电缆挤塑工艺基础培训

电缆挤塑工艺基础培训

塑料和导体
塑料电现电缆要适应各种不同需要，就应具有广泛的优异而稳定的使用性能。塑料电线电缆的使用性能和寿命，决定于产品结构的先进性、塑料选用的合理性以及工艺的完善性。从塑料电现电缆技术的发展来看，合理而正确的使用材料是关键的因素。为了制造性能优异而稳定的塑料电线电缆，在导电线芯和半成品缆芯满足规定的技术要求的前提下，主要是对绝缘和护套用塑料提出了较高的要求。绝缘塑料的基本要求是具有优异的电绝缘性能，同时根据产品用途和使用条件分别提出对机械性能、耐高温性、物理－化学性能及工艺性能的要求。对护套塑料的基本要求是耐受各种环境因素作用的老化性能，在满足这个条件下分别提出一些特殊要求和辅助要求。
第一节 塑料
塑料是高分子合成材料中凡是性能上具有可塑性变化的材料的总称。塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类，电线电缆制造中所用的塑料都是热塑性塑料。电线电缆常用的热塑性塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、泡沫聚乙烯、氟塑料、聚酰胺、聚丙烯和聚酯塑料等。
塑料是以合成树脂为基本成份，再添加各种配合剂，经捏合、切粒等工艺而塑制成一定形状的材料。为了满足加工、贮存和使用的要求，合成树脂内一般都要添加各种配合剂，根据添加配合剂所起的作用不同，塑料的添加剂大致有以下几种：防老剂（它包括抗氧剂、稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等，这几种材料在塑料中所起的作用不同但又相互联系，同一种材料可起几种作用，所以统称为防老剂。）；增塑剂；交联剂；润滑剂；填充剂；着色剂；发泡剂；防霉剂；驱避剂；阻燃剂；耐电压稳定剂；抑烟剂等。各种塑料既具有塑料共有的特性，又具有各不相同的各自独具的某些特性。各种塑料共有的特性有：比重小、机械性能较高、电绝缘性能优异并且化学稳定性好、耐水、耐油、加工成型方便，原料来源丰富。为了适应日益增长的电线电缆技术发展的需要，塑料将不断改进配方和性能，提高其耐热性和电压等级，提高材料的耐寒、耐大气老化性能、耐火阻燃性能，延长电线电缆使用寿命，同时，还将不断开发新型塑料并合理用于电线电缆上。
1、   塑料基本性能的含义
1.   体积电阻系数
塑料在电场的作用下有泄漏电流通过，泄漏电流通过塑料时的阻力称为体积电阻。电流通过每1cm3塑料的电阻即为体积电阻系数ρv，单位为欧姆米，单位符号为Ω.m。体积电阻系数越高，绝缘性能越好。
2.   击穿场强
当塑料上施加的电压达到某一极限时，塑料丧失绝缘性能被击穿，击穿瞬间所施加的电压值称为塑料的击穿电压，击穿电压与塑料厚度之比称为击穿场强E单位符号为kV/mm。
3.   介电常数
它是表示塑料极性大小的指标。介电常数ε越小，塑料在电场作用下的极化强度越小，其介质损耗也越小。
4.   介质损耗角正切5.   
在交变电场作用下，塑料中所消耗的级量称为介质损耗。它常以介质损耗角的正切值tgδ来表示。介质损耗角正切tgδ越小，说明介质损耗也越小，塑料的电绝缘性能越好。在高频、高压下使用时，要求塑料的tgδ值不大于千分之几或万分之几；低压和一般的绝缘时，塑料的tgδ值则不大于百分之几。
6.   耐电晕性
