電線電纜印字方法的分類及應(yīng)用

陳 衛(wèi)，李 璇，王國志，廉 輝，鐘建軍

(特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆 昌吉831100)

0 引言

無論是國內(nèi)還是國外的電線電纜產(chǎn)品，都要求其表面打印制造廠名、產(chǎn)品型號、額定電壓等連續(xù)標志。一般來說，電纜表面打印要求應(yīng)符合相應(yīng)的電纜產(chǎn)品標準要求，國內(nèi)電線電纜產(chǎn)品表面打印還應(yīng)符合GB/T 6995—2008《電線電纜識別標志》。目前電纜產(chǎn)品表面標識方法主要有:接觸式和無接觸式，其中接觸式標識方法有油墨印字輪方式、色帶印字機和熱壓印字輪熱壓印字;無接觸標識方法有噴碼機印字方式和激光機印字方式。

本文將敘述幾種國內(nèi)外常用的電纜產(chǎn)品表面印字方法，分析這幾種印字方法的優(yōu)缺點以及適應(yīng)的不同種類的產(chǎn)品，重點介紹熱壓印字和激光打標法。

1 油墨印字輪印字

1.1 優(yōu)缺點及適用范圍

油墨印字方式是采用油墨印字裝置將油墨印在電纜表面上，多用于不打印米數(shù)的電纜產(chǎn)品。

優(yōu)點:印字效果較好且耐擦，可實現(xiàn)一機多色。

缺點:(1)對印字輪的需求量較大;(2)油墨耗材費用大，根據(jù)電纜材料的不同，應(yīng)使用不同類型的油墨材料;(3)油墨對人身體健康有一定的影響;(4)不能打印動態(tài)變化的米數(shù);(5)易出現(xiàn)印字不清楚、不完整、表面有臟油墨印跡等質(zhì)量問題。

油墨印字方式的適用范圍主要包括:GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011等標準中相應(yīng)的產(chǎn)品的絕緣和護套表面的印字。

1.2 注意事項

在使用此方法時需注意以下幾個問題:

(1)印字輪在購買時一定要對其表面的粗糙度及硬度做出規(guī)定，以保證印字輪使用的壽命。

(2)為保護印字輪，應(yīng)考慮刮墨刀片的材料，通常采用高耐磨的尼龍類材料。

(3)使用印字輪時要求正確裝配，其表面應(yīng)與出來的水平線保持切線狀態(tài)。

(4)選取油墨時要求注重油墨質(zhì)量，以保證印到電纜表面上的字跡清晰、牢固。

(5)應(yīng)根據(jù)電纜表面材料的不同，選用不同的油墨，如在交聯(lián)聚乙烯(XLPE)材料表面印字時應(yīng)采用專用于該材料的油墨，不能使用在聚氯乙烯(PVC)材料表面印字時所用的油墨。在選擇油墨時，要考慮油墨本身光澤、色相、著色力、遮蓋力，應(yīng)特別注意油墨的著色力。

(6)印刷環(huán)境的溫度、濕度。在濕度高、溫度低的情況下，進行塑料凹版印刷時，由于溶劑揮發(fā)速度快(通常1 min內(nèi)墨膜表面就已干燥)，所以吸收墨膜周圍熱量而造成該處空氣中水蒸汽急劇冷凝，使印刷墨膜表面形成霧氣，致使墨層失去光澤。在梅雨季節(jié)中，要特別注意控制印刷環(huán)境的溫度與濕度，以保證良好的印刷效果。

1.3 油墨印字質(zhì)量的提升方法

為了提高印字的附著性，將等離子技術(shù)應(yīng)用到油墨印字中。即用戶在不改變現(xiàn)有使用墨水的情況下，根據(jù)特定的工藝需求，采用等離子表面處理設(shè)備，將其產(chǎn)生的等離子體轟擊至絕緣材料表面，使材料表面變得粗糙，從而大幅提升材料表面的附著力，徹底解決墨水擦拭脫落的問題。因為等離子體技術(shù)在塑料元件的改性工藝中，提高了塑料的潤濕率，所以用該方法進行電纜表面印字具有工藝簡單、操作方便、加工速度快、處理效果好、節(jié)能環(huán)保等特點。

