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塑料电线挤出模具设计

2017-09-25 50页 doc 110KB 271阅读

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塑料电线挤出模具设计塑料电线挤出模具设计 一、前言 塑料电线产品质量的好坏,与塑料本身的质量、挤出机性能、挤出温度、收 放线张力、速度、芯线预热、塑料挤出后的冷却、机头模具设计等多种因素有关 ,其中最主要的是塑料电线挤出过程中最后定型的装置——模具。模具的几何形 状、机构设计和尺寸、温度高低、压力大小等直接决定电线加工的成败。因此, 任何塑料电线产品的模具设计、选配及其保温措施,历来都受到高度重视。 电线电缆生产中使用的模具(包括模芯和模套)主要有三种形式,既:挤压 式、挤管式和半挤管式。三种模具的结构基本一样,仅仅在于模芯前端有无管状 承...
塑料电线挤出模具设计
塑料电线挤出模具设计 一、前言 塑料电线产品质量的好坏,与塑料本身的质量、挤出机性能、挤出温度、收 放线张力、速度、芯线预热、塑料挤出后的冷却、机头模具设计等多种因素有关 ,其中最主要的是塑料电线挤出过程中最后定型的装置——模具。模具的几何形 状、机构设计和尺寸、温度高低、压力大小等直接决定电线加工的成败。因此, 任何塑料电线产品的模具设计、选配及其保温措施,历来都受到高度重视。 电线电缆生产中使用的模具(包括模芯和模套)主要有三种形式,既:挤压 式、挤管式和半挤管式。三种模具的结构基本一样,仅仅在于模芯前端有无管状 承径部分或管状承径部分与模套的相对位置不同。挤塑机模具的三种类型见图1 ,其优缺点分别叙述如下: 挤管式模具(a)挤压式模具半挤管式模具 图1 挤塑机模具的三种类型 1.挤压式(又称压力式)模具 挤压式模具的模芯没有管状承径部分,模芯缩在模套承径后面。熔融的塑 料(以下简称料流)是靠压力通过模套实现最后定型的,挤出的塑胶层结构紧 密,外表平整。模芯与模套间的夹角大小决定料流压力的大小,影响着塑胶层质 量和挤出电线质量。模芯与模套尺寸及其表面光洁度也直接决定着挤出电线的几 何形状尺寸和表面质量。模套孔径大小必须考虑解除压力后塑料的“膨胀”,以 及冷却后的收缩等综合因素。由于是压力式挤出,塑料在挤出模口处产生较大的 反作用力。因此,出胶量要较挤管式低的多,目前绝大部分电线电缆的绝缘均用 1 挤压式模具生产,但也有一些电线绝缘的生产被挤管式和半挤管式模具所代替, 挤压式的另一缺点是偏心调节困难,绝缘层厚薄不容易控制。 2.挤管式(又称套管式)模具 电线挤出时模芯有管状承径部分,模芯口端面伸出模套口端面或与模套口端 面持平的挤出方式称为挤管式。挤管式挤出时由于模芯管状承径部分的存在,使 塑料不是直接压在线芯上,而是沿着管状承径部分向前移动,先形成管状,然后 经拉伸在包复在电线的芯线上。这种形式的模具一直只用于电缆护套挤出,近年 来绝缘的挤出也越来越多的加以采用,因为它与挤压式相比有如下的优点: (1)挤出速度快。挤管式模具充分利用塑料可拉身的特性,出胶量由模芯与 模套之间的环形截面积来确定,它远远大于包复于线芯上的胶层厚度,所以,线 速度可根据塑料拉伸比的不同而有所提高。 (2)电缆生产时操作简单,偏心调节容易,不大会发生偏心。其径向厚度的 均匀性只由模套的同心度来确定,不会因芯线任何形式的弯曲而使包复层偏心。 (3)模芯内孔与芯线的间隙较大,使磨损减小,提高模芯的使用寿命。 (4)配模方便。因为模芯内孔与芯线外径的间隙范围较大,使模芯的通用性 增大。同一套模具,可以用调整拉伸比的办法,挤制不同芯线直径,不同包复层 厚度的塑胶层。 (5)塑料经拉伸发生“定向”作用,结果使塑料的机械强度提高,这对结晶 性高聚物(聚乙烯)的挤出尤其有意义,能有效地提高电线的拉伸方向强度。 (6)护套厚薄容易控制。通过调整牵引速度来调整拉伸比,从而改变并控制 护套的厚度。 (7)在某些特殊要求中可以挤包得松,在芯线上形成一个松包的空心管子, 常用于光纤生产。 挤管式的缺点: (1)塑胶层的致密性较差。因为模芯与模套之间的夹角较小,塑料再挤出时 受到的压实(紧)力较小。为了克服此缺陷,可以在挤出中增加拉伸比,使分子 排列整齐而达到提高塑胶层紧密的目的。 (2)塑料与线芯结合的紧密性较差,这正是绝缘挤出中挤管式不能广泛获得 使用的主要原因。一般可以通过抽气挤出来提高塑料与线芯结合的紧密程度,当 然,提高拉伸比也是有用的。 2 (3)外表质量不如挤压式圆整,成缆、绕包、编织等芯线的不均匀性常在护 套表面外观上暴露出来,通过适当地设计选配模具,外观质量会有所改善,但总 不如挤压式圆整。 3.半挤管式(或半挤压式) 模芯有管状承径部分,但比较短。模芯承径(平直部分)的端面缩进模套口 端面的挤出方式称为半挤管式。这是挤压式与挤管式的过渡形式,通常在大规格 绞线绝缘挤包及护套要求紧密时采用。这是因为采用这种模具,模芯内孔可以适 当增大,从而当绞线外径较大时,不致出现刮伤、卡住;也能防止因绞线外径变 小,在模芯内摆动而引起的偏心。另外,它有一些压力,使塑胶层压实,能填充 线芯的空隙,故常用于内护套及要求结合紧密的外护套挤出中。在直角式机头中 ,常用于半挤管式模具生产电缆的外护套。 半挤管式的缺点: (1)对柔软性较差的芯线或缆芯,当其发生各种形式的弯曲时,将产生偏心 ,因而不宜采用。 (2)对综合电缆等成缆不圆整的缆芯通过模芯时,会因存在不规则的摆动, 而造成偏心,因而不宜采用。 (3)有时会出现倒料现象。 3 1. 模具设计原则 模具质量好坏直接影响塑料挤压质量,所以,对模具的设计及加工要求较高 ,具体要求如下: (1)凡和塑料接触的模具表面应光滑,光洁度要高,一般要求 或以,6 上。特别是模套的承径区,更应光洁(可镀铬,厚度0.03~0.05mm),保证塑 料成型的表面光洁度。 (2)熔融塑料流动的道路要流畅,料流道路上无突变,无突起等阻挡,也 不能有死角。在机头及模具中一切造成料流停留、涡流的地区都应避免。 (3)塑料在模具内具有一定压力,模套角度必须大于模芯角度。 (4)模具应具有互换性,应考虑个部位的尺寸公差要求。 (5)模具寿命要长,最常用#45钢和工具钢(最好经淬火热处理HRC45 #左右)。为了提高挤压式模芯的耐磨性,可采用45钢模芯座上镶嵌钨钢模头的 合成结构。 在具体叙述各种模具结构之前,把常用符号列表如下: D——模套内径,又称:模套定径区直径 大 D——挤管式,半挤管式模芯承径部分外径 小 d——电线绝缘外径或电缆护套外径的标称值 大 d——电线芯线外径或电缆芯线外径的标称值 小 d1 ——挤压式模芯内径 d2 ——挤压式模芯外径 d3 ——挤管式模芯内径 l ——挤压式模芯内承径(又称承线)长度 l1 ——挤管式模芯外承径(又称外承线)长度 l2 ——挤管式模芯内承径(又称承线)长度 L ——模套承径(又称:承线、定径、定径区、工作面)长度 α ——模套内锥角 β ——模芯外锥角 β′——模芯内锥角 4 1e ——挤压式模芯头部端面厚度 e=(d,d) 212 D ——模芯外锥最大直径 D1——模套外径 D2——模套压座外径 f ——模套压座厚度 δ ——挤压式模芯端面与模套承径之间的距离 P ——绝缘或护套厚度 t ——挤管式模芯承径部分壁厚 a ——挤管式模芯伸出模套的距离 b ——挤管式模芯承径后部与模套承径后部之间的距离 h ——半挤压式,模芯口端面伸入模套承径部分的距离 在本文中引用的塑料及树脂,根据“GB1844-80塑料及树脂缩写代号”先注明如下: PE ——聚乙烯 PVC ——聚氯乙烯 PA ——聚酰胺(尼龙) PL ——聚酰亚胺 PFA ——高氟烷氧基聚合物,又称可熔融聚四氟乙烯 PUR ——聚胺脂 FEP ——(四氟乙烯与六氟丙烯)共聚物,简称F 46 PTFE——聚四氟乙烯,简称F4 ETFE——乙烯与四氟乙烯共聚物,简称F40 2. 挤压式模芯 挤压式模芯结构见图2 d1:模芯内径 这是对挤出质量影响最大的结构尺寸之一,根据线芯结构特点及其几何尺寸 设计的。 太小:穿线困难;线芯经过不畅,易于刮伤线芯,甚至扯断芯线。尤其对绞 线束线而言,由于线径不均,模芯过小,则是断线的主要原因。因芯线经过不畅 5 图2 挤压式模芯 ,挤出时芯线一顿一顿,还容易造成绝缘或护套呈竹节式,粗细不匀;另外由于 磨损增加,模芯易坏。 太大:线芯在模芯内摆动、跳动,容易造成挤出偏心;另外,挤出过程中容 易倒料(俗称:回料),既有害塑胶层质量又有可能造成断线。 一般而言: 单线 d1=d小+(0.05~0.15mm) 绞线 d1=d小+(0.10~0.30mm) 对于线芯大的线,还可以放宽。 对镀锡线要加放 0.10~0.15mm 成缆芯线 d1=d小+(0.20~0.50mm) 大截面(布电线或软电线类)成缆芯线 d1=d小+(0.40~1.0mm) 对大截面力缆芯线模芯内径还应放大。 d2:模芯外径 1 d2实际上是决定模芯头部端面厚度e的尺寸,e=(d2-d1) 2 e 太薄:制造困难;模芯寿命短,易坏。 e 太厚:则塑料流动发生突变,在端面形成涡流区,引起挤出压力波动;而 且,也是一个死角,影响胶层质量。 一般,模头壁厚e=0.3~1mm,小模芯取前者,大模芯取后者。 β:外锥角 根据机头结构和塑料流动特性设计。当塑料在挤出时,从受力分析中可知: β角小时,则推力大而压力小,此时挤出的速度快、产量高,但塑料的表面不光 滑,包得不紧密。反之β角大时,推力小而压力大,此时,挤出速度慢、产量低 6 ,但塑料表面光滑,包得紧密。