在高电压情况下，由于绝缘表面放电而引起电晕，当其袭击绝缘体时，因离子撞击、电子袭击、臭氧袭击和局部热的作用，导致高聚物裂解，使其电绝缘性能和物理机械性能产生恶化。塑料抵抗电晕作用而保持其使用性能的能力，称为耐电晕性。
7.   抗拉强度和延伸率
在材料拉力试验机上对塑料试样施加静态拉伸载荷并以一定速度拉伸直至试样断裂。此时试样单位截面上所承受的拉力称为该塑料的抗拉强度。试样拉断时长度增加的百分比称为该塑料的延伸率。
8.   密度
在一定温度下（通常指20oC），单位体积塑料试样的质量，称为塑料的密度。
9.   耐热变形性
塑料在受热条件下，仍能保持良好的物理机械性能的最高温度，即为该塑料的耐热变形性能。通常以塑料在等速升温时，在一定负荷下使其变形达到规定值时的温度来表示。
10.   熔融指11.   数
在一定温度荷压力下，熔融树脂在10分钟内从一定孔穴中被压出的克数，称为熔融指数，以MI表示，单位为g/min。
12.   耐寒性
在低温下，塑料仍能保持一定的物理机械性能的能力，称为塑料的耐寒性。它常用以下的耐寒温度来表示。
（1）   低温脆化温度：即为塑料在低温下，（2）   受特定的冲击负荷时，（3）   50％的试样出现损坏时的温度。
（4）   低温对折温度：即为塑料试样在弯折180o时出现将要破裂而（5）   未破裂时的温度。
（6）   低温冲击压缩温度：即为塑料试样在低温下，（7）   以一定能量和速度的冲锤对其进行冲击压缩，（8）   使之破裂率达50％时的温度。
13.   耐燃性能
耐燃性能是指塑料抵抗火焰燃烧的能力。通常塑料接触火焰后均会燃烧，移去火焰后，延燃情况随塑料品种不同而不同，因此耐燃性能亦有差别。
14.   耐热老化性能
塑料在加工和使用过程中，由于变热导致塑料性能变劣，这种现象称为热老化。塑料抵抗热老化的能力称为耐热老化性。
采用在高温下，进行加速热老化试验，测定塑料性能（机械性能或电气性能）在老化后的保留率，来衡量塑料的耐热老化性。
15.   耐气候性
塑料在大气条件下使用，受日晒、雨淋、风吹、大气污染等严酷的自然条件作用，塑料性能变劣称为大气老化。塑料抵抗大气老化的能力称塑料的耐气候性。
16.   耐油性能及耐溶剂性能
塑料与矿物油或各类溶剂接触时，抵御油或溶剂的能力称为塑料的耐油性能或耐溶剂性能。可用试样浸入油或溶剂中，在一定温度下经一定时间后，测定其吸油或溶剂的吸收率、体积变化率或抗拉强度、延伸率的保留率来衡量。
17.   耐水性及耐湿性
塑料在浸水或潮湿条件下，抵御水或潮湿气体渗入的能力，称为塑料的耐水性或耐湿性。塑料吸水或吸湿后，会引起绝缘电阻、击穿场强下降，介质损耗增大，且使塑料的外观、重量、机械性能等都有变化。所以要求塑料应具有良好的耐水性和耐湿性。对于电线电缆用塑料，主要考虑的是，在浸水或吸湿后，应保证塑料的电绝缘性能符合使用要求。
塑料的吸水量，可用单位面积的吸水量、吸水率或吸水重量来表示。塑料的透湿性，则以透湿系数和透汽量来表示。
18.   耐环境应力开裂性
一些结晶型塑料，由于加工过程中内应力的存在和使用时接触化学药品，致使在贮存和使用中出现开裂，称为环境应力开裂。塑料抵御环境应力开裂的能力称为耐环境应力开裂性能。可用表面刻有槽痕的塑料弯曲试样，置入表面活性剂中，观察在规定时间内出现开裂的试样数量及所占比例来衡量。