2 噴碼機印字

2.1 優(yōu)缺點及適用范圍

噴碼機噴印方式是利用噴碼機將專用機型的油墨噴印在電纜產(chǎn)品表面，多用于電纜絕緣和護套表面的標識噴印，其具有自動化程度高、操作方便等特點，但也存在產(chǎn)品表面標識易受外部環(huán)境因素影響而脫落的問題。

優(yōu)點:操作便捷，打印效果好，打印內(nèi)容及字體大小易改變，能打印動態(tài)變化的米數(shù)等，可實現(xiàn)同時打印多行的要求。

缺點:(1)專用油墨且價格高，正常使用情況下，一臺噴印機一年所需費用在1萬元以上;(2)一機單色;(3)對于生產(chǎn)速度快的小規(guī)格電纜，表面印字效果較差，另外使用噴碼機噴印小字體時，由于受一定的限制且噴頭與電纜產(chǎn)品有一定的距離會造成印字失真現(xiàn)象。

一般情況下，對于電纜外徑較小且敷設(shè)環(huán)境為室內(nèi)的電纜，護套表面標識采用噴碼機噴印較好，因為室內(nèi)環(huán)境相對溫和，電纜護套標識基本不受外部環(huán)境影響而脫落。該方式的適用范圍主要為:GB12706/T—2012標準中規(guī)定的相應(yīng)的產(chǎn)品類，對于PVC、聚乙烯(PE)、低煙低鹵PVC料、低煙無鹵聚烯烴料、乙丙膠(EPR)、氯化聚乙烯(CPE)、硅橡膠等材料均可使用此印字方式。但XLPE材料表面的印字使用噴碼機噴印時，其牢固性不能符合工藝要求。

2.2 注意事項

噴碼機噴印印字方式應(yīng)用范圍廣泛，是目前電線電纜護套表面標識最為常用的方式之一，在實際生產(chǎn)使用過程中應(yīng)注意:

(1)由于電纜生產(chǎn)過程中一直處于運動狀態(tài)，電纜在生產(chǎn)過程中擺動較大，在護套表面印字時，常常出現(xiàn)字體大小不一、字體變形、字跡不清等現(xiàn)象，需要在噴印機噴頭處，設(shè)置使電纜保持平穩(wěn)運動的裝置，以滿足噴頭與電纜產(chǎn)品的距離基本不變，保證印字清晰、穩(wěn)定。

(2)噴碼機的零部件非常昂貴，一般電纜廠家的維修人員僅能對簡單的機器故障進行維護，若出現(xiàn)較為嚴重的故障時，只能等待廠家人員前來維護;若維修周期過長，將會影響電纜交貨期。所以在購置噴碼機時，應(yīng)盡量選擇售后服務(wù)快速的廠家，并在條件允許的情況下，配備并培訓(xùn)噴碼機專業(yè)維護人員。

(3)噴碼機噴印方式所采用的油墨和稀釋劑是易揮發(fā)性、腐蝕性較強的液體，使用過程中會揮發(fā)出強烈的刺激性氣味，會影響操作人員的身體健康，因此應(yīng)注意為操作人員配備一定的防護措施。

此外，為了提高印字的附著性，同樣可將等離子技術(shù)應(yīng)用到噴碼印字中。

3 熱壓色帶印字

3.1 優(yōu)缺點及適用范圍

熱壓色帶印字方式是將色帶通過熱壓的方法固定于電纜表面的標識方式。其優(yōu)點是印字清楚且耐擦，能打印動態(tài)米數(shù);但缺點是需要較多的印字塊、色帶耗材費用大及耗電能大。