通常要求外锥角β小于模套的内锥角α。一般β 控制在45度以下,角度越小,流道越平滑,突变小,对塑料的结构也有利。在挤 出聚乙烯等结晶性高聚物,这种突变而致的预留内应力的避免尤其重要,只要充 分予以注意,才能有效的提高制品的耐龟裂性。 常用β=20º~40º,一般可取β=30º 对塑料挤包层较厚而又需要挤包的紧些时β可取60º 对绝缘层特别薄或某些挤管式时β可取10º β′ :内锥角 在保证螺柱壁厚的情况下,β′越大越好。但内锥角与内承径l之间要吻接好,不得出现台阶,以免给穿线带来困难。在特殊情况下内锥加工困难,可以加 工成台阶式内孔,为了使穿线容易,台阶应以60度喇叭口相接。对挤小线模芯的内锥角β′,可以予制一把硬质合金的定型刀(经过热处理及磨床加工)来加 工。 l:内承径(内承线) l大小决定线芯通过模芯时的稳定性及模芯的使用寿命。 太短:线芯在模芯中稳定性差,而且容易磨损使内孔扩大,此时线芯的位置 不易固定,容易产生偏心。 太长:线芯所受的摩擦阻力增大,可能引起线芯拉细或拉短;另外,加工困 难。 一般单根导电线芯的承径较长,使挤包线较平直,不易偏芯,增加模芯使用 寿命。 l=(3~5)d 1 柔软线芯的承径较短,以防止线芯和模芯摩擦产生竹节拉断,同时穿线也方 便些。对正规绞或束丝的承径长度取 l=(1~3)d1 对于模芯内径d1大的选取下限,内径小的选取上限。 L1:锥体长度 D,d,2 这是设计给出的参考尺寸,从D,d2,β就可求出L1,tg ,22L1 D,d亦既L21=如果L1太长或太短与机头内部结构配合不当,可以回过头来重,2tg2 新改变锥角β。 D:模芯外锥最大直径 7 该尺寸是模芯座的尺寸决定的,要求与模芯座严格吻合,不得出现“前台” 也不可出现“后台”,这里也不准倒角,否则将造成滞留塑料的死角,直接影响 胶层组织和表面质量。 3. 挤压式模套 大 图 3 挤压式模套 挤压式模套结构见图3 D:模套内径 大 D决定挤出层外径大小及挤出层表面质量。 大 太大:塑料拉伸较大,挤出物表面粗糙无光。 太小:虽然表面光滑,但容易造成外径粗细不匀。 考虑到塑料出模口后,解除压力的膨胀和经冷却后的收缩,一般都以下列经 验公式选配模套尺寸: 挤绝缘 D,d+(0.05~0.20mm) 大大 有的情况下亦可设计为: D,d-(0.05~0.10mm) 大大 式中 d——电线(或电缆)外径。 大 L:模套承径(又称:承线、定径区、工作区) 模套承径的长短对机头内料流的压力、偏心度控制的难易和挤包表面的光洁 度有很大的关系。 L长:熔融塑料流动阻力大,机头内料流压力高,塑料不易流出,表面不光 收线慢,生产效率低。如果收线速度太快,有时会拉断绝缘。但是,定径区长, 电线外径均匀。 L短:熔融塑料流动阻力小,机头内料流压力小,塑料容易流出,表面光洁 8 生产速度快,不会发生拉断绝缘现象。但是,因定径区短,电线外径不均匀,塑 料挤包压力不够。 挤压式模套承径长度取电线绝缘外径或模套内径的一定倍比。 一般取 L=(0.2~3)D 大 对粘度大,成型性好的塑料,定径区长度可以相对短一些。PVC塑料在熔融状态下粘度较大,收缩较小,因此L可短些。PVC取L=(0.5~1.2)D。大对PVC而言,L太长除上面讲的缺点外,还会因承径长、阻力大使塑料温度升 高导致分解、烧焦。PVC常用的模套承径长度L=(0.7~1.0)D。 大 对成型性较差的塑料,模套定径区必须适当加长。PE塑料在熔融状态下粘度小,收缩较大,因此L可长些,PE一般L=(1~3)D。对PE而言,大如果L短,则塑料压不实,外径不均匀。经常取的尺寸L=2D。 大 随着电器设备的普及,原来生产BV、RV电线的小型厂纷纷转向SYV系列同轴射频电缆的生产。有些厂在挤PE绝缘时仍然用挤PVC的模套(承径短)生产,往往造成电线外径不均匀,如果改用L=2D的承径,外径粗细不大 匀的缺点就能克服。 α:模套内锥角 一般模套内锥角α必须大于模芯的外锥角β。这个角差(α-β)是极其重要的。这个角差的存在,才能是塑料流道截面逐步收缩,挤出时压力逐渐增大, 使塑料层组织紧密,塑料与线芯结合亦紧密。角差小、压力小、阻力也小;角差 越大,压力也越大,塑料与线芯包得越紧,但阻力也大,降低出胶量,降低生产 率。 挤压式模具,其夹角较大,有利于挤包得紧一些;挤管式模具其夹角较小, 有利于挤管形成,包得松一些。 一般α=30º~50º,(α-β)=6º~10º(也有3º~10º),对流动性好的料,角度可大些,反则反之。 对塑胶挤包层较厚同时需挤包的紧一些时 α=75度 对于绝缘特别薄或某些挤管式 α=20度 在某些极限情况下 α-β=0度,既α=β也可以勉强生产,但是,对 α-β<0度是绝对不行的 9 D1:模套外径 D1根据模套压盖内孔设计,一般要小于压盖内孔2~3mm。但D1不宜过小 ,否则间隙过大将形成散热不匀。 D2:模套压座外径 根据模套座内孔设计,一般小于模套座内孔0.5~1.5mm。此间隙是工艺上调偏心,确保同心度所必须的。间隙太小满足不了调偏心的要求;间隙太大影响 稳定性,甚至在挤出过程中发生自行偏斜。 f:模套压座厚度 按照模套座深度设计,一般高出0.3~0.5mm。 δ:间隙(模芯端面与模套承径之间的距离) 调节模芯和模套的间隙,可以获得所需要的绝缘厚度,保证挤包层的均匀性 。增大δ,就增大了塑料料流对线芯的压力,塑料流动阻力小,提高了挤出机的 生产率;挤出产品表面紧密且光滑。但是 δ太大:使塑料的反压力大,塑料倒流,从模芯内孔中向后流动,可能使线 芯拉断;另外,导致对准中心困难,容易发生偏心。 δ太小:使塑料向前流动阻力增加,出料不畅;易造成绝缘包的不紧,甚至 当模芯头部顶住模套的定径区时,由于塑料出口受阻,产生巨大的内压力使挤塑 机损坏,造成事故。 一般,δ=1~2mm或δ>(0.5~2)P,式中P——护套(或绝缘)厚度mm,以不产生塑料倒料为原则。δ<0.5P的情况应尽量避免。 4. 挤管式模芯 挤管式模芯的结构见图4。其结构设计除定径部分外与压力式模芯设计基本 相同,在此只对定径部分的几个尺寸作一叙述。 d 3:挤管式模芯内径 挤管式模芯大部分用来挤护套,芯线或缆芯常有编织、铠装等结构,外径不 够规则,大小组细不匀,因此,模芯内径比芯线大得多,放的余量也大。 10 小 图 4 挤管式模芯 一般设计: 对芯线尺寸较小而规则的取 d3=d+(0.05~2mm) 小 对缆芯尺寸较大而不规则的取 d3=d+(3~6mm) 小 亦可按芯线或缆芯外径放大一定比例来设计。例如d3=1.2d,既模芯内径小比线芯直径放大20%。 D小:模芯承径部分外径 从图4看出D小的尺寸决定于d3及模芯的壁厚t,既D=d3+2t。这个壁小厚t的设计既要考虑到模具的寿命,又要考虑到塑料的拉伸特性及电线电缆塑料 包复的紧密程度。 t太小:模芯承径区太薄,容易损坏,降低寿命。 t太大:拉伸比就大,拉伸比大,使挤出的塑料表面毛糙,料流也容易拉断。 一般 t=0.5~2mm 对Φ45挤塑机 t=0.5~1mm 对Φ65~Φ90挤塑机 t=1mm左右 对Φ120~Φ150挤塑机 t=1.5~2mm左右 这厚度也不是绝对的,可以有变化。 l 1:模芯外承径 l1根据承径区内径d及挤出塑料成型特性设计 3 l1太短:成为半压力式,达不到套管式的要求。 l1太长:使挤出压力偏小,塑料包不紧;芯线受阻,摩擦阻力增大。 11 一般 l1=(0.5~2)d且有d大取下限,d小取上限。 333 l2:模芯内承径 挤管式模芯内承径的长短由加工条件,线芯的结构特性等决定的。前面所述 挤压式模芯内承径的作用、性能特点。在此也一样适用。但是,为了保证模芯承 径部分的强度,l2必须大于l1。 一般取 l2=l1+(2~5)mm,对于大的模芯l2还可更长些。 5. 挤管式模套 大 小 图 5 挤管式模套 挤管式模套结构见图5 L:模套承径长度 L小于l1。一般挤管式挤出时模芯口端面与模套口端面是持平的,L小于l1则可 保证模芯承径后部与模套承径后部之间有一定的距离,即图5中b大于零。 一般设计 L=l1-(2~6mm),当护套(或绝缘)厚度小时L就短一些(减值取上限):厚度大时L就长一些(减值取2或3)。 有时亦可以从模套内径的大小来设计模套承径长度。 L=(0.5~1)D。 大 这时亦必须保证L小于l1。 D:模套内径 大 挤管式模套在以前的书中都是根据挤制塑料的拉伸特性,既通过拉伸比来计 算求得的。这种计算是可以的,但不够确切。对挤管式模套内径的选配,许多工 厂都是凭而定的。 12 常用的经验公式 挤绝缘 D,d+2p+(0.1~0.5)mm 大小 挤护套 D,d+2p+(0.5~3.0)mm 大小 或 D,d+2p+(0.2~0.8)p 大小 后面这个拉伸余量根据产品结构要求及塑料拉伸特性而定。 本讲义从氟塑料(F46)挤出工艺中取得的经验,引入一个配模系数K及拉伸比S的全新概念,对各种大小线芯通过计算求得一个模芯内、外直径及模套内 径的尺寸,基本上可以做到只用一付模具就能获得外径圆整、正确,护套厚度符 合要求,松紧程度合适的护套。具体计算见下一节。 a:模芯伸出模套的距离 一般 a=0~2mm 常用的a=0 模芯与模套平口为最佳值。当模芯向前伸 出,则塑料内径变大,管壁厚度变薄。如果a太大,则塑料与线芯就包不紧;另 外,因模芯伸出模套塑料易冷却,容易拉断。 当 a=2 时,就使护套包得松。例如:光纤的护套就是要这个2来实现松包的。 b:模芯承径后部与模套承径后部之间的距离 在挤管式挤出中要求模芯承径后部退后模套承径后部一定距离,既要保证b值大于或等于零。