造成擠出壓力波動，導致擠出量不均勻，并因過早熔融，而致混合不充分，塑化不均勻，所以這一段采用低溫。

2)熔融段的溫度要有大幅度較大的提高，在該段塑料要實現(xiàn)聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變，變?yōu)檎沉鲬B(tài)的熔體，需要大量的熱量，只有達到一定的溫度才能確保大部分組分得以塑化。

3)均化段溫度最高，塑料在熔融段已大部分塑化，而其中小部分高分子組成尚未完全塑化，就進入均化段，這部分組成盡管很少，但其塑化是必須實現(xiàn)的，這部分組分的塑化的溫度往往需要更高，因此，均化段的擠出溫度有所升高是必須的，有時候（在擠出穩(wěn)定之后），可以維持不變，而賴以塑化時間的延續(xù)，實現(xiàn)充分塑化。

4)機脖的溫度要保持均化段的溫度或稍微降低，這是因為此處要完成將旋轉(zhuǎn)運動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運動，并將熔體均勻、平穩(wěn)地導入機頭中。在此處濾網(wǎng)、多孔板上的孔將塑膠體分散為條狀物，在進入機頭時必須在其熔融態(tài)下將其彼此壓實，顯然溫度下降太多是不行的。

5)機頭承接已塑化均勻且由機脖壓實的熔體塑料，起繼續(xù)擠壓使之密實之作用，塑膠在此有固定的表層與機頭內(nèi)壁長期接觸，若溫度過高，勢必出現(xiàn)分解甚至焦燒，特別是在機頭的死角處，因此機頭溫度一般要下降。

6)在模口處溫度升高、降低都有實例，一般?？谏呖商岣弑砻尜|(zhì)量，使表面光亮，但?？跍囟冗^高，易造成表層分解，更易導致成型冷卻困難，使產(chǎn)品難于定型，形成下垂自行形變或壓扁變形。模口溫度降低，降低了表層分解的可能性，便于冷卻成形，但易出現(xiàn)表面無光澤，光潔度變差等現(xiàn)象。
因此，盡管各種塑料的擠出溫度控制的高低不一，但都有一個普遍的規(guī)律，即從加料段起到?？谥?，都有一個溫度從低—高—低的變化規(guī)律。如果擠出過程中溫度控制得不合適，塑料就會產(chǎn)生很多缺陷，影響擠出制品質(zhì)量。

2.2、螺桿轉(zhuǎn)速

由擠出物料輸送和均化段粘流體的流率分析可知，塑料流率（即擠出速度）和螺桿轉(zhuǎn)速成正比，由于調(diào)節(jié)方便，螺桿轉(zhuǎn)速是擠出過程中表征擠出速度的重要操作變量。因此，在一般情況下，提高螺桿轉(zhuǎn)速是提高生產(chǎn)速度，實現(xiàn)高速擠出的重要手段，但通過對塑料熔融長度分析得知，螺桿轉(zhuǎn)速增加，一方面由于增強剪切作用，使剪切摩擦熱量增加；另一方面，在沒有機頭壓力控制的情況下，螺桿轉(zhuǎn)速增加。流率增加，物料在機內(nèi)停留的時間縮短，導致塑料塑化程度下降。而且后者的影響超過前者，會因熔融長度延長至均化段而破壞正常的擠出過程。所以，需要增加螺桿轉(zhuǎn)速來提高擠出速度時，還必須提高加熱溫度或采用控制機頭壓力來提高塑料的塑化程度，以保證高速擠出時塑料擠出質(zhì)量。

2.3、牽引速度

擠包制品是由牽引裝置拖動通過機頭的，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，要求牽引速度均勻穩(wěn)定，與螺桿轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)，以保證擠出厚度和制品外徑的均勻性。如果牽引速度不穩(wěn)定，擠包層易形成竹節(jié)狀，而牽引過慢時擠出厚度大，且發(fā)生堆膠或空管現(xiàn)象；牽引速度過快，易造成擠出拉薄拉細，甚至出現(xiàn)脫膠漏包現(xiàn)象。所以，正常擠出過程中，一定控制好牽引速度。

