低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料的擠出工藝淺析

>> 杭州富通電線電纜有限公司 黃桂領(lǐng) 趙育苗 何戰(zhàn)江

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低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料的擠出工藝淺析

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低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴電纜料因其具有的無(wú)鹵、低煙、阻燃特性而為業(yè)內(nèi)人士所認(rèn)可，已逐漸發(fā)展成為電線電纜主要的絕緣、護(hù)套材料之一。特別在入戶、商場(chǎng)、基站、地鐵等場(chǎng)合，已經(jīng)成為用戶指定必須使用的電纜護(hù)層材料。

雖然，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料在電線電纜行業(yè)已經(jīng)得到廣泛的運(yùn)用，但其加工性能與傳統(tǒng)的PVC、PE材料有很大區(qū)別，下面本人利用生產(chǎn)中的碰到的一些實(shí)際情況并結(jié)合理論分析對(duì)低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴擠出加工進(jìn)行闡述。

1 低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的材料特性

低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的配方，較PVC和PE材料來(lái)說(shuō)相對(duì)復(fù)雜。通常，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的基材一般以乙烯和醋酸乙烯（EVA）為主，再填充一部分阻燃劑、潤(rùn)滑劑、交聯(lián)敏感劑量等，來(lái)降低發(fā)煙量，提高阻燃性能，提高擠塑性能，可交聯(lián)性等。但由于其填充材料的比重較大，根據(jù)材料廠家提供數(shù)據(jù)，根據(jù)阻燃等級(jí)的不同，其阻燃劑的含量高達(dá)60%～70%。阻燃劑為不可融化的金屬氫氧化物，熔料的粘度十分大。生產(chǎn)過(guò)程中，螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力也相當(dāng)大。材料分子之間，材料與螺桿，材料與螺筒的摩擦比其他材料相對(duì)嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使擠出溫度迅速升高，導(dǎo)致成品的阻燃性能下降，材料的機(jī)械性能下降，外觀不良等不合格現(xiàn)象產(chǎn)生。這就決定了其對(duì)擠出設(shè)備、工藝的特殊要求。

2 擠出設(shè)備

電線電纜擠塑成型設(shè)備基本為單螺桿擠出機(jī)。擠出機(jī)中影響擠出性能主要有螺桿、冷卻系統(tǒng)、模具、擠出溫度。

2.1 螺桿

螺桿為擠出機(jī)的主要部件。它直接關(guān)系到擠出機(jī)的應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率。為適應(yīng)不同材料的加工需要，螺桿的形式有很多種。由于低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴采用大量阻燃劑進(jìn)行填充，擠出時(shí)，其粘性較大，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(zhǎng)率等機(jī)械特性下降。當(dāng)螺桿壓縮比較大時(shí)，擠出機(jī)速度無(wú)法提高，材料在擠塑機(jī)內(nèi)滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同時(shí)溫度急劇上升，導(dǎo)致阻燃劑分解，材料失效，成品外觀不良。一般在擠出低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴時(shí)，都需使用無(wú)鹵專用螺桿，這種螺桿基本為剪切力較小的單螺紋型，壓縮比一般在1.1～1.5左右。小設(shè)備選擇壓縮比大一些，如50機(jī)、65機(jī)。大設(shè)備選擇壓縮比小一些，如90機(jī)、120機(jī)。當(dāng)然，螺桿的長(zhǎng)徑比對(duì)塑料的成型、混煉影響也很大。若長(zhǎng)徑比過(guò)大，材料受熱、受壓時(shí)間較長(zhǎng)，容易分解，若長(zhǎng)徑比過(guò)小，材料會(huì)塑化不良。擠出低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴，使用長(zhǎng)徑比20～25的螺桿相對(duì)理想。

2.2 冷卻裝置

由于低煙無(wú)鹵阻燃阻燃聚烯烴粘性較大，在擠出過(guò)程中，螺筒內(nèi)部壓力較大，摩擦升溫明顯，此時(shí)需關(guān)注設(shè)備的冷卻裝置是否在正常運(yùn)行。如常規(guī)風(fēng)冷不能滿足冷卻要求，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)， 增加水冷裝置，或者增設(shè)可水冷螺桿等。

2.3 擠出模具

低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴由于其特性，其拉伸性能相對(duì)較差。在配模時(shí)，盡可能選用擠壓式模具或者半擠壓式模具。如生產(chǎn)線徑較小的單芯絕緣線，可使用擠壓式模具，生產(chǎn)線徑較大的外形圓整的RF纜，可使用半擠壓式模具。如使用擠管式模具時(shí)，需充分考慮其拉伸比，通常選擇拉伸比為2.0左右。如外模較大，則電纜表面可能不致密，且包覆較松、較空。