如果模芯承径后部超前模套承径后部,既b出现负值,轻则可造成挤出的护套(或绝缘)层太薄,出现松包,重则因模芯于模套之间间隙太小 ,料流的阻力或反压力太大,使设备损坏。 一般对中小型挤出机b=1~5mm,常用b=2~3mm.。 对大型挤出机b=5~10mm,常用b=5mm。 α:模套内锥角 挤管式模具α角度小些,有利于挤管的形成,护套也可以包得松一些。一般 α=20º~45º,相应的模芯外锥角β也小一些,β=10º~30º,α-β的值也小些,这样料流向前流动的阻力就小,有利于塑料的流动及管子的成型,亦可 提高生产率。 6.半挤管式模具 半挤管式有二种:一种模芯承径较长,既原来是挤管式模具,常用于120º 13 斜机头;另一种模芯承径较短,常用于90度直角机头。 模芯承径较长的半挤管式: 模具形式与挤管式大致相同,既原来是挤管式模具,在挤出中发现护套包得 较松,于是把模芯口的端面缩入模套口0.5~2mm。使塑料层于线芯包得紧一些,但不如压力式,大多用于做电缆护套。应该注意,模芯不能缩入太多,最多可缩 进不到模套承径长度的一半,既小于1~2,缩入太多,将使护套表面呈鱼鳞状, 或有环状的一节一节,或高低不平,反而不好。 小 模芯承径较短的半挤管式: 大 模芯与模套的配合模芯的放大 图 6 半挤管式模具 这种模具的结构见图6。模具形式与挤压式大致相同,但模芯前面有较短的 承径,这较短的承径伸入模套承径内部1~2mm模套的承径亦短。模芯的外锥角 β和模套的内锥角α与挤压式相比也减小。这种挤出形式是介于挤管式与半挤管 式之间的中间形式。挤出时熔融的塑料经过模芯前面较短的承径时已形成空管形 式,模套承径不起反阻和将塑料紧压在线芯上的作用。但是因为模芯承径较短, 模套内径又大于电缆护套外径,料流通过模套口后经一定的拉伸挤包在线芯上, 形成松紧适宜的电缆护套。目前许多直角式机头生产电缆护套均是用这种模具。 对模具的各部分结构尺寸叙述如下: d 3: 模芯内径。同挤管式模芯 d3=d+(0.5~2)mm 小 t: 模芯承径壁厚。一般取 t=(0.5~1)mm D:模芯承径部分外径。 D=d3+2t 小小 l1: 模芯外承径长度。一般较短 l1=(1~4)mm 14 l2: 模芯内承径长度。一般取 l2>d3,但l2应大于l1。 L: 模套承径部分长度。一般较短,基本上 L>l1 常取L=l1 h: 模芯口端面伸入模套承径部分的距离。一般取 h=(0.5~2)mm D:模套承径部分内径。 D=D+2p 大大小 α: 模套的内锥角。 α=20º~45º β: 模套的外锥角。 β=10º~25º 在生产中可以通过调节h的大小,来调节护套于电缆线芯包得松紧的程度。h大,护套包得松,h小,护套包得紧。在图中的R处均应用圆弧过渡。 必须指出:模芯较短承径的前部应车成圆锥形,有一个θ角度的圆锥,(见图6 b)一般θ=5º~15º。由于这个圆锥的存在,使挤出的料流有一个略为 相下的压力,使护套挤包在缆芯上松紧程度适宜,没有这个圆锥往往挤包的护套 较松。这是一个很重要的经验数据。 某厂在直角机头上用模芯承径较短的半挤管式模具,生产部分SYKV系列纵孔绝缘同轴射频电缆的聚氯乙烯护套,模具的具体结构尺寸见表1。 7、 一些模芯、模套的实例 对于62mm(1*2.73或19*0.64)以下芯线,实心绝缘、泡沫绝缘及管状 绝缘的挤塑模具参考尺寸见表2及表3。其它各种芯线挤包聚氯乙烯及聚乙烯塑 料绝缘或护套用的模芯尺寸见表4,模套尺寸见表5。 15 16 表3 挤塑模套参考尺寸 模 套 内 径 承 线 长 度 内 锥 角 L D大 α 参 数 实 心 绝 缘 d大+(0.1~0.2) (1~3)D大 类 型 00泡 沫 绝 缘 (0.5~0.65)d大 (0.1~0.5)D大 30~50 管 状 绝 缘 (1.4~1.8)d大 (0.5~2)D大 表4 各种线芯挤包塑料绝缘及护套用模芯尺寸 类型 线芯直径 模芯内径 模芯 模芯 模芯壁厚 锥 角 dd小 1 内承径 e 外承径 β l2 l1 00 0.25 裸单线芯 0.5以下 d小+0.05 3?1 20~40 0.5~5 3~10 0.25 d小+0.10 0.25 绞 合 0.5以下 d小+0.05 3?1 00裸线芯 0.5~5 3~10 0.25 d小+0.15 20~40 5.1~15 0.35 d小+0.20 15?5 0026 5~8 0.35~0.50 d小+0.40 15?5 20~40mm以 下绞合线芯 0026 10 0.50~0.70 d小+0.50 20?5 20~40mm以 上绞合线芯 0026 5~8 0.25~0.50 d小+0.50 10?2 20~40mm 以下包金属 溶带缆芯 0026 10 0.50~0.70 d小+1.2 15?5 20~40mm 以上包金属 溶带缆芯 00 5~10 0.80 金属编织绝d小+1 15?5 20~40 缘线芯 17 表5 挤包塑料绝缘及护套用模套的主要尺寸 类型 绝缘护套模套内径D模套承线长度L 内锥角 直径d大 大 α 绝缘 护套 d 0.5~5 +3% 0.5~ d 0.5~ d 大大大 PVC 00+3% 1.5~ d 1.5~ d d5.1~15 30~50 大大大 d15.1以上 +3% 12 8~12 大 d 0.5~5 +3% 0.5~ d 1~ d 大大大 00PE +3% 1.5~ d 1.5~ d d5.1~15 30~50大大大 d15.1以上 +3% (1~4) d 8~12 大大 0图7是斜机头用Φ45挤塑机模芯 120 0图8是120斜机头用Φ45挤塑机模套 0图9是90 直角机头用Φ45挤塑机模芯 0图10是90 直角机头用Φ45挤塑机模套 0图11是斜机头用Φ150挤塑机挤管式模芯 120 0图12是120斜机头用Φ150挤塑机挤管式模套 在图7中各种规格电线挤出模芯外锥的半角为12度,外锥角为24度,在图9中模芯外锥的半角为10度,外锥角为20度,均在表4所示20度~40度的范围之内 。并在20度左右,角度较小,使挤出阻力小,推力大。在图8中模套内锥角半角为23度,全角为46度,在图10中模套内锥角半角为25度,全角为50度。也都在表5所示30度~50度的范围内,并在50度左右,角度较大,可见是绝缘挤出模具,在 图8中模套的承径线较长为模套内径D的1.18倍。一般可用于聚乙烯挤出。在图 10中模套的承径线较短为1~3mm,一般用于聚氯乙烯挤出。前面已经指出,聚 氯乙烯挤出时若模套承径线长,容易发生焦料,因此承径线都较短。在图10中模套的内锥角α不变而改变模套的总长L2。有许多工厂,其直角机头模套的外形 尺寸(直径及长度)是固定的,当其承径线长度L改变时,往往通过改变内锥角 α的角度来实现的。 在图11Φ150挤塑机的21付挤管式模芯尺寸中可看出,外承径长度一律是25 mm,内承径长度一律是35mm,外锥角半角均为30度。而在图12Φ150挤塑机 18 的26付挤管式模套尺寸中可看出,其承径长度一律是20mm,内锥角半角均为30 度。随着模芯内径和模套内径改变的仅仅是模芯、模套的总长度,而内外承径及 夹角不变。这有一个很大的优点,既通用性强,任何一个模芯可和任何一个模套 相配,在挤出中都不会发生问题。这种特点的系列模具在大型挤出机中经常采 用。 以上表1~表5列出的各种模具结构尺寸,及图7~图12中列出的各种模具结构尺寸,仅供选择及设计模具时参考,其中有些尺寸与前面叙述的可能有些出 入,不完全一致,因为这些表、图均是从不同参考文献中收集来的,笔者未作大 的改动,因此可能会略有出入。事实上,不同工厂或同一厂的不同车间甚至同一 车间不同的模具设计者,所设计的模具都各有差异。电线挤出中除了模具外,温 度、速度、塑料性能等均有很大关系,只要在挤制塑料电线时能保证产品质量, 均可选用,不一定非要按照上表、上图的尺寸。 铜焊 技术要求 1. 尖端部热镶硬质合金 Φd从0.6至2.0,每隔0.1一挡 2. 尖端与模芯体铜焊,焊接要牢 3. L1=20.5-1.93*d 04.全部倒角1*45 0 图7 Φ45挤塑机模芯(120斜机头) 19 技术要求 1. ΦD从1.1至6.0每隔一档 2. L=1.18D 3. 全部倒角为0.5* 0 45 0 图8 Φ45挤塑机模套(120斜机头) 20 技术要求 1. 调质HRC26~31 模口处25~30mm HRC35~40 2. 发兰 3. 公差 ,0.03 d d D d D d D d D 0.50 1.15 1.85 2.70 3 4 0.55 1.20 1.90 2.80 2 0.60 1.25 2.0 2.9 0.65 1.30 2.1 3.0 0.70 1.35 2.2 3.1 3 0.75 1.40 2.25 3.2 4 5 0.80 1.45 2.30 3.3 0.85 1.50 2.40 3.4 3 0.90 1.55 2.45 3.5 1.00 1.60 2.50 1.05 1.70 2.60 1.10 1.75 2.65 图9 Φ45挤塑机模芯( 090直角机头) 21 技术要求 1.HRC26~31 2.