2、   聚氯乙烯（PVC）
聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础，加入各种配合剂混合而成的。其机械性能优越、耐化学腐蚀、不延燃、耐气候性好、电绝缘性能好、容易加工、成本低，因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。
1.聚氯乙烯树脂
聚氯乙烯树脂是由氯乙烯聚合而成的线型热塑性高分子化合物，其分子结构如下：

  H     H     H   H     H   H
……   C     C     C   C   C   C   ……
  Cl     H     Cl   H     Cl   H
      n
从该分子结构看，聚氯乙烯具有以碳链为主链，呈线型，含有C   Cl极性键。聚氯乙烯树脂具有下列基本特性：
是热塑性的高分子材料，可塑性和柔软性较好。
由于C   Cl极性键的存在，树脂具有较大德极性，因此介电常数ε和介质损耗角的正切值较大，在低频情况下，有较高的耐电强度。另外由于极性键的存在，分子间的作用力较大，机械强度较高。
分子结构中含有氯原子，树脂具有不延燃和较好的耐化学腐蚀性及耐气候性。氯原子能破坏分子的晶体结构，树脂的耐热性较低，耐寒性较差，加入适量的配合剂，就能改善树脂的性能。
2.聚氯乙烯树脂的种类
聚乙烯的聚合方法有：悬浮聚合、浮液聚合、本体聚合和溶液聚合四种。
聚氯乙烯树脂的制造目前主要采用悬浮聚合方法，电线电缆就是采用悬浮法聚氯乙烯树脂。
聚氯乙烯悬浮聚合过程中所用树脂的结构形状有：疏松型树脂（XS型）和紧密型树脂（XJ型）。疏松型树脂质地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，晶点少，因此电线电缆用的树脂是疏松型。树脂的特性如下：