2.4 擠出溫度

根據(jù)材料廠家配方的不同，擠塑機(jī)的不同，需要設(shè)置恰當(dāng)?shù)臄D出溫度。擠出溫度的設(shè)置在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)，還需確保材料的性能、外觀滿足要求。擠出溫度較低時(shí)，出料速度較慢，生產(chǎn)速度無(wú)法提高，伸長(zhǎng)率較差。 擠出溫度較高時(shí)，材料氣化、分解，外觀發(fā)毛，阻燃劑析出、流涎。一般擠塑低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴時(shí)，下料段溫度為90～110℃，熔融段溫度為120～150℃，塑化段溫度為150～160℃。在擠出之前，設(shè)備需空車升溫至設(shè)定溫度，并恒溫2～3h，確保螺筒內(nèi)部以及機(jī)頭、模具內(nèi)部達(dá)到要求溫度，方可開(kāi)機(jī)排料。另外，設(shè)備在低速生產(chǎn)時(shí)，材料在螺筒內(nèi)部受剪切力較小，壓力較小，可適當(dāng)提高擠出速度；當(dāng)設(shè)備逐漸升速，并達(dá)到正常生產(chǎn)速度時(shí)，此時(shí)材料在螺筒內(nèi)部受剪切力較大，壓力上升，摩擦致使溫度上升，此時(shí)需適當(dāng)調(diào)低生產(chǎn)溫度，必要時(shí)可直接關(guān)掉加溫，特別是塑化段，以確保材料性能滿足要求。

3 常見(jiàn)問(wèn)題分析

3.1 絕緣、護(hù)套表面毛糙

首先查看材料的生產(chǎn)、出廠日期。低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴與其他料相比，更容易吸水受潮，若存放時(shí)間較長(zhǎng)，必須進(jìn)行烘干處理。烘干溫度為60～70℃，時(shí)間為3小時(shí)。烘干時(shí)間不宜較長(zhǎng)，以免料筒內(nèi)部結(jié)塊。

其次，查看擠出溫度。如擠出溫度過(guò)高，材料會(huì)發(fā)生分解，尤其是阻燃劑。氫氧化物阻燃劑，高溫時(shí)會(huì)分解出水，導(dǎo)致絕緣、護(hù)套表面有氣孔、毛糙。特別是增加輔機(jī)，進(jìn)行雙色擠出時(shí)，材料在模具口壓力增大，下料段、機(jī)頭處溫度上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)模具口噴出水氣，或者發(fā)出爆炸聲，此時(shí)需降低模具口的溫度，更換模具。相反的，如果擠出溫度過(guò)低，材料會(huì)塑化不良，表面毛糙，亞光，伸長(zhǎng)率較小，此時(shí)需適當(dāng)提高塑化段溫度，直至排料時(shí)，材料表面光滑，拉伸良好，

3.2 絕緣、護(hù)套外徑波動(dòng)大

首先查看螺筒壓力。由于低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料粘性較大，在擠出時(shí)，如果擠出速度不當(dāng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)牽引電機(jī)電流增大，螺桿打滑，出料不穩(wěn)，電纜外徑波動(dòng)。如出現(xiàn)此情況，需跟蹤記錄在同樣時(shí)間內(nèi)，相同擠出速度下，出膠量是否不同。如不同，則需跟蹤設(shè)備出膠量情況，找出最適合的擠出速度。

3.3 絕緣、護(hù)套螺旋狀

首先查看擠出溫度。擠出溫度過(guò)低時(shí)，材料塑化不良。伴隨纜芯的晃動(dòng)，在模具口形成不規(guī)則的螺旋狀。如使用擠管式模具，模具配比較大，材料在模具口拉伸距離較長(zhǎng)，現(xiàn)象會(huì)更加明顯。此時(shí)需要增加擠出溫度，降低螺桿轉(zhuǎn)速，選擇定徑較短的外模，減小材料在模具口的拉伸距離。

其次查看螺桿是否勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，如出現(xiàn)上述螺桿打滑時(shí)，也可導(dǎo)致絕緣、護(hù)套螺旋狀。

再詢問(wèn)材料廠家，在材料配方中，是否有配有潤(rùn)滑材料。如潤(rùn)滑較差，材料在模具口摩擦，也可引起螺旋狀。

在產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)，上述不良現(xiàn)象會(huì)集中反映為材料性能下良，突出表現(xiàn)為機(jī)械性能，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率不合格或者間斷性不合格。這就需要時(shí)刻關(guān)注材料在擠出時(shí)的狀態(tài)，適時(shí)調(diào)整，減少不良現(xiàn)象產(chǎn)生，確保產(chǎn)品性能。

雖然低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的擠出性能與PVC、PE相比，其擠出溫度范圍窄、設(shè)備負(fù)荷高、擠出效率低，但只要在生產(chǎn)過(guò)程中注意選擇合適的模具與設(shè)備，與材料廠家溝通，掌握材料的基本性能。

低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴以其優(yōu)異的低煙、低鹵、阻燃性能，已經(jīng)贏得了廣大用戶的青睞，在發(fā)達(dá)國(guó)家，低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴材料已逐漸取代PVC材料，其發(fā)展?jié)摿薮?，市?chǎng)前景廣闊，可以為企業(yè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。本文對(duì)低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴的加工使用及其擠出性能，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，希望能對(duì)同行朋友有所幫助。