发兰 D L L2 D L L2 D L L2 D L L2 D L L2 1.1 2.1 3.3 4.5 5.2 1.5 14 1.2 2.2 3.4 4.6 5.3 1.3 2.3 3.5 4.7 5.4 2.5 15 1.4 2.4 3.6 4.8 5.5 1.5 2.5 3.7 4.9 5.6 1.0 14 1.5 14 1.6 2.6 3.8 5.0 5.7 3.0 16 1.7 2.7 3.9 5.1 5.8 2.0 15 1.8 2.8 4.0 5.9 1.9 2.9 4.1 6.0 2.0 3.0 4.2 6.2 3.1 4.3 6.8 3.2 4.4 7.1 图10 Φ45挤塑机模套( 090直角机头) 22 0 图11 Φ150挤塑机挤管式模芯(斜机头) 120 关于图11的说明如下: δ Φd L α G(kg) 0‘1.5 15 119.50 1.67 1454 ‘01.5 16 118.65 1.51 43 14 '01.5 17 117.78 1.51 33 14 0'1.5 18 116.90 1.49 1421 0'1.5 19 116.0 1.48 1411 01.5 20 115.18 1.52 14 0'1.5 21 114.3 1.50 1348 0'1.5 22 113.45 1.485 1336 0'1.5 23 112.58 1.46 13 24 0'1.5 24 111.70 1.465 13 12 01.5 25 111.85 1.44 13 '01.5 26 110.0 1.45 45 12 '01.5 27 109.1 1.45 32 12 '01.5 28 108.25 1.41 18 12 23 '01.5 29 107.4 1.35 0512 02 30 105.6 1.34 12 '02 31 104.70 1.35 45 11 '02 32 103.85 1.37 3011 0'2 33 102.95 1.35 1114 0'2 34 102.10 1.30 1057 0'2 35 101.25 1.30 10 44 本图中,外承径长度一律是25mm,内承径长度一律是35mm, 0 外锥角角度一律是30。 60,d3,1计算公式: 1.当δ=1.5时,L=132.5-tgd α= 22(L,35) 60,d3,1 2. 当δ=2时,L=131.55-d α=tg 22(L,35)技术要求: 1.模口处30~40 HRC35~40 2.全部发兰 图12 Φ150挤塑机挤管式模套( 0120斜机头) 关于图12的说明如下: ΦD L G(kg) ΦD L G(kg) 25 54.64 1.10 38 43.38 0.82 24 26 53.77 1.57 39 42.52 0.81 27 52.91 1.05 40 41.65 0.77 28 52.04 1.04 41 40.78 0.76 29 51.18 0.97 42 39.92 0.75 30 50.31 0.96 43 39.05 0 .74 31 49.44 0.95 44 38.19 0.675 32 48.58 0.94 45 37.02 0.67 33 47.71 0.91 46 36.45 0.65 34 46.85 0.88 47 35.59 0.64 35 45.98 0.86 48 34.72 0.61 36 45.11 0.85 49 33.86 0.59 37 44.25 0.845 50 32.99 0.59 本图中,内锥角角度一律是0,内承径长度一律是20mm。 30 3计算公式: L=76.3-d 2 技术要求: 1.调质HRC240~260 2.内表面镀烙δ=0.03~0.05 3.其余发兰 25 1.配模系数 美国杜邦公司研制并生产了泰氟隆(Teflon)FEP树脂(是一种四氟乙烯 与六氟丙烯的共聚物,国内简称F46)。为了推广应用该树脂,在1973年3月出版了一份资料“泰氟隆——FEP树脂的熔融挤出工艺”,在该份资料中首次提 出拉伸平衡度(英文缩写为D.B.R) 问题。所谓拉伸平衡度即在挤管式模具 设计中,要求模套内径(D大)与电线护套(或绝缘)外径(d大)之比大于或等于模芯承径部分外径(D小)与电线线芯(或电缆缆芯)外径(d小)之比。笔者把它简化为D大:d大与D小:d小口诀化为大比大与小比小。在F46电线 生产(用挤管式)的模具设计中,只有应用了拉伸平衡度,才能避免出现圆锥撕 裂、针孔、裂缝、松包等现象,生产出优质的电线绝缘与护套。之后,把这拉伸 平衡度的原理推广应用到聚氯乙烯、聚乙烯等塑料的挤管式模具设计中,也都获 得成功。现在把它分析、归纳、出来,供大家在设计模具时参考。 为了便于说明问题,把拉伸平衡度简称为配模系数,并用符号K表示。 挤管式模具挤出原理图见图13。挤管式塑料拉伸示意图见图14。 小 MN AB——离开模口时料流的厚度 d小——电缆芯线外径 图13 挤管式模具挤出原理 26 小小大大 D大——模套内径 d大——所需护套外径 D小——模芯外径 d小——芯线外径 图14 塑料拉伸示意图 从图13看出,挤管式挤出可以看作在模芯套口处有一个环状塑料层(图中ABMN与组成),经过一定的拉伸(缩小)包在电线的线芯上面。如果没有拉 伸,在挤出过程中A点料流移动到A3点,B点料流移动到B3点,挤出的料流形成一个空心管子,聚氯乙烯硬管挤出就是这种情况。实际生产时,因芯线速度 大于料流挤出速度形成拉伸,料流出模口后成为一个圆锥。假定出胶量不变,根 据线速度的不同圆锥锥度也不同。线速度慢,拉伸小,圆锥的尖端远在O2点; 线速度快,拉伸大,圆锥的尖端就向前,移动到O1点。但是不管O点在何处,在这个圆锥里,环状截面(即料流的内外径之比)是保持一定比例缩小的。因为 电缆的芯线存在,料流从B点移动到B1或B2点后与芯线外径吻合,这时A点移动到AABAB1点或A2点,料流就包复在电缆芯线上,与就成为芯线1122 上的护套(或绝缘)层的厚度。这样的拉伸称为平衡拉伸。在同一付模具中,对 同一根芯线,如果实现平衡拉伸,既A点与B点一直都在垂直GO2轴的平面上,不发生错位移动的话,不管牵引速度快与慢,(不管拉伸大与小)其AB等于11AB,既包复在芯线上的厚度是一样的,详细分析在下面。因此,挤管式挤出22 实际上是塑料从一个大环(模口处)拉伸成一个小环(电缆护层或绝缘层),见 图14。 现在再来说明配模系数,参见图15配模系数K原理图。 27 大 小 ——离开模口时料流的厚度 AB AB——所需电线护套(或绝缘层)厚11 度 图15 配模系数K原理图 在图15中,BN等于D大(模套内径),等于D小(模芯承径外AM大径),AB即离开模口时料流的厚度,所需电缆护套(或绝缘层)厚度。AB11 BNAM等于d大(电缆外径),等于d小(模芯外径)。 1111 从图15看出,这里有两个相似三角形,?OBG~?OB1G1,?OAG~?小OA1G1。根据相似三角形对应边成比例定理,则 BGOGAGOG ,,BGOGAGOG111111 二边右式相等则 BGAG (1) ,BGAG1111 到这里可以看出,(1)式的成立与O点无关,不管OG距离是大还是小, (既线速度是快还是慢,或拉伸是大还是小)(1)式都成立。 ?2BG=D小,2AG=D大,2B1G1= d小,2A1G1=d大。 代入上式得 28 D小D大 (2) ,d小d大 (2)式移项可得 D大?d小 d大, (3) D小 既实现平衡拉伸,不发生料流层间错位时电缆外径大小只决定于模具尺寸(D大,D小)及缆芯外径(d小)与生产速度既O点位置无关。 (2)式移项又可得 D小?d大 D大, (4) d小 在挤管式模具设计中,d大、d小、D小都是已知的,通过(4) 式就可求出实现平衡拉伸时的模套内径。 把(2)式移项还可得: D大 d大,1 (5) D小 d小 这就是实现平衡拉伸的条件,即在模具中厚度AB的环,经过拉伸成厚度 A1B1的环,正好包在电线线芯上,B1点正好与线芯表面吻合,A1B1即为所需护套厚度,A1M1即为所需护套外径。这是理想情况,实现平衡拉伸说明塑料 在挤出拉伸过程中,内外径之比是保持一定比例缩小的。 在实际设计中,模套内径D大可以大于或小于(4)式求出的值。因此,令 D大>1紧包 d大 ,K,1平衡拉伸 (6) D小<1松包d小 称K为配模系数。这就是配模系数的公式。笔者为了便于记忆,在常用符号中, 有意写成D大、D小、d大、d小,把(6)式口诀化,读者可记成大比大与小 比小,即模具中大的尺寸(模套内径)与成品电缆中大的尺寸(护套外径)之比 及模具中小的尺寸(模芯承径部分外径)与 电缆中小的尺寸(芯线外径)之 比。 配模系数K有三种情况,K=1是平衡拉伸,上面已叙述,现在来看另二种情 29 况。 把(6)式移项得 D大,d小 ,K (7) D小,d大 K>1 紧包 参阅图16配模系数K>1分析图。 图16 配模系数K>1分析图 从(7)式看出,当D大及d小增加或D小及d大减小时,则K>1。也就是当模套内径及线芯外径增加或模芯承径外径及所需护套外径(亦即护套厚度) 减小时,K>1。 在图16中, 为模芯外径与模套之间的距离,即离开模口时料流的厚度。AB FG为所需电线护套(或绝缘层)厚度, 为线芯(或模芯)的半径。 EF 假设,在挤出时选用较大的模套内径(D大增加),在图16中A点移动到 A1,而其余三项保持不变,这时K值就大于1,成为不平衡拉伸。若要继续保 持K等于1的平衡拉伸,因为芯线直径(d小),模芯承径外径(D小)在挤出过程中都不能改变,只有增加护套外径变粗。如果用了大的模套(内径)后仍要 求挤出电缆护套外径不变,厚度保持在EF值,在实际生产中可以通过提高牵引 速度(线速度),使料流发生层间的错位,经过一定的拉伸来达到所需要的线缆 外径。具体而言,料流ABEF挤出拉伸到位置时,F点已与芯线外表面接11 30 触,这时由于线速度增加,F点随着芯线一起快速移动到F2位置,而E1点移动较 慢,延着斜线移动到E2点位置。E2点与F2点不在垂直OG的同一平面上,发生层 间错位,通过这个层间错位(拉伸)使护套外径减薄,EF的厚度等于EF的22 厚度。