熱壓色帶印字方式的適用范圍包括GB/T 12527—2008和GB/T 14049—2008標準中規(guī)定的相應(yīng)的架空類產(chǎn)品。

3.2 注意事項

(1)購買印字塊時應(yīng)考慮通用性，同時需要注意印字塊的材質(zhì)及粗糙度，一般銅材質(zhì)的印字塊耐用性較差，通常應(yīng)選表面鍍鉻的鋼材質(zhì)印字塊。

(2)選用色帶時要注重質(zhì)量，避免出現(xiàn)色帶自身分層的情況，并要注意對色帶的儲存。

4 熱壓印字

4.1 優(yōu)缺點及適用范圍

熱壓印字方式主要適用于外徑較大的電纜，其印字內(nèi)容要根據(jù)要求進行雕刻，不同型號規(guī)格的電纜需要制作不同的熱壓輪，一般國外先進國家均要求電纜產(chǎn)品的印字是熱壓印方式。

熱壓印印字是把印字裝置放在電纜外表面，通過調(diào)整熱壓輪與線纜表面的壓力來實現(xiàn)凸凹印字。優(yōu)點:印字字跡清楚、標識保持時間長、不存在字體脫落、無耗材、易維護。缺點:(1)當(dāng)電纜產(chǎn)品的型號規(guī)格較多時，采用熱壓印印字方式將會增加印字輪加工成本;(2)印字時會出現(xiàn)不完整現(xiàn)象;(3)不能打印動態(tài)變化的米數(shù);(4)由于電纜在生產(chǎn)過程中存在擺動，操作不當(dāng)時易壓傷、刮傷電纜護套;

熱壓印印字方式的使用范圍包括:GB/T 12706—2008、GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011標準中的產(chǎn)品，其護套為PVC、XLPE、PE、低煙無鹵阻燃聚烯烴、低煙低鹵PVC料、EPR、CPE等材料均可使用該方法。

4.2 注意事項

對于出口產(chǎn)品，較多情況下客戶要求成品電纜護套的印字采取熱壓印方式，并且對字體高度要求較高，一般要求字高為8～13 mm。當(dāng)字體高度小于8 mm時，壓印在電纜表面的字跡清晰、字體完整，且印有字體的電纜表面不會出現(xiàn)護套變簿的現(xiàn)象;當(dāng)字體高度超過8 mm時，若要保證壓印后護套表面上的字體的完整性和清晰度，就要采取一些相應(yīng)的措施和方法。熱壓印印字方式對印字輪要求較高，在使用該方法對電纜標識時，需注意的地方較多，根據(jù)所要印字的電纜護套材料不同，壓印裝置及工藝控制點也略有不同。

4.2.1 PVC、XLPE、PE、低煙無鹵阻燃聚烯烴、低煙低鹵PVC料等材料表面熱壓印

(1)熱壓印的裝置

熱壓印裝置是根據(jù)杠桿原理設(shè)計的，有的廠家制做得復(fù)雜，有的廠家制做得簡單，其中“Z”字形是最簡單的裝置型式，如圖1所示。

圖1 “Z”字形熱壓印裝置

(2)熱壓印字的方式及選用的材料

熱壓印字輪分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)(分體式)，如圖2所示。

整體式結(jié)構(gòu)的印字輪的材料可采用粗鋼管、鋁合金、全鋁材質(zhì)等，是將字體直接刻在熱壓印輪表面。印字輪的表面有兩種方式:一種是平面形式的(如圖3)，當(dāng)字體高度超過8 mm時若使用這種方式，字體深度的均勻性將達不到標準要求;另一種是弧形的(如圖4)，即印字輪的表面與電纜表面具有相近的弧形結(jié)構(gòu)，可保證印字標志完整、清晰，以及印字深度的均勻。