项目   疏松型树脂   紧密型树脂     
粒子直径   50-150μm   20-100μm     
颗粒外形   不规则，由多球并合而成   球形表面光滑，呈单球     
颗粒断面结构   疏松多孔，微粒间间隙大   微粒间间隙小     
吸收增塑剂   快   慢     
塑化性能   塑化速度快   塑化速度慢   
3.聚氯乙烯的主要性能
1）   电绝缘性能：聚氯乙烯树脂是一种极性较大的电介质，2）   电绝缘性能较好，3）   但比较非极性材料（如聚乙烯、聚丙烯）稍4）   差。树脂的体积电阻率大于1015Ω·cm；树脂在25oC和50Hz频率下的介电常数ε为3.4～3.6，5）   当温度和频率变化时，6）   介电常数也随之明显的变化；聚氯乙烯的介质损耗正切7）   tgδ为0.006～0.2。树脂的击穿场强不8）   受极性影响，9）   在室温和工频条件下的击穿场强比较高。但聚氯乙烯的介质损耗较大，10）   因而11）   不12）   适用于高压和高频场合，13）   通常用在15kV以下的低压和中压电线电缆的绝缘材料。
14）   老化稳定性：从分子结构上看，15）   氯原子都与碳原子相连，16）   应具有较高的耐老化稳定性。但在生产过程中，17）   由于温度的直接影响和机械力的作用，18）   易放出氯化氢，19）   在氧的作用下，20）   产生降解或交联，21）   导致材料变色发脆，22）   物理机械性能显著下降，23）   电绝缘性能恶化，24）   因此聚氯乙烯老化。为改善它的老化性，25）   必须添加一定的稳定剂。
26）   热机械性能：聚氯乙烯树脂为无定型聚合物，27）   在不同28）   温度下具有三种物理状态，29）   即玻璃态、高弹态、粘流态。聚氯乙烯树脂的玻璃化温度为80oC左右，30）   粘流温度160oC左右。在常温下处于玻璃状态，31）   这很难满足电线电缆使用要求。为此，32）   必须将聚氯乙烯进行改性，33）   使其在室温下具有较高的弹性，同34）   时又兼有较高的耐热性和耐零性。加入适量的增塑剂能够调节玻璃化温度，35）   以增加塑性，36）   达到柔软性，37）   提高机械性能。
4.电线电缆用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料是多组份塑料，根据不同的使用条，改变配合剂的品种和用量，能够制得不同品种的电线电缆用聚氯乙烯塑料。
聚氯乙烯电缆塑料按其在电线电缆上用途不同，可分为绝缘级电缆料和护层级电缆料。
绝缘用聚氯乙烯塑料
根据电线电缆的使用要求和特性，绝缘用聚氯乙烯塑料的类型、性能、要求及主要用途如下表所示。

绝缘用PVC塑料分类及性能

类型   性能要求   使用温度   主要用途     
绝缘级   电绝缘性能较好，有一定的耐热性、柔软性   70oC   通信、控制、信号及低压电力电缆绝缘     
普通绝缘级   有一定的电绝缘性能，有较好的柔软性及耐大气性、廉价   70oC   室内固定敷设的电线、护套软线、500V农用电缆以及仪表安装用电线的绝缘     
耐热绝缘级   有较佳的耐热老化性和耐变形性，电绝缘性能较好   80oC
105oC   要求耐热较高的船用电缆、航空导线、电力电缆及安装用电线的绝缘     
高电性能绝缘级   较佳的电绝缘性能，绝缘电阻高、介电性能好，有一定的耐热性   70oC   电压为6kV－10kV级的电力电缆的绝缘     
耐油耐溶剂绝缘级   具有较好的耐油性、耐溶剂性和柔软性，电绝缘性能较好   70oC   用于接触油类和化学物质的电线电缆的绝缘级     
阻燃绝缘级   电绝缘性能较好，有较高的耐火焰燃烧性，柔软性较好   70oC   固定敷设的电力电缆、矿用电缆、安装用电线的绝缘   
各类聚氯乙烯绝缘料的技术要求见下表。
绝缘用PVC塑料的技术要求