因此,K大于1,则线缆生产速度快,塑料经过一定的拉伸与芯线包得紧 密,且机械强度提高,对实际生产具有指导意义。在一般电线护套及绝缘生产 中,有意设计成K>1,根据不同塑料K的取值不同,通常取K等于1.05~1.20。 K<1 松包 参阅图17配模系数K<1分析图 图17 配模系数K<1分析图 从(7)式看出,当D大及d小减小或D小及d大增加时,则K<1。也就 是当模套内径及芯线外径减小或模芯承径外径及所需护套外径增加时K小于1。 在图17中, 为模芯外径与模套之间的距离,即离开模口时料流的厚度。AB FGFGEF为所需电线护套(或绝缘层)厚度,为芯线(或缆芯)的半径,1为变细后的芯线(或缆芯)半径。 假设电线芯线变细,即d小减小,在图17中芯线外径从F点移到F1点,而其 余之项不变(实际生产中也是如此,一旦模具选定挤出过程中D大、D小都不会 再变,d大是所要求的护套外径也不会变的)。这时料流AB挤出拉伸到EF(所需电线护套厚度)位置时,F点没有与F1点吻合,在这个位置如果进水槽冷 却的话,塑料与芯线之间有空隙,形成松包,假设料流AB到达EF位置不进冷 却水槽,与芯线一起继续前进的话,F点到达F2点,芯线F1点亦到达F2点,两者 31 EF吻合,此时料流厚度拉伸到。从二个相似三角形?OE2F2~?OEF可AB22 看出,EF小于,既挤出的护套厚度变薄,电缆外径变小,达不到设计要EF22 求是不理想的。这种K小于1的情况除了光纤二次被复的护套外,在通常的线缆 绝缘与护套的挤出中是不希望发生的。因此,在模套设计中,有意增大内径(D 大增加),使K大于1,万一发生芯线外径变细时,也有一个补偿的余地,不会 发生成品外径变细或塑料包得不紧的现象。 在挤出光纤的护套时,希望光纤在护套里能自由运动,就用K小于1,形成 松包。护套松包时,电线电缆的柔软性也好一些。 松包时的K值一般取0.95~0.98。松包的护套要及时进水槽冷却,以避免拉伸 后变成紧包。 上面提到增加模套内径,使K值大于1时,挤出电缆护套(或绝缘)外径大 于所需的标称外径,通过加快收线速度,使料流发生层间错动形成拉伸,提高生 产率。K值越大,拉伸越大,生产率越高。但是,K值不能太大,因为熔融塑料的拉伸是有一定限度的,拉伸太大,将发生料流圆锥拉破、撕裂、表面粗糙等缺 陷。K值的大小,还要受到塑料本身拉伸性能的约制,要和拉伸比结合起来综合 考虑。下面引入拉伸比的概念。 2 拉伸比 挤管式配模时另一个主要的依据是挤出塑料的拉伸特性,在此称为塑料的拉 伸比。拉伸比的定义:塑料离开挤出模口时圆环面积S 与冷却后包复于芯线上1塑料护套(或绝缘)的圆环面积S之比,称拉伸比。如图14。 2 ,22 S,,D,D小= (8) 大14 ,2 S=,, (9) d,d小22大4 22D,D大s小1 因此,拉伸比 S= (10) ,22sd,d大小2 对于不同的塑料,根据其熔融下的粘度,流动特性及其用途(绝缘还是护 套)所需厚度的不同,其拉伸比是不同的。 电线电缆挤出中常用塑料的配模系数及拉伸比见表6: 32 表6 一般塑料的拉伸比及配模系数 PFA F材料 高压PE 低压PE 46 F48 PVC PA PUR K 1~1.20 1~1.20 1~1.20 1~1.1 1~1.05 1~1.1 1~1.1 1~1.1 S 20~200 80~180 20~80 1.3~2 1~1.2 1.2~1.8 1.5~3 1.5~3 常用 2~350 1.5~10 1.2~5 1.5~5 范围 从提高挤出电缆护套(或绝缘)的质量来看,希望S小一些为佳。因为拉伸比大,即模套孔径大,塑料拉伸严重,制品表面粗糙无光泽;拉伸比小,表面质量 就好,还不会产生收缩现象。例如,有的同轴射频电缆剪断后,聚氯乙稀护套就 缩进去较多,使编织线露出来,这就是塑料拉伸过大造成的,降低拉伸比就可避 免此缺点。当然,拉伸比小速度慢,生产效率低。 在挤管式模具中,首先必需保证的是配模系数K应符合要求,然后再考虑拉伸比S。一般是已知芯线(标称)直径d ,护套(或绝缘)厚度及外径小 d,先选择模芯的结构尺寸D,再选定K后通过计算求模套内径D。大大小 从(7)式可得 D,d,K小大 D (11) ,大d小 从(11)式计算求得D。把求出的D在现成有的模套中找一下,有没有大大 相近的模具,有的话就用现成的模具,没有接近的只好重新做。 下面举一个例子,来具体说明上述过程。 3 设计实例 SYV-50-3射频电缆,绝缘外径为Ф3.0?0.15mm用0.12mm裸铜线纺织。要求聚氯乙稀护套外径为Φ5.0?0.25mm。求护套挤出时的模芯、模套结构尺寸? 解:编织外导体的厚度一般取编织单丝直径的4.5倍 ?编织线芯的外径d =3+4.5*0.12=3.45?0.15mm 小 已知:d=5.0?0.25mm 大 33 ?是编织结构,模芯内径d略为在一些,间隙q取0.50mm 3 ?d3=d+q=3.54+0.5=4.04?4mm 小 模芯壁厚t=0.35mm (从实用角度出发t=0.5较佳,因0.35mm加工困难,且强度低,模具易损坏) 模芯外径 D=d3+2t=d3+2*0.35=4.7mm 小 选定配模系数 K=1.10代入(11)式 D,d,K4.7,5.0,1.1小大 则 D==,7.3mm 大3.54d小 模套承径 L=0.6D=0.6×7.3=4.38?4mm 大 模芯外承径 l=L+(2~3)=4+(2~3)=6~7mm 1 模芯内承径 l=l+2=(6~7)+2=8~9mm 21 挤出时模套与模芯平口 拉伸比 2222DD,7.3,4.7大小 S=,,2.50 2222dd,5.0,3.54大小 在设计时还应考虑芯线是下公差、护套是上公差及芯线是上公差、护套是下 公差的情况,其计算结果见表7: 表7 SYV-50-3射频电缆护套K值、S值 K S 类 型 d小 d大 D小 D大 3.39 5.25 4.7 7.3 1.00 1.94 上公差 3.54 5.0 4.7 7.3 1.10 2.50 标称值 3.69 4.75 4.7 7.3 1.21 3.49 下公差 从表7可见,在生产中只要测量护套外径在5.0?0.25mm范围内,不管其芯线外径略有波动,基本上均能获得满意的结果。 模具的设计并不是绝对的,可以有许多付模具均能挤出满意的护套。 34 4 某些经验公式 在有些资料中挤管式模套的内径,不是通过配模系数求得,而是根据实际生 产经验,有一个经验公式。举例如下: D,,,D,2,P,A 大小 当 d?5mm时 A=0.4~0.8mm 大 d>20mm时 A=2mm 大 也有 A=0.1~0.4mm 在本讲议上也有模套的经验公式 对绝缘 D=D+2P+(0.1~0.5mm) 大小 对护套 D=D+2P+(0.5~3.0mm) 大小 这些经验公式都是对的,但缺点是都有一个适应的范围,对没有实践经验的 人来说,究竞取那一个值就比较困难,而且也讲不出道理,不象通过配模系数来 计算,有根有据,往往能一次成功。 5 挤管式模具的用途 上面讲了许多挤管式模芯、模套的设计,实际上挤管式模具的应用比挤压式 广范的多,用途很大,除了常用于电线电缆护套挤出外,还有: (1)某些衬料因本身性质决定必须用挤管式才能挤出。例如:F、46 PFA、F——都要用挤管式挤绝缘及护套,如果采用挤压式模具易引起剪切40 破裂,影响挤出性能及电线质量。 (2)某些电缆的结构形式决定只能彩用挤管式挤出。例如:绳管式绝缘、 螺旋垫片外的聚乙稀管、鱼泡式、竹节式等等都采用挤管式来挤绝缘。另外,对 一些泡沫电缆,皱纹外导体电缆的护套也都采用挤管式,使电缆柔软,不会破坏 电缆内部泡沫结构。 (3)在高速生产的条件下采用挤管式也比较适宜,因为挤管式阻力小出胶 量大,有利于实现高速成挤出。 (4)某些电缆的绝缘,例如:1KV以下电力电缆也用挤管式挤绝缘,因为 绝缘层薄,挤管式不易偏心且便于操作。用挤管式挤绝缘时拉伸比一般较大,使 绝缘包得紧些。 从图14看出,模芯与模套之间有一个环形截面,这个截面积S 等于1 35 ,22。在图18直角机头图中,挤塑机机头内出料口(图中A-A剖面,,D,D大小4 处)有一个最小料流面积S,即料流从机头内进入料流部分截面积。这个截面3 可以是圆形,也可以是椭圆型或二个圆型。如果是二个圆型则这二个圆型面积之 和为S。 3 要求 S,0.8S 13 (12) 从B-B剖面可看出,料流从机头进入模芯座处一分为二,从上下两边包围在 模芯座周围 或 模套座模芯座熔接线料流或 图18 直角机头 ,在会合成一个圆环,沿着模芯,模套向前推进挤出。在会合粘结处,产生一条 接缝称为熔接线。在一般正常挤出时,这个熔接线是看不出的(即不会出现 的)。在模具设计时,要求上、下两边的料流在一定的压力下会合、粘结。如果 压力不足,挤出的护套就会在熔接处纵向开裂。这个S,0.8S就是保证在模13 芯分流的两股料流,在足够压力的作用下会合粘结,使其接合紧密,不会产生接 缝开裂。当然S?S 更好,S越小,接缝处压力越大,粘结越紧。不满211足(12)式这个条件就容易发生护套沿模芯分流桃子的会合处纵向开裂。这也符 合前面讲的从机头进料口(图18中C-C剖面处)到模套出料口的截面积要逐步缩小,压力要逐步增加,塑料 的挤出速度(料流运动的线速度)也逐步增大的原则。这一点在模具设计时务必 注意。只要不是小机器做大线,一般不会发生这个问题。 36 四、其它模具 1、合金模芯头 对一些常用规格的电缆,或生产速度在200米/分以上的绝缘挤出中,经常 用钨钢(碳化钨)作为模芯头,装在模芯前端,以延长模芯的使用寿命。这种钨 钢模芯头子,可以用铜焊焊在模芯上,例如图7那样,也可以用镶嵌的办法装上 去。 镶嵌用模芯头子的结构见图19。 