低煙無鹵電纜料擠出的探討

關(guān) 鵬， 鄭艷艷

(上海通號軌道交通工程技術(shù)研究中心有限公司，上海200072)

0 引言

低煙無鹵電纜料現(xiàn)廣為業(yè)內(nèi)人士所熟悉，已成為一款基礎(chǔ)電線電纜材料，但對低煙無鹵電纜料的擠出探討卻從未停止過。使用不同基材的低煙無鹵材料體系，對應(yīng)的擠出工藝也是不同的，這需要使用者不斷地探索。本文簡單地探討低煙無鹵電纜料的擠出工藝，希望對電線電纜同行有所幫助。

1 低煙無鹵電纜料的特性

低煙無鹵電纜料的配方是比較獨(dú)特的，在基材［如乙烯-醋酸乙烯(EVA)樹脂］中添加大量的無機(jī)填充劑或有機(jī)化合物，以滿足燃燒發(fā)煙量少、無鹵、環(huán)保無毒、阻燃等性能。但由于低煙無鹵電纜料填充量大，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，會產(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，低煙無鹵電纜料在80℃就會軟化，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。不熟悉情況的電纜廠擠出電纜時(shí)如低溫低速，會造成生產(chǎn)速度下降，效率降低，同時(shí)材料的各項(xiàng)性能也不能充分地顯現(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，這就需要一個較好的冷卻系統(tǒng)來冷卻降溫。同時(shí)，與電纜相對應(yīng)的擠出模具也是電纜擠出成功的關(guān)鍵。

2.1 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)間過長，且擠出過程中熔融物料摩擦較大，會產(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，最終導(dǎo)致材料失效。

所以對低煙無鹵電纜料來說，一般選用無鹵料的專用螺桿，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。圖1為低煙無鹵材料的專用螺桿。如無專用螺桿，可使用普通型的螺桿，但它的壓縮比不能過大，一般在1∶1～1∶2.5之間比較適宜。

圖1 低煙無鹵材料的專用螺桿

部分電纜廠設(shè)備上裝配的低煙無鹵螺桿是非規(guī)范的，有的從末端到前端壓縮比一致，為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。

2.2 擠出機(jī)的冷卻裝置

在擠出過程中，因低煙無鹵電纜料的特殊性，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。這是一個不可忽視的問題，如果溫度過高，將使線纜的表面產(chǎn)生很大的氣孔，溫度過低又會使設(shè)備的整機(jī)電流加大，容易損傷設(shè)備。我曾經(jīng)見過上海某電纜廠將擠出機(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。

2.3 擠出模具

低煙無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較大的差異，所以對模具的選配也有所不同。低煙無鹵電纜料的機(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大，否則電纜的表面可能不致密，且擠包比較松。

3 擠出溫度設(shè)置

低煙無鹵電纜料在80℃環(huán)境下就會軟化，100℃即可熔融擠出。擠出溫度(設(shè)備內(nèi)實(shí)際溫度)達(dá)到180～200℃則有阻燃劑分解的風(fēng)險(xiǎn)，超過230℃已無法使用;擠出溫度過低又會使設(shè)備的整機(jī)電流增大，影響設(shè)備壽命和生產(chǎn)效率。同時(shí)因配方體系不同，各種低煙無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。一般來說，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)溫度過高后極易引起材料分解，從而影響擠出表面質(zhì)量。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前市場上比較成熟的低煙無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。低煙無鹵電纜料在 90擠出機(jī)的溫度設(shè)置，推薦:第1區(qū)125～140℃;第2區(qū) 130～150℃;第 3區(qū) 150～165℃;第 4區(qū)155～170℃;法蘭160～175℃;機(jī)頭160～175℃;模口155～170℃。一般情況下，低煙無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，這樣可使低煙無鹵電纜料能更好地塑化、擠出。

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 90擠出機(jī)為例，第1區(qū)的溫度不能太高，溫度高會使電纜料在第1區(qū)塑化，導(dǎo)致推力不勻，?？诔隽喜痪踔翆?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4區(qū)為螺桿的計(jì)量段，電纜料要在這里完全塑化，溫度不宜過高，否則會導(dǎo)致阻燃劑提前分解，產(chǎn)生氣泡;法蘭段溫度不宜低于第4區(qū)，否則對電纜料擠出后性能會產(chǎn)生不利影響;?？诘臏囟炔灰诉^高，否則會產(chǎn)生?？谕夥F(xiàn)象，俗稱“流涎”或“流延”。

4 冷卻方式

低煙無鹵的護(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)過程中的應(yīng)力集中，建議在護(hù)套擠出過程中，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。在電纜冷卻過程中，尤其要注意的一點(diǎn)是:從模口出來后進(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［2］。

5 常見問題處理

生產(chǎn)過程中，會有各式各樣的問題出現(xiàn)?，F(xiàn)對幾種常見的擠出問題做簡單探討。

5.1 護(hù)套表面毛糙

護(hù)套表面毛糙、不光亮是生產(chǎn)中常見的問題。首先，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，或是南方的“黃梅天”生產(chǎn)的，產(chǎn)品可能受潮，檢驗(yàn)一下低煙無鹵電纜料的水分含量即可確定。無鹵料內(nèi)填充的無機(jī)材料易與水形成水合物，所以無鹵料與其他料相比，容易吸水受潮。通常，非鋁塑包裝的無鹵材料存放3個月需在使用前烘干:烘干溫度80℃，烘干時(shí)間為3 h。其次，查看擠出溫度:擠出溫度過高，小分子物分解，易使表面毛糙，不光滑;擠出溫度過低，塑化不好，表面也毛糙、不光滑。最后，查看擠出速度和拉伸比。擠出速度快，拉伸比大，表面不光滑。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)。

5.2 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。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于某些原因，使速度提不起來。通常產(chǎn)生這一問題的主要原因是溫度設(shè)置不合理，材料塑化不好，一提高速度則產(chǎn)品表面變差。對此，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)。

5.3 出膠不穩(wěn)

出膠不穩(wěn)最顯著的影響是外徑波動。首先要確定材料塑化后伸長程度如何，可用手拉扯，看伸長狀態(tài)。其次，看流動性如何，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)速下的出膠量，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設(shè)備最適合的主機(jī)轉(zhuǎn)速。超過這一轉(zhuǎn)速，則會出膠不穩(wěn)。最后，查看第1區(qū)溫度，溫度過高，易使出膠量不穩(wěn)和外徑波動，建議第1區(qū)不要超過145℃。

5.4 機(jī)械強(qiáng)度不足

電纜護(hù)套擠出后，檢測機(jī)械強(qiáng)度，若降低程度超過原材料檢測數(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高導(dǎo)致的，調(diào)整擠出溫度可以改善這一情況。

6 結(jié)束語

雖然低煙無鹵電纜料與普通聚氯乙烯、聚乙烯材料相比，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，掌握材料的性能與擠出特性，是完全可以克服不利因素，穩(wěn)定提升產(chǎn)品質(zhì)量的［2］。

隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，阻燃、低腐蝕性、低毒電線電纜會廣泛用于發(fā)電廠、核電站、隧道、高層建筑等重要建筑，其潛力很大。因此，低煙無鹵電纜料憑借其低煙、低毒、阻燃等優(yōu)異性能，有著廣闊的市場前景，能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

［1］陳鳳霞.低煙無鹵阻燃電纜的工藝特點(diǎn)［J］.智能建筑與城市信息，2010(4):43-45.

［2］余曉富，習(xí)有建，羅紹武.低煙無鹵阻燃電纜及護(hù)套擠制工藝的探討［J］.電線電纜，2003(3):41-43.