2.4、冷卻

擠塑工序中，冷卻是很重要的一項。一般分為螺桿冷卻、機身冷卻及產(chǎn)品冷卻。

螺桿冷卻的作用是消除摩擦過熱，穩(wěn)定擠出壓力，促使塑料攪拌均勻，提高塑化質(zhì)量。

機身冷卻的作用是增加機筒散熱，以克服摩擦過熱形成的溫升，因為這一溫升在擠出過程中，甚至在切斷加熱電源后也不能停止，從而使合理的溫度不能得以長期維持，必須增加散熱，使機筒冷卻下來，以維持擠出過程中的熱平衡。機身冷卻是分段進行的，主要以風機冷卻為主，考慮到機身各段功能不同，對均化段冷卻的使用尤其注意。

產(chǎn)品冷卻是確保制品幾何形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要措施。塑料擠包層在離開機頭后，應(yīng)立即進行冷卻，否則會在重力作用下發(fā)生變形。對于聚氯乙烯等非結(jié)晶材料可以不考慮結(jié)晶的問題，塑料制品可采用急冷方式用冷水直接進行冷卻，使其在冷卻水槽中冷透，不再變形。

3、聚乙烯、聚丙烯等結(jié)晶聚合物的冷卻

對于聚乙烯、聚丙烯等結(jié)晶型聚合物的冷卻，則要考慮到結(jié)晶問題，就通常情況而言，當聚乙烯厚度較薄或加工溫度較低時，因為冷卻迅速、充分和均勻，一般出現(xiàn)問題少。但在擠出厚度較大（如：電力電纜的護套厚度大多在2.0mm以上，JKLY-10型電纜的絕緣厚度為3.4mm）、擠出溫度較高（如：線性低密度聚乙烯為180～220℃，高密度聚乙烯為190～260℃），若冷卻工藝處理不當就容易出現(xiàn)問題。聚乙烯加工工藝控制主要從塑化擠出和冷卻兩方面來控制。聚乙烯成型加工溫度寬，但在低溫擠出時易形成熔體破裂，造成表面粗糙，光亮度差，還會產(chǎn)生殘留的內(nèi)應(yīng)力，導致絕緣或護套后期的開裂。因此聚乙烯擠出溫度要適當高些，以保證充分塑化塑化越好，其耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能就越優(yōu)良。但擠出溫度的提高會對電纜表面質(zhì)量帶來了一些負面影響，易形成表面缺陷，影響電纜表面質(zhì)量，嚴重時造成廢品。一般我們采取以下措施進行改進：①高溫到室溫分段冷卻的第一段冷卻水溫選為60—70℃，以手可以伸入水中但停留片刻即感覺燙手為宜，這樣既可避免因水溫過低驟冷使聚乙烯產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，又可避免水溫過高，在聚乙烯表面形成氣泡，產(chǎn)生凸起。②冷卻水循環(huán)過程中，向水槽加水要特別注意，宜采用大口徑、低流速加水，并且水不能直接沖到產(chǎn)品表面，最好沿水槽壁緩緩流下。③在產(chǎn)品入水后約半米處增加一個去除氣泡的裝置，如用軟毛刷或細棉紗觸刷產(chǎn)品表面，拂去附著的氣泡，保持產(chǎn)品表面光潔。④在循環(huán)水中加入消泡劑，避免氣泡的形成。

通過實踐證明，按照以上措施對擠塑生產(chǎn)線水冷卻部分進行了改進：冷卻水槽向機頭延伸，使電纜出機頭后在空氣中暴露不到一米即整體進入冷卻水中；在水槽中增加了除氣泡的軟毛刷；控制冷卻水的分段冷卻溫度，溫度設(shè)定為60℃一70℃；并加快了生產(chǎn)節(jié)奏，減少線芯存放時間。改進后，生產(chǎn)的產(chǎn)品表面光潔，極少出現(xiàn)凹坑等表面缺陷。