敲打 阴模座 图19 钨钢模芯头子 图20 钨钢模芯头子镶嵌图 钨钢模芯头子预先成批加工好,用阴模座敲打压紧,如图20。模芯头子内孔磨损后,挤塑工只要用一根铜棒从模芯后面穿入,用力一顶就可以把坏模芯头子 顶出,装入新的,再用阴模座敲打压紧既可,不用焊接调换,非常方便。 有的工厂因地制宜,用硬质合金拉丝模作为模芯的出口定径段,用铜焊与模 芯座焊接成挤压式模芯头子,用于Φ45挤塑机上,效果甚佳,与45#钢模芯相 比,其使用寿命延长了近百倍。其结构见图示21。硬质合金拉丝模作为模芯的出 口段。在选用时应注意,模孔内径要大于线芯直径的8~10%,定径区的长度可为 芯线直径的5~8倍。 37 图21 硬质合金拉丝模作为模芯的出口段 2、小线挤出可用针管做模芯 对于小线生产,要求模芯内径很小。例如:有些射频电缆或安装线,线芯规 格为7×0.08mm,要求模芯内径d为0.35mm,这个模芯内孔的机械加工相当1 困难。特别当加工深度大于5mm,在高速钻床上打孔,钻头很容易断。因此, 很多电线厂当模芯内径小于1mm时,往往直接用不锈钢无缝毛细管作为模芯内 的套管,起承径部分的作用。不锈钢管本身有0.10~0.25mm的厚度,这样模芯内 孔就可扩大0.20~0.50mm,机械加工就容易多了。例如:模芯需要Φ0.6mm的内孔,可用外径Ф1.0mm,厚度0.2mm的不锈钢针管插入代替,这时模芯内孔可放 大到Φ1.10mm,其中0.10mm间隙是为穿不锈钢针管用的,加工就容易多了。 不锈钢管不耐磨,需要经常更换。因不锈钢管不是用焊接方法焊到模芯上去 的,而是用一个简便的夹具夹牵,操作工可以随时拆换,非常方便。 上海注射针厂用1Gr18Ni9Ti不锈钢生产的不锈钢无缝毛细管,对电线生产有 用的规格列于表8。 表8 上海注射针厂不锈钢无缝毛细管 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 外径 厚度 0.10 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.15 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 38 0.20 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0.25 ? ? ? ? ? ? ? ? 厂址:上海茂竹路146号码 电话:774866 #在生产中,一时买不到不锈钢毛细管,也可用医用注射针头代替。6号医用 注射针头,其外径为Φ0.68mm,壁厚0.10mm。 3、抽(充)气挤出模具 在一些大中型电缆中,护套和缆芯往往粘贴不紧,特别是皱纹外导体的电 缆护层。为了使护套和缆芯能紧密结合,挤管式挤出时可以在模芯内部抽气,使 挤出的塑料护套层与缆芯之间造成一定的负压,这样塑料一出模口就紧紧地贴在 缆芯上。抽气挤出的示意图见图22。 厚5mm橡皮垫圈 充气或抽气 图22 抽(充)气模芯示意图 从图22抽(充)气模芯示意图上可以看出,在模芯的尾部装上一个抽气嘴, 接真空泵抽气。在模芯后端套上一块橡皮垫圈,用螺母型压盖固定。橡皮垫圈的 中心孔要小于模芯2~5mm,起密封作用。抽(充)气模芯的密封性要求不高。 只要能起到抽(充)气的作用就行了。对于1KV以下的塑料绝缘电线电缆,,因 为绝缘厚度比较薄,用挤压式挤出,容易发生偏心,可改用挤管式挤出,使绝缘 厚度均匀,节约原材料,并可提高生产率。用挤管式生产时,绝缘与芯线挤包不 紧密,这时就可用抽气挤出,使绝缘与芯线挤包紧密。有的工厂在生产BVV型两芯、叁芯护套线的外扩层时,用挤管式模具,也用抽气挤出,使护套厚薄均 匀,与内绝缘粘贴松紧合适。 39 在一些聚乙稀螺旋垫片绝缘外面挤薄型聚乙稀套管时,这层聚乙稀薄壁管径 常会出现螺旋状的上凹下凸的现象。特另是挤制绝缘外径较大时此种现象更为严 重。除了采用适当加长承径部分长度的挤管式模芯模套外,还可以采用充气挤出 的方法。充气挤出的模芯同抽气挤出的模芯(见图22)仅仅是变抽气为充气。在模芯内充以一定压力的气体,使绝缘管保持形状圆整,以克服挤管时因塑料自重 下垂而造成的竹节型或椭圆型。此外,在挤制绝缘管时,应适当降低挤出温度, 减少塑料流动性,对保持外型圆整也有好处。 相对而言,抽气挤出比较容易实现,因为对真空度的波动要求不高,只要有 一台普通的机械式真空泵就行。而充气挤出需要有一整套稳压措施(压缩泵、贮 气柜、稳压阀、流量计等)。每当气压低于某值,压缩泵开始工作,供气压力增 加,气压高于某值,压缩泵停止工作,气压逐步下降。这样周而复始,供气压力 呈波动状,使挤出的绝缘管外径在大长度范围内也呈波动状起伏。因此,充气挤 出相对而言比较困难。 4、泡沫聚乙烯挤出模具 泡沫聚乙烯绝缘,由于其介电常数小,制造方便,生产效率高,又不需要进 行干燥处理,因此,在长途通信电缆,共用天线(CATV)电视电缆中得到广泛应用。 泡沫聚乙烯按其发泡方法可分为化学发泡法和物理发泡法。物理发泡法有气 体发泡、静电发泡等,这是近年来发展应用于薄层绝缘电话电缆上的新方法。但 是在绝缘层较厚的射频电缆中,仍以发泡均匀性好的化学发泡法居多。常用的化 学发泡剂有偶氟二甲酰胺(简称AC型发泡剂)和偶氟二异丁膦(简称N型发泡 剂)。不管是化学发泡还是物理发泡,其挤出模具是基本相同的。模具的几何尺 寸、形状对泡沫聚乙烯绝缘表面和发泡度有较大影响。由于模具对塑料具有相当 大的压力,当塑料从模口挤出后,压力消失,塑料膨胀发泡,直径就变大。这种 膨胀性的大小和泡沫聚乙烯的密度大小成反比,一般模套内径D 必需大大小大 于规定的绝缘外径,并与发泡度相吻合。 泡沫聚乙烯电缆挤出模具的模套内径可按下式计算: r`222 D,(d,d),d 大大小小r (13) 40 ,d,2,(1,M),1.1P 或D 大小 (14) 式中:r`——泡沫聚乙烯的比重,根据发泡度而定; r——聚乙烯比重,一般取0.92; M——发泡度; d,d P——泡沫聚乙烯绝缘厚度 P=大小 2 当M=50%时,则(14)式变为 d,d大小 D),d,1.1,P,d,1.1,( 大小小2 (15) 实际生产时选择的模套内径还需要略小于上述理论公式计算出的数值。 模套承径长度: 泡沫聚乙烯在模具中受到的阻力要小,所以承径L要短,泡沫才能发得出来。一般要求: L?1 P2 即模套承径部分长度L应小于或等于绝缘厚度的一半。这也要根据泡沫绝缘外径 PP的大小而定,外径大承径可取小于,外径小承径可取等于。 22 L太小:将使泡沫绝缘外径粗细不均匀; L太长:将使泡沫塑料在模套中受到的阻力增加,泡沫聚乙烯绝缘表面就粗 糙。 泡沫聚乙烯绝缘挤出模具见图示23。 在模套的出口处要有一个喇叭形的倒角,以利于聚乙烯出模口后即能膨胀发 泡。与实芯聚乙烯绝缘挤出相比,泡沫聚乙烯绝缘挤出时,模芯端面与模套承径 之间的距离比较大。间隙大,使泡沫聚乙烯与芯线粘合紧密,不容易发,, 生松动。由于泡沫聚乙烯模套内径D,大大小于泡沫绝缘外径d;模芯大大过分向前即较小,使挤出的泡沫绝缘层成为一个空心的泡沫管子,与芯线不, 粘合,容易发生松动。常取的mm。如果生产的泡沫聚乙烯绝缘外径较,,3~5 41 大的话,还可增大。 , 附带指出,泡沫聚乙烯绝缘与芯线导体粘合是否紧密,还与芯线预热的的温度有 关,在此不详 图23 泡沫聚乙烯绝缘挤出模具示意图 述。另外,泡沫聚乙烯绝缘的质量除了模具正确外,还与聚乙烯本身、发泡剂的 品种、发泡剂的配方、混料是否均匀、挤出温度、挤出速度及冷却方式等许多综 合因素有关,在此不一一详述。 5、 尼龙挤出(PA) 尼龙由于其优良的耐油性、耐磨性和良好的机械强度,常被用作电线的绝缘 材料和护套材料。例如,漂浮电缆的线芯绝缘,光导纤维的二次被复层及航空用 聚氯乙烯绝缘尼龙护套绝缘(详见JB1073-70 FVNP聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线标准)。 尼龙的化学名称叫聚酰胺,是含有酰胺基 的高聚物,属于极性结构,具有亲水基团,所以一般的尼龙的吸水率都比较高,在 左右。2~8% 挤出前尼龙必须放在真空烘箱中进行烘干。烘箱100?箱左右,烘干时间16小 时。 尼龙种类很多,有尼龙6、66、9、1010、12等。为了保障电线的绝缘性能,绝缘用尼龙常用尼龙1010。对光导纤维二次被复,常选择机械强度较高的尼 龙12。 众所周知,一般热塑性塑料随着温度的升高,呈现出三种物理状态,即常温 下的玻璃态;超过玻璃化温度T时呈现高弹态;超过粘流化温度T时开粘玻 42 始塑性流动,成为粘流态;温度在上升到分解温度T时塑料开始分解。而尼分 龙只有玻璃态和粘流态,即它没有高弹态,通常不发生塑料的渐变软化。亦即尼 龙有明显的熔点,在不太大的温度范围内(约10?)由固态转化为粘流态。 由于上述尼龙特性,因此,尼龙用的螺杆应是体状态,很少被压实,所以螺 杆的加料区要长些,螺杆长径比要大一些,L/D=()?1。一般采用等18~22距不等深的突变形螺杆较为合适、又因尼龙熔融粘度低,温度一高像水一样,所 以螺杆的挤出部分螺槽深度较浅,螺杆压缩比为1:4,否则,挤出量不稳定。 同样因尼龙的熔融粘度低,流动性好,尼龙挤出机螺杆与机筒之间的间隙要 小,一般不大于0.15mm。如果螺杆与机筒之间的间隙过大,漏料就大大增加,使 出胶量减少。 尼龙挤出模具:因尼龙的熔融粘度低,挤出模具采用套管式。一般纯尼龙的 拉伸比S=左右,加颜料的拉伸比可适当减小S左右。拉伸比5~10,1.5~3不当将引起熔融破裂,使挤出的尼龙层粗细不均匀或脱料拉破等。 