技术指标   绝缘级   普通
绝缘级   耐热绝缘级   高电性
绝缘级     
          80oC   105oC         
体
积
电
阻
系
数
（Ω）
≥   20oC   1×1014   1×1014   3×1014   3×1014   5×1014     
  70oC   1×1011   1×1010   －   －   5×1011     
  80oC   －   －   5×1011   －   －     
  105oC   －   －     2×1011   －     
击穿场强(kV/mm) ≥   20   20   20   20   20     
介质损耗角正切tgδ（20～85oC）≤   －   －   －   －   0.1     
介质损耗因素ε，
≤tgδ（20～85oC）             0.75     
拉伸强度（N/mm2）≥   180   170   200   200   200     
断裂伸长率（％）≥   200   220   180   200   160     
低温冲击
压缩温度（oC）≤   0   -10   +3   －   +5     
200 oC热稳定
时间（min）≥   60   60   60   60   60     
软化温度（oC）   170～190   170 ～190   180～195   －   175～185     
热
老
化
性
能   老化温度（oC）   110   110   113   136   110     
  老化时间（h）   48   48   168   168   48     
  K1(%)≥   －   －   －   80   －     
  K2(%)≥   70   75   80   70   70     
  失重(%)≤   6.0   7.0   5.0   2.5   6.0     
  
护套用聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯塑料护层具有较好的耐腐蚀性，足够的机械性能，一定的耐大气性能，柔软、耐振、重量轻、加工及敷设方便。根据电线电缆的使用条件，研究制成了不同类型聚氯乙烯护套料，其性能要求及应用范围见下表。
护套用PVC塑料的分类及性能

类型   主要性能要求   使用温度   应用范围     
普通护层级   足够的机械强度、耐热、光老化性及耐寒性较好   70 oC   塑料电线电缆的外护层及其它电缆外护层     
耐寒护层级   有较高的耐寒性，低温柔软性   70 oC   户外及耐寒电现电缆护层     
柔软护层级   有较高的柔软性，较好的耐寒性   70 oC   耐寒柔软的电线电缆护层     
耐热护层级   耐热性能良好   80 oC
105 oC   耐热的电线电缆护层     
耐油护层级   耐油性、耐化学药品性好   70 oC   与油类及化学药品接触的电线电缆护层     
易撕护层级   抗撕裂性低，敷设方便、价格低廉   70 oC   室内固定敷设用绝缘电线护层     
防霉、防白蚁、
防鼠护层级   抗生物性好、防白蚁、防霉性好   70 oC   热带及温热带地区用电缆护层     
阻燃护层级   抗燃烧性好   70 oC   安全性要求高的电线电缆护层   
半导电聚氯乙烯塑料
半导电聚氯乙烯塑料可作为屏蔽材料来使用，例如可作为10kV聚氯乙烯电缆的屏蔽层。半导电塑料用作高压电缆的屏蔽料时，由于半导电料直接与绝缘料接触，会发生相互迁移，因而尽量选用与绝缘料相同的增塑剂或电性好、迁移小的增塑剂。否则在使用过程中会影响绝缘料的电绝缘性能。
环保型防白蚁、防鼠电缆护套料
白蚁和老鼠对电缆造成破坏，轻则中断供电，重则酿成重大事故，使电力和通信部门受到损害。以往采用在电缆护套料内加入有毒添加剂（如氯丹、七氯、狄氏剂、艾氏剂等）的办法，杀灭白蚁、老鼠，以保护电缆安全运行。但这些有毒添加剂对环境和人身会造成污染和危害。目前，多使用在护套料中加入环烷酸铅或环烷酸酮做添加剂，制成改型的防白蚁护套料。
低烟低卤型阻燃护套料
用普通（阻燃）PVC电缆料制造的电缆燃烧时会产生大量黑烟，同时释放出大量腐蚀性气体HCl，对人体和仪器装置会造成巨大损害。低烟低卤阻燃电缆料是以专用PVC树脂为基料，添加各种改性剂、助剂和优良阻燃剂，经过均匀混炼充分塑化加工而成的高科技产品。它不仅具有优良的阻燃性，而且在燃烧是释放的烟量低，HCl释出量很低，可观察到燃烧火焰及附近的物体。与普通PVC护套料相比，其拉伸强度及断裂伸长率相当；挤出时无需特种螺杆，其工艺性能亦相当。使用这种电缆料制成的电缆，完全适用于地铁、高层建筑、发电站、广播电视中心及计算机中心等对电线电缆阻燃性能要求高的场所。

