含氟聚合物擠出模具的選配與應(yīng)用

盛金偉，徐 靜，周 澤

(遠(yuǎn)東電纜有限公司，江蘇 宜興214257)

0 引言

含氟聚合物耐高溫電纜已在發(fā)電、化工、電子、石油等行業(yè)廣泛采用，生產(chǎn)廠家也越來越多。眾所周知，含氟聚合物材料具有耐高溫、耐油、耐酸堿等特性，但是也是一種冷流性差、容易開裂的材料。如何去克服這一缺點，當(dāng)然改變材料結(jié)構(gòu)是一種方法，但這種改性的材料，在改性過程中或多或少帶走了原有的部分優(yōu)點，同時開裂現(xiàn)象雖然減輕了，但還是不可避免。我們知道，材料擠出加工后的性能不僅與材料本身有關(guān)，同時與擠出的模具、擠出工藝息息相關(guān)。本文從擠出模具的設(shè)計和選用來探討如何避免含氟聚合物耐高溫電纜的開裂問題。

1 含氟聚合物擠出模具材料的選用

長期以來，含氟聚合物擠出模具均采用傳統(tǒng)低碳鋼為基材。其優(yōu)點是加工簡便，可用普通的車床、銑床等來實現(xiàn)。但缺點是顯而易見的，首先含氟聚合物為高溫高強(qiáng)度材料，其擠出溫度一般都在360～400℃，對低碳鋼有變形作用，因此要經(jīng)常更換模具。其次是在高溫狀態(tài)下材料容易氧化腐蝕，在模具邊緣產(chǎn)生氧化物質(zhì)脫落，擠出時夾雜在絕緣中，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，含氟聚合物電線電纜的需求量越來越大，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，我們選用了一種鎳基合金模具。該合金模具具有經(jīng)久耐用、不會變形、耐熱系數(shù)高、不會出現(xiàn)氧化腐蝕等優(yōu)點。

2 含氟聚合物擠出模具設(shè)計

聚全氟乙丙烯(FEP)擠出模具是由模芯和模套組成。模具大小與擠包外徑、擠出速度等有關(guān)。擠包外徑越大，選用模具就越大。在生產(chǎn)同一規(guī)格產(chǎn)品時的線速度越快，則要求模具的外徑也越大，以確保材料的流量。

含氟聚合物模具設(shè)計原則:

(1)凡和塑料接觸的模具表面應(yīng)光滑，光潔度要高。特別是模套的承徑區(qū)，更應(yīng)光潔，保證塑料成型的表面光潔度。

(2)熔融塑料流動的道路要流暢，料流道路上無突變和突起等阻擋，也不能有死角。

(3)塑料模具內(nèi)具有一定壓力，模套角度必須大于模芯角度。

(4)模具應(yīng)有互換性，應(yīng)考慮各部位的尺寸公差要求。

(5)模具應(yīng)使用合金材質(zhì)，因為氟塑料具有高腐蝕性，一般的45#材料不耐用，容易變形、腐蝕。

在塑料擠出過程中起決定性作用的兩個主要參數(shù)是配模系數(shù)與拉伸比。

2.1 配模系數(shù)K

美國杜邦公司研制生產(chǎn)了FEP，為了推廣應(yīng)用該樹脂，在1973年3月出版了一份資料《熔融擠出工藝》。在此資料中首次提出了拉伸平衡度，模具結(jié)構(gòu)如圖1所示，拉伸平衡度在現(xiàn)代電線電纜生產(chǎn)中又稱為配模系數(shù)K，即

圖1 模具結(jié)構(gòu)示意圖

變換公式可得:

式中，D大為模套內(nèi)徑;d大為擠包外徑;D小為模芯承徑部分外徑;d小為電線線芯外徑。

當(dāng)K＞1時，擠包緊密;當(dāng)K=1時，擠出過程為平衡拉伸;當(dāng)K＜1時，擠包較松。

2.2 拉伸比S

擠管式配模時另一個主要依據(jù)就是擠出塑料的拉伸特性，在電線電纜行業(yè)中稱為拉伸比。拉伸比S是指塑料離開擠出?？跁r圓環(huán)截面積與冷卻后包覆在線芯表面塑料絕緣或護(hù)套的圓環(huán)截面積之比。