尼龙挤出模具的承径 因尼龙的熔融流动性好,成型性差,所以挤尼龙时 模套的承应当长一些。 还是尼龙熔融粘度低的原因,挤出后常因自重而下垂,比较合适的是用垂直 机头,将机头改成自上而下的挤出方向,挤出就比较均匀。 尼龙的热稳定性较差,在高温下熔融的尼龙容易产生热老化使分子链降解。 另外,为了改善其高温下的挤出加工性能,目前在尼龙电线的挤出中,不是单纯 的用尼龙1010,而是加了百分之几的高压聚乙烯及抗氧剂等物质。高压聚乙烯的 加入是改善其绝缘性能及挤出加工性能。加入高压聚乙烯的尼龙俗称尼龙合金, 现在已有专门的工厂制造出售。 上面已述,尼龙有明确的熔点,在较窄的温度范围内(约10?)从固态转化为粘液态。因此,尼龙挤出温度控制范围较严格,特别在压缩段。温度过高,尼 龙像水一样不能成型;温度过低就不出料,甚至有损坏螺杆的危险。 常用挤出温度:140 190 200 ? ~240 螺杆转速:转/分 10~15 螺杆进料口最好用冷水冷却,以防尼龙熔融粘结,使进料发生困难。 6、聚氨脂(PUR)挤出 聚氨脂是分子主链上含有较多氨基甲酸 基团 的高分子聚合 43 物。它是一种热塑性弹性体,可归橡胶类。它具有高强度、高耐磨、高弹性、耐 油、耐低温、耐辐照和耐臭氧等极其宝贵的综合性能。它具有橡胶一样柔软耐 磨,但加工工艺简单,没有橡胶复杂;它可以和聚乙烯、聚氯乙烯一样通过加热 挤出,但没有聚氯乙烯在使用中会变硬,聚乙烯在使用中往往会发生环境应力开 裂的缺点。因此,在一些矿用电缆、耐油电缆、地球物理勘探电缆、耐辐照电缆 以及要求高可靠的柔软军用电缆护套中获得应用。但是,聚氨脂价格较贵是限制 它广泛使用的根本原因。 聚氨脂有聚脂型及聚醚型二种。聚脂型耐水解性能较差,作为电缆护套常用 耐水解性能好的聚醚脂型聚氨脂。 国产聚醚型聚氨脂本色料的耐老化性能较差,为了延长聚氨脂使用寿命,国 产热塑性聚氨脂必须加入防老化剂和光屏蔽剂才能使用。电缆用国产聚氨脂护套 料的典型配方见表8。 表8 聚氨脂护套料配方 材 料 名 称 用 途 用 量 聚氨酯(醚型) 树 脂 100kg 色 素 炭 黑 光防老剂 0.5kg DNP 防老剂 0.3kg 白 油 分散剂 600ml 聚氨脂材料的吸水性较高,容易吸潮,挤出时会产生小气泡,因此,在挤出 前必须经烘箱烘干。烘时应严格控制温度与时间,烘箱温度过高,聚氨脂粒料会 熔融结块而无法使用。一般推荐 ?烘30分至2小时。烘干后的粒料应105~110 及时使用,如果第一天烘过未用完,第二天最好再烘一下以防吸潮,在梅雨季节 更应如此。 聚氨脂护套的挤出在一般塑料挤出机上进行。由于聚氨脂的坚韧性和较高的 熔融粘度,其弹性较大,剪切力也较大,因而螺杆转速应较低,一般在5~10转/分左右,国外可达转/分。 50~60 聚氨脂的挤出模具与软聚氯乙烯电缆料挤出模具相同。模套承径部分长度L= 44 ()D。挤出电缆护套时应保证料流能通过一定的平直部分,使护0.5~1大 套表面光滑且圆整。聚氨脂料的拉伸比S=。和其它热塑性塑料相比,1.5~3.0聚氨脂的热膨胀较大,料流自模口挤出后要膨胀,一般靠调节挤出机的牵引来控 制电缆外径。 聚氨脂的塑化温度范围较窄,要求挤出机本身有精确的温度控制来严格控制 挤出温度。一般是进料口温度低些,机身温度高些,但不宜过高,国产料最高温 度不迢过?。 180~190 常用挤出温度 140 150 160 175 170?,机头温度应高一些,以使挤出的护套表面光洁,但不能太高,因温度过高易产生粘液态,挤出物容易变 形,电缆护套外形就不圆整。进口料的挤出温度可高?,进口料温度太10~20低(低于140?)时,料不能进入挤出机;进料段温度太高,高到足以使料在进 料段塑,粘包在螺杆上也引起进料不均匀,出料不均匀往往是由于进料不均匀引 起的。 聚氨脂的分解温度是221?。它在加工挤出过程中放出异氰酸脂。异氰酸脂 是一种刺激性气体,对人体有害,能使人发生过敏性皮炎、口干、喉痒、多梦等 症状。因此,一方面在操作时严防过热分解,另一方面应采取吸风措施,保证操 作者的安全。 7、F挤出 46 F是聚全氟乙丙烯的简称。它实际上是四氟乙烯(82%)与六氟乙烯46 (18%)共聚物。F是一种耐高温的热塑性塑料,其长期工作工作为46 ?。它具有优良的电气特性、优异的耐化学腐蚀性、突出的抗光热,85~,200 老化性、不燃及较好的机械强度。因此,被广泛用于航天、航空、仪表、化工等 耐高温而腐蚀电线电缆。 F挤出成型工艺控制和设备同一般热塑性塑料挤出。但是,由于F4646 挤出温度较高(?),F树脂在高温熔融挤出中总会有一些含氟380~39046 气体分解出来,这些分解物对一般金属材料具有强烈的腐蚀作用。例如,45钢做 模具,几小时就使与熔体接触的表面被腐蚀剥落;用38CrMoAl寿命为几个月;用1Cr18Ni9Ti不锈钢寿命为半年。所以,F树脂挤出所用的螺杆、螺套、机46 头、模具等应采用高镍含量的镍基合金构成,以避免严重腐蚀现象发生,保证挤 出产品的质量。用镍基合金做的挤出机寿命可达十几年。 45 在说明F挤出模具结构特点之前,先要叙述一下料流(熔融塑料)在模46 具中流动的情况见图24。挤出时螺杆转动,对料流产生一个向前的推力F,料1流在模具中向前运动时,与模具壁摩擦产生一个磨擦阻力F、F。因为这三个23力的作用,在料流中就产生剪切力。这样,挤出时模具内的熔融塑料中,有一个 剪切应力,。 ,,,,, (16) 有效 式中:——剪切速度 , ,——塑料在加工温度下的有效粘度 有效 模套 模芯 图 24 塑料在模具中流动 对各种塑料,在电线挤出过程中允许的剪切应力是不同的,但每一种塑料都 有一个最大允许剪切应力。超过这个最大允许剪切应力时,塑料挤出就要发生熔 融破裂,而不发生熔融破裂的最大允许剪切应力又称临界剪切应力,。 临 所谓熔融破裂,就是当热塑性塑料通过模口时,受到一个剪切应力,当此应 力超过临界剪切应力时,就发生熔融破断,使挤出物表面(可以在塑料的内表 面、也可以在塑料外表面)引起粗糙的流动状态,使产品表面粗糙,有横向裂 纹,无光泽,弯曲时发生破裂等,即表面粗化现象,这种现象就叫“熔融破 裂”。它实际上是在模具中过度剪切所引起的熔体的撕裂。 从(16)式可看出:剪切应力与剪切速率及塑料挤出时的实际粘度成正比。 剪切速率高(相当于挤出速度快),剪切应力大;塑料粘度大(相当于挤出温度 低),剪切应力也大。而每种塑料的临界剪切应力是基本不变的,因此,剪切速 率(挤出速度)与挤出时塑料的有效粘度(挤出温度)就成为互相抑制的两个因 46 素。塑料粘度大(挤出温度低),挤出速度就慢。否则就可能发生熔融破裂;塑 料粘度小(挤出温度高),挤出速度就可提高。塑料粘度与材料本身性质有关, 也与加工温度有关。因此,提高挤出温度,特别是机头模具出口处的温度,可降 低塑料粘度,对提高挤出速度有好处。 F树脂虽可采用热塑性塑料常用的挤出工艺,但是,其在熔融挤出温度46 46下,粘度还是相当高,达10~10泊,比其它热塑性树脂约大倍,10~100 所以它就在比其它热塑性树脂低的剪切速率下(比高压聚乙烯低一个数量级,比 尼龙低二个数量级)发生熔融破裂。因此,F树脂挤出的剪切速率是比较小46 的。 对每一种树脂来说,挤出速度是由剪切速率而定的,因为 6Q Y= 1/秒 S1 式中:Q——树脂的体积流量 S——模芯与模套之间环形截面积 1 把Q化成每分钟挤出导线的速度V,则 6,V,100,S10,V,S 22Y,, 1/秒 (17) 60SS11 式中:V——收线速度 米/分 S——电线护套(或绝缘)的环形面积 2 从这里看出,收线速度快及护套(或绝缘)的环形面积大,剪切速率就大; 而模芯与模套之间环形面积大,则剪切速率就小。当模具(S)及绝缘1(S)确定时,剪切速率(Y)和挤出速度(V)成正比。对F树脂而462 言,临界剪切应力是不变的,提高机头模具温度(降低树脂粘度)受到F树46 脂分解的限制,因此,实际生产时剪切速率不能太高,此时,为了提高收线速 度,只有增大模具,提高挤出模具出口处环形面积(S)。这就是F电线461 挤出不用挤压式模具而用挤管式模具生产的原因。在实际生产时,挤管式模具的 环形面积(S)选得较大,拉伸比(S)也大,就是可以降低剪切速率,提高1 收线速度。 以上较多地讲述了塑料在挤出机中的熔融理论,这些原理对各种塑料挤出都 是适合的。在前面叙述的挤压式、挤管式模具,实际都体现了这些原理。因为 47 F的粘度特别大,与一般挤出有些不同,因此,在本节作比较详细说明。本46 节比较难,但掌握了熔融理论,对今后自己设计模具有益。 综合上面所述,F电线挤出模具有下列特点: 46 (1)用挤管式模具不用挤压式模具。 (2)挤管式模具的环形截面积大。 (3)F树脂电线挤出时的拉伸比较大,表6中指出,一般电线拉伸比46 为,在某些情况下可以扩大为。 80~12020~350 (4)另外,剪切应力还与挤出压力和模具承径长度有关。 P,H , (18) ,2,L 式中:P——通过模子后的压力降 L——模套承径 1 H——环形模套缝口 H,(D,D) 大小2 从(18)式中可看出,模套承径长度与剪切应力成反比,模套承径长,剪切 应力小,塑料就不容易发生熔融破裂。因此,F挤出模套的承径都比较长。46模具承径长,就可避免料流压力的过度波动及提高挤出速度。 一般规格 L,10D 大 小规格导线 L,15D 大 (5)从(18)式还可看出,通过模子后的压力降和剪切应力成反比,因 此,模芯、模套的锥角较小,使通过模具后的压力降较小,可减小剪切应力。在 :某些高速挤出的模具中,模套圆锥的夹角,,6,其原因就在于此。 