三、聚乙烯
1.   聚乙烯的合成方法和品种
（1）   低密度聚乙烯（LDPE）
纯净的乙烯中加入极少量的氧气或过氧化物作引发剂，压缩到202.6kPa左右，并加热到约200oC时，乙烯就可聚合成白色的蜡状聚乙烯。此法因在高压下进行，常称为高压法。用这种方法可制得密度为0.915～0.930的柔软聚乙烯，分子量在15000～40000。其分子结构支链多，但结构疏松，分子构型呈“树枝状”，故密度低，所以称为低密度聚乙烯。
（2）   中密度聚乙烯（MDPE）
在30～100大气压下，用金属氧化物作催化剂，使乙烯聚合成聚乙烯的方法，称为中压法。所制得的聚乙烯密度为0.931～0.940。中密度聚乙烯也有用高密度聚乙烯和低密度聚乙烯掺合而成的；或用乙烯与丁烯、醋酸乙烯和丙烯酸酯等单体共聚的中密度聚乙烯。
（3）   高密度聚乙烯（HDPE）
在常温常压下，用催化效能较高的络合催化剂（以烷基铝与四氯化钛的组合有机金属化合物），使乙烯聚合成聚乙烯。由于它的催化性能高，所以乙烯的聚合反应可在更低的压力或更低的温度下（0～10大气压和60～75oC很快的完成，称为低压法。所制得的聚乙烯分子结构具有无分支的特点，它的分子结构为线型。线型分子结构具有密度大（0.941～0.965）的特点，称为高密度聚乙烯。与低密度聚乙烯相比具有耐热、机械性能好，耐环境应力开裂性优越。
2.   聚乙烯的特性
聚乙烯是一种乳白色的塑料，表面呈蜡状且半透明，是电线电缆较为理想的绝缘和护套材料。其主要优点是：
（1）   优异的电气性能。其绝缘电阻和耐电强度高；在较宽的频率范围内，（2）   介电常数ε和介质损耗角正切（3）   tgδ值小，（4）   且基本不（5）   受频率变化的影响，（6）   作为通信电缆的绝缘材料，（7）   是近乎理想的一种介质。
（8）   机械性能较好，（9）   富有可挠性，而（10）   且强韧，（11）   耐容性好。
（12）   耐热老化性能、低温耐寒性能及耐化学稳定性好。
（13）   耐水性好，（14）   吸湿率低，（15）   浸在水中绝缘电阻一般不（16）   下降。
（17）   作为非极性材料，（18）   透气性大，（19）   低密度聚乙烯的透气性是各种塑料中最为优良的。
（20）   比重轻，（21）   其比重均小于1。高压聚乙烯尤为突出，（22）   约为0.92g/cm3；低压聚乙烯虽其密度较大，（23）   也仅为0.94g/ cm3左右。
（24）   具有良好的加工工艺性能，（25）   易于熔融塑化，而（26）   不（27）   易分解，（28）   冷却易于成型，（29）   制品几何形状和结构尺寸易于控制。
（30）   用它制作的电线电缆重量轻，（31）   使用、敷设方便，（32）   接头容易。
但聚乙烯还有不少缺点：软化温度低；接触火焰时易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时同样的臭味；耐环境应力龟裂性和蠕变性较差，在聚乙烯作为海底电缆和落差较大（尤其是垂直敷设）电缆的绝缘和护套材料使用时应特别注意。
3.   电线电缆用聚乙烯塑料
（1）   一般绝缘用聚乙烯塑料
仅由聚乙烯树脂和抗氧剂所组成。
（2）   耐候聚乙烯塑料
主要由聚乙烯树脂、抗氧剂、和碳黑组成。耐候性能的好坏取决于碳黑的粒径、含量、和分散度。
（3）   耐环境应力龟裂聚乙烯塑料
采用熔融指数0.3以下，分子量分布不太宽的聚乙烯；对聚乙烯进行辐照或化学交联。
（4）   高电压绝缘用聚乙烯塑料
高电压电缆绝缘的聚乙烯塑料要求高度纯净，还需要添加电压稳定剂和采用特殊的挤塑机，避免气孔产生，以抑制树脂放电，提高聚乙烯的耐电弧、耐电腐蚀和耐电晕性。
（5）   半导电聚乙烯塑料
半导电聚乙烯塑料是在聚乙烯中加入导电碳黑获得的，一般应采用细粒径、高结构的碳黑。
（6）   热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料
该种电缆料是以聚乙烯树脂为基料，加入优质高效的无卤无毒阻燃剂、抑烟剂、热稳定剂、防霉剂、着色剂等改性添加剂，经混炼、塑化、造粒而成。
交联聚乙烯
聚乙烯在高能射线或交联剂的作用下，能使线型的分子结构变成体型（网状）的分子结构。使热塑性材料变成热固性材料。用交联聚乙烯作绝缘材料，长期工作温度可提高到90oC，瞬时短路温度可达170～250oC。交联聚乙烯的交联方法有：物理交联和化学交联。辐照交联属于物理交联，化学交联最常用的交联剂是DCP（过氧化二异丙苯）。
电线电缆用的材料还有很多：泡沫聚乙烯、氟塑料、聚丙烯、聚酰胺、聚酯塑料等，不一一介绍了。
第二节导体
塑料电线电缆的导体主要有：电工圆铜线、电工圆铝线、电力电缆用铜和铝导电线芯、电气装备用铜和铝导电线芯等。
电工圆铜线和电工圆铝线外观质量要求：表面光洁，无油污、毛刺、裂纹、扭结、夹杂物、机械损伤，腐蚀斑点及铜、铝线氧化现象等。
导电线芯的质量要求：
各种绞合导体不允许整心焊接。
绞合导体中的单线允许焊接。但在同一层内，相邻两个接头之间的距离应不小于300mm。
导电线芯表面应光洁、无油污，无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边、凸起或断裂的单线等现象。