圖2 熱壓印字輪

圖3 平面形式的印字輪

圖4 圓弧面形式的印字輪

組合式結(jié)構(gòu)(分體式)的印字輪又分兩種:一種是將熱壓印內(nèi)容先刻制在銅條上，然后鑲嵌在圓柱體表面上;另一種是將熱壓印的內(nèi)容采用字塊方式鑲嵌在圓柱體表面上。

整體式結(jié)構(gòu)的印字輪的熱壓印印字的效果比組合式結(jié)構(gòu)的要好，這是由于采用組合式結(jié)構(gòu)印字輪印字時，電纜護套表面會出現(xiàn)字塊或字條的外輪廓線，從而影響表面質(zhì)量。

(3)熱壓印字體刻制

制造熱壓印輪時，需要明確字體的線條深度和寬度參數(shù)。熱壓印輪上的字體刻制型式有凸形和凹形兩種。較多用戶要求壓印在護套表面的字體為凸字形式，而熱壓印輪雕刻字體應(yīng)選擇凹字形式。

(4)熱壓印裝置的安裝

印字效果不僅與字體高度有關(guān)，還與印字輪安裝位置有關(guān)，在生產(chǎn)過程中材料擠出后溫度較高，還處于流動狀態(tài)。當(dāng)印字輪安裝在靠近機頭位置時，在印字輪的壓力作用下易變形出現(xiàn)壓扁現(xiàn)象，若壓力過小則又出現(xiàn)印字不清晰現(xiàn)象;當(dāng)安裝靠近冷卻水槽處時印字效果較好。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)印字輪稍遠離機頭而靠近冷卻水槽處時，擠出材料已在空氣中冷卻了一段時間，處于半流動狀態(tài)已具有一定的抗變形能力，因此印字效果較好。另外也可將印字裝置安裝在冷卻水槽之后，此時需要在印字裝置前面加裝一道加熱裝置，方可印字，其效果是比較好的。

4.2.2 橡皮類材料表面熱壓印

壓印裝置一般是裝配在機頭與硫化管之間的位置，此裝置是由一套熱壓印支架、一個計數(shù)輪、一個熱壓印滾輪組成，集成在連硫線上。不銹鋼的機體具有快速開閉門、快速更換壓印模的特點，可進行“凸出”或“凹進”方式壓印，并能根據(jù)電纜尺寸進行壓印支架的高低調(diào)整，在壓印輪的側(cè)面有一手柄可調(diào)整、調(diào)節(jié)壓印的壓力，如果不進行熱壓印時，整個支架可以退后，騰出空間。橡皮類材料表面熱壓印具體裝置圖見圖5。

圖5 熱壓印裝置

該裝置具有簡單、方便的優(yōu)點，但對印字輪上所刻字體表面的光滑度要求非常高，另外由于膠的種類不同，其材料表面硬度不同，這就需要對熱壓印輪的字體深度進行調(diào)整。在實際生產(chǎn)過程中，橡膠從機頭擠出包覆在成纜線芯上，在膠還處在未開始硫化的狀態(tài)下，就接觸到熱壓印輪，完成電纜表面標印。由于此種方法其熱壓印輪表面是弧形的，其字體雕刻在此弧面上，弧面大小與所印的電纜的外徑是有一定的對應(yīng)范圍的，所以其印字輪的數(shù)量比較多。

5 激光打標法

5.1 原理

激光打標法印字是使用激光打碼機將標識內(nèi)容“打印”在電纜表面的印字方式，其工作原理和凸透鏡匯聚太陽光引燃火柴的原理基本上是一樣的。由激光發(fā)生器發(fā)出的激光經(jīng)過一系列的處理，經(jīng)透鏡聚焦后將能量高度集中在一個很小的范圍，如果被加工的材料對該激光的吸收較好，那么被照射區(qū)域的材料就會因為吸收了激光的能量而迅速升溫。根據(jù)材料性質(zhì)的不同(如熔點、沸點、產(chǎn)生化學(xué)變化的溫度)，工件將會發(fā)生一系列的物理或化學(xué)變化，比如融化、氣化、生成氧化物、變色等，從而形成“凹槽”，實現(xiàn)材料表面“打字”。圖6為激光打標示意圖。