一般,F挤出模套的内锥角在30º以下,实际还要小。 46 常取的 左右 ,,15: ,,10: 左右 (6)因为镍基合金材料贵,来源也困难,加工难度又高,希望全部模芯、 模套都能互换使用,则其承径部分长度基本相同。 (7)为了模芯的通用性大,模芯的内孔较大,使得一个模芯可以用于很多 规格的芯线生产。 (8)挤出时,模芯伸出模套mm。 1~2 48 (9)在模套的外面有一个较长的环状加热器。 因为F挤出时的拉伸比很大,出模口后包在芯线上之前,F形成4646 一个较长的圆锥,这个圆锥在空气中很快冷却,使F粘度急剧增大,就容易46发生熔融破裂。为了不使这个圆锥拉坏、拉破、就在模套的外面放一个环状加热 器进行保温,见图25。 加热环 图 25 F树脂电线挤出模具外面的环状加热器 46 (10)配模系数K 挤厚绝缘 K=配模系数大,绝缘包得紧密; 1.1~1.2 挤薄绝缘 K=配模系数小,绝缘层不容易破裂。 1.0~1.05 例1、在一台Ф50高温挤出机上生产F安装线,同心绞线结构为4619/0.20mm镀银铜线,要求挤包的F厚度为0.25mm,求其模芯、模套结构尺46 2寸?(该机机头的净料流截面积为400mm,即图18中S) 3[解]已知 d,5,0.20,1.0mm 小 d,1.0,2,0.25,1.5mm 大 配模系数取 K=1.05 模芯外径取10倍绝缘外径 D,10d,10,1,10mm 小小 根据(11)式 D10小 D,K,,d,1.05,,1.5,15.75mm大大d1小 挤出模口圆环截面积S 1 ,,22222 S,(D,D,)(15.75-10)=116.3mm 大小144 49 安装线上绝缘面积S 2 ,222 S,(1.5,1.0),0.98mm24 拉伸比S S116.3 1S,,,118.7 S0.982 F、等耐高温电线的挤出,其拉伸比大,出模口的环形截面积SPFA461 较大,因此,必须考虑三、6节指出的是否符合公式(12)的问题。 2 本机头净料流截面积S,400mm 3 0.8SS< 31 用此模具挤出,熔接线应该不成成问题,这将是一个合适的模具。 模套承径长度L L,10d,10,1.5,15mm 大 模芯承径长度l 1 l,L,2,15,2,17mm 1 例2、 用例1同样的挤出机和机头,要求在19/0.45mm镀银铜线上挤包单边厚度为0.75mm的F绝缘,求其模芯、模套结构尺寸? 46 [解]:已知 d,5,0.45,2.25mm 小 d,d,2t,2.25,2,0.75,3.75mm 大小 由于该线尺寸较大,挤出绝缘较厚,首先应该考虑的是F绝缘挤出后,因46机头内的导流芯管所形成的熔接线(即机头内在挤出过程中因二股料流合流时产 生的接线)强度是否足够。 ,,22222 S,(d,d),(3.75,2.25),7.1mm 小2大44 2 S,400mm 3 最大允许挤出模口环形面积S 1 2 S,0.8S,0.8,400,320mm13 最大允许拉伸比S S320 1S,,,45 S7.12 50 S,45 最大允许模具放大倍数= 6.7 ?模芯外径取6倍绝缘外径 D,6d,6,2.25,13.5mm 小小 配模系数取 K=1.05 根据(11)式 D13.5小 D,K,,d,1.05,,3.75,23.625,23.6大大d2.25小 实际模口环形面积S 1 ,222 S,(23.6,13.5),294.3mm14 实际模口圆环截面积0.8SS<,用此模具挤出绝缘,熔接线有足够的强31 度,不会发生纵向开裂的问题。 实际拉伸比S S294.3 1S,,,41.45 S7.12 模套承径长度L L,d5,5,3.75,18.75?18mm 大 模芯承径长度l 1 l,L,2,12mm 1 本例的计算方法,对某些聚乙烯、聚氯乙烯绝缘(或护套)线的挤出,也有 实用意义。特别是对小机器挤大线时,通过计算就能求出这台挤出机挤出模口圆 环的最大面积,及能挤多大的绝缘(或护套)。 F的挤出还与树脂本身的分子量、熔融指数有关。当生产小线时熔融指数46 取大一点,当生产粗线时熔融指数取小一点。 F挤出出温度:根据分子量不同而不同,一般取 46 机 身 机 模 具 头 250? 300? 330? 350? 360? 380? 实际上F挤出根据其用途的不同,例如:挤绝缘、挤护套、挤空心管子、46 挤实心绳子,在配模系数及拉伸比、挤出温度、冷却方法上都是不同的,在此不 一一叙述。 51 F 绝缘的电线电缆在使用过程中,绝缘与护套存在开裂问题。这种开裂属46 于高分子材料的应力开裂。造成开裂的原因有(1)加工方面原因:不适当的加工条件引起树脂性能的破坏。例如:塑化不良、工艺不当,挤出电线有残余内应 力、选料不当等;(2)树脂本身原因:树脂组成不均匀、树脂的分子量太小或 分布过宽;六氟丙烯含量太低;不稳定的基团产生的大分子断裂等。针对上述原 因,树脂研究和生产单位做了大量工作,使树脂质量有了明显提高。电线生产厂 家也对工艺作了大量改进,使加工条件日趋完善,因而使F电线耐开裂性能有46了明显的改进。 最后应该指出:FF树脂的高温分解物对人体是有毒的。长期从事操作4646 往往会有白血球下降、头痛、头晕乏力、健忘、脱发等症状。因此,挤出机应有 良好的抽风措施,在整个生产过程中应不断地抽风。清洗挤出机应用铜丝刷,严 禁用火烧。操作工人应规定工作年限,年,到时换其它工人,原工人不在5~8接触氟塑料生产。 8、 高速挤出模具 随着技术的进步,电线绝缘的挤出速度也越来越快,国外常用的电线生产速 度是 米/分(最高达3000米/分),国内用引进挤出机生产电线1000~2000 的速度也达到(600~1000米/分以上)米/分,对于高速特别是700~1000 薄层绝缘(厚度在以下)挤出,模具的设计是非常重要的。 0.30mm 高速挤出模具从熔融的塑料在模具内挤出时不发生熔融破裂的角度出发,希 望模芯与模套有较小的锥角,而且这圆锥部分(称为锥度)需要有足够的长度。 一个理想的模具应该有无限长的锥度及无限小的锥角,当然,实际是不可能的。 模套的锥度过长,机头内部压力增加,会使导线拉出张力增大,出胶量下降,在 实际使用上希望保持最小的圆锥长度。因此,在模套长度和锥度之间必须采取一 种折衷的方案。72年日本住友电气公司来华对市内泡沫聚乙烯绝缘通信电缆进行 技术座谈。在座谈会上举出他们用于高速(1000~2000m/min)泡沫聚乙烯绝缘 电线生产时模套,见图26。 52 图26 高速挤出用两段型模套 从图26看出,模套上有两段(也有分成三段、四段)不同角度的圆锥。进料 角和出料角的角度相差很大。第一段,进料角,=,进料角大主要30:~60:1 是为了增加其压力;第二段,出料角,,6:,出料角小,使塑料表面粗糙度提2 高,不会发生熔融破裂。模套出料口角度,及其承径长度L与泡沫聚乙烯绝缘表面粗糙度的关系见图27。 从图27年出,模套出料口锥度与泡沫聚乙烯绝缘表面粗糙度之间有一个(a) 最佳角度。实验表明,这个最佳角度,为,此时挤出线的质量最好,泡沫6: 聚乙烯绝缘表面光滑平整。从图27(b)看出,模套承径长度L越短,泡沫聚乙烯绝缘表面越光洁。因此,高速挤出时模套承径长度都很短,甚至接近于零。 表表 面面 光粗 洁糙 度度 最佳值 (a)锥度与表面粗糙度关系 (b)承径长度与表面粗糙度关系 图27 模套出料口锥度、承径长度与表面粗糙度的关系 53 dD 模套内部的选配:对实心聚乙烯绝缘通常等于其绝缘外径;对泡沫大大 聚乙烯绝缘,根据发泡度大小,略小于其绝缘外径。 模芯的角度与模套的角度没有明显的差别,一般也取为或稍小于。 6:6: 因为用于高速挤出,对模具与塑料接触的表面应有较高的光洁度,一般需达 到以上,这一点务必注意。 ,9~,10 a叁段型 两段型 b 图28 高速挤出用模套 以上虽然讲的是泡沫聚乙烯绝缘高速挤出时的模具,但其基本原理对实心 聚乙烯、聚氯乙烯高速挤出模具也一样适用。有时挤出速度较高米/200~300分,其模具设计也可参照图26用两面三刀段型。第二段出料角,可略为放大到2 54 出料段的圆锥长度就可缩短,也能取得较好的效果。 15~20: 图28画出国内某单位两段型及三段型中高速挤出用模套图。该模套用于薄层 泡沫聚乙烯绝缘中高速挤出。导体线芯直径d=0.3mm,泡沫聚乙烯绝缘外径小 d=0.84mm,当线速在米/分时,得到光滑的令人满意的绝缘层。 400~500大 最后应该指出:要实现高速挤出,不仅与模具有关,还与其它工艺条件有 关。例如:挤出机温度控制,芯线预热及挤出塑料本身特性,即是否是高速挤出 用聚乙烯或高速挤出用聚氯乙烯电缆料等因素有关,需要从各方面一起考虑,才 能实现高速挤出。 结束语: 以上讲的是塑料电线中最简单的一层同心式挤出模具设计,实际上还有许多 略为复杂的模具,例如:两层或三层挤出(不同材料)同心式挤出模具;双色线 挤出模具;双芯(对称)平行线挤出模具;多芯(平行)带状电缆挤出模具;纵 孔(藕状)电缆挤出模具;旋转机头(螺旋状垫片)挤出模具;自定心(不调偏 心)挤出模具;矩形截面挤出模具等等在此未叙述。因为这些内容大都涉及到有 关单位的技术权益,恕我不能详述。读者若对那方面的内容感兴趣,请与机电部 第二十三研究所联系,商恰有关的技术转让事宜。 专门写塑料电线挤出模具方面的书,以前未见过,初次尝试写这方面的内容 困难较大,加上笔者水平有限,缺点和错误在所难免,望读者批评指正。 来信地址: 上海市逸仙路25号 (邮编200433) 谢谢您的阅读! 洪永华 89.4.20. (全文完) 55
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