设备和辅助设备
电线电缆的塑料挤包是采用连续挤压方式进行的。通过挤塑机用螺杆挤压，将塑料包到导体或线芯上，构成电线电缆的绝缘层、屏蔽层、内护层、和外护套。
第一节塑料挤出生产线
塑料挤出机组通常由放线装置及放线张力装置、校直装置、预热装置、挤塑机（主机）、冷却装置、火花试验机、计米装置、牵引装置、收线装置及控制系统等组成。
为保证不停机换盘，连续生产，放线装置由两台放线设备组成，导体或缆芯从放线装置放出后，经校直装置进入预热装置，导体在预热加热后可消除导体线芯残余应力，增加伸长率和柔软性。挤塑机把塑料加工成高温的粘流态并连续的挤向机头，导体或缆芯通过机头时，挤包成一定厚度的塑料绝缘层或外护套，然后在水槽或管道内水冷或气冷，冷却定形后的电线电缆制品，在牵引装置拖动下作直线运动，使加工过程稳定连续的进行，最后由首先装置收绕在收线盘上。
下图为塑料挤出机的主要组成：

  5
  6     9
  7   8



  2   3   4
  1


  10

1－放线装置 2－张紧轮 3－预热器 4－塑料挤出机 5－自动加料装置
6－水槽     7－计米器 8－牵引轮 9－收排线装置 10－控制屏

塑料挤出机
塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。
1.挤压系统   挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头、和模具，塑料通过挤压系统而塑化成均匀的熔体，并在这一过程中所建立压力下，被螺杆连续的挤出机头。
螺杆：是挤塑机的最主要部件，它直接关系到挤塑机的应用范围和生产率，由高强度耐腐蚀的合金钢制成。
机筒：是一金属圆筒，一般用耐热、耐压强度较高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。机筒与螺杆配合，实现对塑料的粉碎、软化、熔融、塑化、排气和压实，并向成型系统连续均匀输送胶料。一般机筒的长度为其直径的15～30倍，以使塑料得到充分加热和充分塑化为原则。
料斗：料斗底部装有截断装置，以便调整和切断料流，料斗的侧面装有视孔和标定计量装置。
机头和模具：机头由合金钢内套和碳素钢外套构成，机头内装有成型模具。机头的作用是将旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，均匀平稳的导入模套中，并赋予塑料以必要的成型压力。塑料在机筒内塑化压实，经多孔滤板沿一定的流道通过机头脖颈流入机头成型模具，模芯模套适当配合，形成截面不断减小的环形空隙，使塑料熔体在芯线的周围形成连续密实的管状包覆层。为保证机头内塑料流道合理，消除积存塑料的死角，往往安置有分流套筒，为消除塑料挤出时压力波动，也有设置均压环的。机头上还装有模具校正和调整的装置，便于调整和校正模芯和模套的同心度。
挤塑机按照机头料流方向和螺杆中心线的夹角，将机头分成斜角机头（夹角120o）和直角机头。机头的外壳是用螺栓固定在机身上，机头内的模具有模芯坐，并用螺帽固定在机头进线端口，模芯座的前面装有模芯，模芯及模芯座的中心有孔，用于通过芯线；在机头前部装有均压环，用于均衡压力；挤包成型部分由模套座和模套组成，模套的位置可由螺栓通过支撑来调节，以调整模套对模芯的相对位置，便于调节挤包层厚度的均匀性。机头外部装有加热装置和测温装置。
2.传动系统 传动系统的作用是驱动螺杆，供给螺杆在挤出过程中所需要的力矩和转速，通常由电动机、减速器和轴承等组成。
3.加热冷却装置 加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。
现在挤塑机通常用的是电加热，分为电阻加热和感应加热，加热片装于机身、机脖、机头各部分。加热装置由外部加热筒内的塑料，使之升温，以达到工艺操作所需要的温度。
冷却装置是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。具体说是为了排除螺杆旋转的剪切摩擦产生的多余热量，以避免温度过高使塑料分解、焦烧或定型困难。机筒冷却分为水冷与风冷两种，一般中小型挤塑机采用 风冷比较合适，大型则多采用水冷或两种形式结合冷却；螺杆冷却主要采用中心水冷，目的是增加物料固体输送率，稳定出胶量，同时提高产品质量；但在料斗处的冷却，一是为了加强对固体物料的输送作用，防止因升温使塑料粒发粘堵塞料口，二是保证传动部分正常工作。
辅助设备
塑料挤出机组的辅机主要包括放线装置、校直装置、预热装置、冷却装置、牵引装置、计米器、火花试验机、收线装置。挤出机组的用途不同其选配用的辅助设备也不尽相同。如还有切断器、吹干器、印字装置等。
校直装置：塑料挤出废品类型中最常见的一种是偏心，而线芯各种型式的弯曲则是产生绝缘偏心的重要原因之一。在护套挤出中，护套表面的刮伤也往往是由缆芯的弯曲造成的。因此，各种挤塑机组中的校直装置是必不可少。校直装置的主要型式有：滚筒式（分为水平式和垂直式）；滑轮式（分为单滑轮和滑轮组）；绞轮式，兼起拖动、校直、稳定张力等多种作用；压轮式（分为水平式和垂直式）等。
预热装置：缆芯预热对于绝缘挤出和护套挤出都是必要的。对于绝缘层，尤其是薄层绝缘，不能允许气孔的存在，线芯在挤包前通过高温预热可以彻底清除表面的水份、油污。对于护套挤出来讲，其主要作用在于烘干缆芯，防止由于潮气（或绕包垫层的湿气）的作用使护套中出现气孔的可能。预热还可防止挤出中塑料因骤冷而残留内压力的作用。在挤塑料过程中，预热可消除冷线进入高温机头，在模口处与塑胶接触时形成的悬殊温差，避免塑胶温度的波动而导致挤出压力的波动，从而稳定挤出量，保证挤出质量。挤塑机组中均采用电加热线芯预热装置，要求有足够的容量并保证升温迅速，使线芯预热和缆芯烘干效率高。预热温度受放线速度的制约，一般与机头温度相仿即可。
冷却装置：成型的塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却定型，否则会在重力的作用下发生变形。冷却的方式通常采用水冷却，并根据水温不同，分为急冷和缓冷。急冷就是冷水直接冷却，急冷对塑料挤包层定型有利，但对结晶高聚物而言，因骤热冷却，易在挤包层组织内部残留内应力，导致使用过程中产生龟裂，一般PVC塑胶层采用急冷。缓冷则是为了减少制品的内应力，在冷却水槽中分段放置不同温度的水，使制品逐渐降温定型，对PE、PP的挤出就采用缓冷进行，即经过热水、温水、冷水三段冷却。