對于不同的塑料，根據(jù)其熔融下的粘度、流動特性及其用途、所需厚度的不同，其拉伸比是不同的。從提高擠出電線絕緣或護(hù)套的質(zhì)量來看，希望S小一些為佳。因為拉伸比大，即模套孔徑大，塑料拉伸嚴(yán)重，制品表面粗糙無光澤。拉伸比小，表面質(zhì)量就好，還不會產(chǎn)生收縮現(xiàn)象。同時由于拉伸小，可以降低絕緣或護(hù)套的內(nèi)應(yīng)力，降低氟塑料開裂的幾率。例如，有的家用布電線剪斷后，絕緣在短時間內(nèi)就縮進(jìn)去較多，使銅絲裸露較長，這就是塑料拉伸過大造成的，降低拉伸比就可以避免此缺點。再如，生產(chǎn)的鋼帶鎧裝低煙無鹵護(hù)套電纜，電纜彎曲時會由于鋼帶滑動把護(hù)套拉破，這就是由于配模系數(shù)過大，護(hù)套包制太緊，減小了護(hù)套與鋼帶之間的滑動性。如果減小配模系數(shù)，降低護(hù)套與鋼帶之間的附著力，就可以減少護(hù)套開裂。

在實際配模中，我們首先考慮的是配模系數(shù)，然后再考慮擠包材料選用多大的拉伸比。由于在實際生產(chǎn)中，電纜擠包前外徑和擠包后外徑都是預(yù)先設(shè)計好的，所以首先選擇模芯承徑外徑D小，再選定配模系數(shù)K，通過式(2)計算求出模套內(nèi)徑D大。

在式(2)中D小是機(jī)動的，根據(jù)不同材料的拉伸比要求來調(diào)整其數(shù)值大小，以達(dá)到一個理想的拉伸比。氟塑料電纜擠出中常用的塑料配模系數(shù)及拉伸比見表1。

表1 氟塑料配模系數(shù)及拉伸比

3 模具配置實例

例:FF46 1×6聚全氟乙丙烯絕緣電線，絕緣外徑3.76 mm，導(dǎo)體選用直徑2.76 mm的單絲，求絕緣擠出時的模芯、模套的結(jié)構(gòu)尺寸。

已知:d大=3.76 mm，d小=2.76 mm。因為擠出方式為擠管式，如果配模系數(shù)太小容易松動，配模系數(shù)太大容易造成擠包對內(nèi)應(yīng)力過大，所以一般選擇配模系數(shù)K=1.1。

在式(1)和式(3)中，d大、d小、K都是已知的，而D小是機(jī)動的，可以自由調(diào)節(jié)。因為是小截面單芯線，拉伸比可稍大，以提高工作效率。

因此取S=92.5，從而計算出D小=22 mm。配模結(jié)構(gòu)尺寸見表2。

表2 配模尺寸表

模具的設(shè)計并不是絕對的，在實際生產(chǎn)中，有時一副模具可以同時適用幾種型號規(guī)格電纜絕緣或護(hù)套的擠出。

4 結(jié)束語

以上講述的是含氟聚合物擠出模具的選配。隨著各行各業(yè)對用電安全意識的加強(qiáng)，對電纜性能的要求也越來越高，耐高溫阻燃電纜的使用也是與日俱增。在實際生產(chǎn)過程中，如何達(dá)到客戶滿意度，不光從質(zhì)量方面考慮，外觀質(zhì)量控制也是一大重點。配制一副合適的模具，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的作用。

［1］洪永華.塑料電線擠出模具設(shè)計［M］.光電線纜行業(yè)協(xié)會，1989.

［2］馬金駿.塑料擠出模具設(shè)計圖冊［M］.北京:輕工業(yè)出版社，1982.