圖6 激光加工示意圖

5.2 特點及適用范圍

目前，將激光打標法用于電纜表面印字屬于一種新型電纜標識方法。激光打標采用極細的激光光束聚焦后產(chǎn)生的高能量來進行加工，屬于非接觸性加工，“印字”過程中不產(chǎn)生機械擠壓或機械應(yīng)力，不會造成電纜變形，同時還可實現(xiàn)在線印字。激光打標熱影響區(qū)域小，字跡清晰，印字牢固，不會輕易磨平或脫落，加工精細，成本低，易操作，無污染，可以完成一些常規(guī)方法無法實現(xiàn)的工藝，尤其解決了以上幾種印字方法的缺點。適用的電纜表面材料為PVC、XLPE、PE、低煙低鹵PVC料、低煙無鹵聚烯烴料、硅橡膠、氟塑料、尼龍、EPR、CPE、鋼材表面，可實現(xiàn)表面印字和有一定深度的熱壓印的效果，達到了表面印字和熱壓印的效果。表1為激光打標法印字和普通油墨噴印印字的對比分析表。

表1 激光打標法與普通油墨噴印法對比分析表

還可以通過調(diào)整設(shè)備功率打印出不同深度的字體(與熱壓效果類同)，且不影響電纜的外觀。另外，根據(jù)所選用的激光發(fā)生器(與波長有關(guān))不同，可實現(xiàn)在PVC、XLPE、PE、低煙低鹵PVC料、低煙無鹵聚烯烴、乙丙膠、CPE、EPR、氟塑料等不同材料表面的印字。該方法適用于所有塑力纜和橡纜，也可用于柔性防火電纜、鋁合金電纜、潛油泵電纜的銅、鋁、鋁合金、鋼金屬護套上雕刻字體，解決了特殊材料的印字問題。

激光打碼機的安裝位置與一般噴碼機位置相同，即放置在收線之前，如圖7所示。

圖7 激光打碼機示意圖

5.3 注意事項

在使用激光打標法印字時，應(yīng)注意激光發(fā)生器的選擇。不同材料對不同波長的光吸收率有差異，因此不同材料的產(chǎn)品應(yīng)選用不同的激光發(fā)生器，例如光纖激光器和半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的是1 064μm波長的激光，金屬材料吸收得很好，所以應(yīng)用于金屬打標;CO2激光器產(chǎn)生的是紅外10.6μm波長的激光，所以非金屬材料吸收得好，所以線纜用其標記效果最好;當(dāng)然也有一些特殊材料(1 064μm波長激光標記后無顏色，而10.6μm的紅外激光標記后又會融化)需要用532μm(綠光)或者是355μm(紫外激光)波長的標記。由于材料的差異，所以任何產(chǎn)品需要用激光標記前要打樣，特別是一些特殊的材料。

6 結(jié)束語

(1)對于傳統(tǒng)的油墨印字輪印字、噴碼機印字這兩種方式，若再使用等離子技術(shù)，則印字質(zhì)量更好;

(2)對出口產(chǎn)品主要還是以熱壓印為主;

(3)激光打標印字方法，是目前電纜印字效果比較好的方式，適用于各類塑料類和金屬類的材料，并且可實現(xiàn)表面印字和凸凹印字的效果，其印字質(zhì)量滿足電纜的壽命要求。

［1］GB/T 6995—2008電線電纜識別標志［S］.

［2］GB/T 5013—2008額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣電纜［S］.

［3］GB/T 5023—2008額定電壓450/750 V及以下聚氯乙烯絕緣電纜［S］.

［4］JB/T 8734—2012額定電壓450/750 V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線［S］.

［5］JB/T 8735—2011額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣軟線和軟電纜［S］.