控制系统
塑料挤出机的控制系统包括加热系统、冷却系统及工艺参数测量系统，主要由电器、仪表和执行机构（即控制屏和操作台）组成。其主要作用是：控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作；检测和调节挤塑机中塑料的温度、压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控制。
挤出机组的电气控制大致分为传动控制和温度控制两大部分，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转数、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径的控制，以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制。
1.   挤塑机主机的温度控制
电线电缆绝缘和护套的塑料挤出是根据热塑性塑料变形特性，使之处于粘流态进行的。除了要求螺杆和机筒外部加热，传到塑料使之融化挤出，还要考虑螺杆挤出塑料时其本身的发热，因此要求主机的温度应从整体来考虑，既要考虑加热器加热的开与关，又要考虑螺杆的挤出热量外溢的因素予以冷却，要有有效的冷却设施。并要求正确合理的确定测量元件热电偶的位置和安装方法，能从控温仪表读数准确反映主机各段的实际温度。以及要求温控仪表的精度与系统配合好，使整个主机温度控制系统的波动稳定度达到各种塑料的挤出温度的要求。
2.   挤塑机的压力控制
为了反映机头的挤出情况，需要检测挤出时的机头压力，由于国产挤塑机没有机头压力传感器，一般是对螺杆挤出后推力的测量替代机头压力的测量，螺杆负荷表（电流表或电压表）能正确反映挤出压力的大小。挤出压力的波动，也是引起挤出质量不稳的重要因素之一，挤出压力的波动与挤出温度、冷却装置的使用，连续运转时间的长短等因素密切相关。当发生异常现象时，能排除的迅速排除，必须重新组织生产的则应果断停机，不但可以避免废品的增多，更能预防事故的发生。通过检测的压力表读数，就可以知道塑料在挤出时的压力状态，一般取后推力极限值报警控制。
3.   螺杆转速的控制
螺杆转速的调节与稳定是主机传动的重要工艺要求之一。螺杆转速直接决定出胶量和挤出速度，正常生产总希望尽可能实现最高转速及实现高产，对挤塑机要求螺杆转速从起动到所需工作转速时，可供使用的调速范围要大。而且对转速的稳定性要求高，因为转速的波动将导致挤出量的波动，影响挤出质量，所以在牵引线速度没有变化情况下，就会造成线缆外径的变化。同理如牵引装置线速波动大也会造成线缆外径的变化，螺杆和牵引线速度可通过操作台上相应仪表反映出来，挤出时应密切观察，确保优质高产。
4.   外径的控制
如上所述为了保证制品线缆外径的尺寸，除要求控制线芯（缆芯）的尺寸公差外，在挤出温度、螺杆转速、牵引装置线速度等方面应有所控制保证，而外径的测量控制则综合反映上述控制的精度和水平。在挤塑机组设备中，特别是高速挤塑生产线上，应配用在线外径检测仪，随时对线缆外径进行检测，并且将超差信号反馈以调整牵引或螺杆的转速，纠正外径超差。
5.   收卷要求的张力控制
为了保证不同线速下的收线，从空盘到满盘工作的恒张力要求，希望收排线装置有贮线张力调整机构，或在电气上考虑恒线速度系统和恒张力系统的收卷等等。
6.   整机的电气自动化控制
这是实现高速挤出生产线应具备的工艺控制要求，主要是：开机温度联锁；工作压力保护与联锁；挤出、牵引两大部件传动的比例同步控制；收线与牵引的同步控制；外径在线检测与反馈控制；根据各种不同需要组成部件的单机与整机跟踪的控制。

第二节塑料挤出机螺杆
螺杆是挤塑机主机挤压系统的关键部件之一，它不仅起输送塑料的作用，同时对塑料的挤压、塑化、成型的难易也起着极其重要的作用，所以合理选用螺杆结构和参数是获得理想的产品质量和产量的重要环节。
1、   螺杆的类型
为适应不同塑料加工的需要，螺杆的型式有很多种，常见的有以下几种：渐变型（等距不等深），渐变型（等深不等距），突变型，鱼雷头型等。
1.   螺杆的选择
螺杆型式的选用主要根据塑料的物理性能及挤塑机的生产技术规范来确定。
（1）   非结晶型聚合物的软化是在一个比较宽的温度内完成的，（2）   一般选用等距渐变螺杆。结晶型聚合物熔融的温度范围比较窄，（3）   一般选用等距突变螺杆。
（4）   在小型挤塑机上，（5）   如φ45挤塑机螺杆采用的是等距不（6）   等深的全螺纹型式，（7）   螺杆的长径比较小，（8）   主要用于挤出小截面的绝缘层和护套层，（9）   挤出速度较快。
（10）   中型螺杆采用等距而（11）   螺纹深度渐变的全螺纹型式，（12）   它的长径比比小型螺杆大些，（13）   螺纹的节距相等，（14）   从根部起由浅到深。螺纹端部的螺纹较深，（15）   根部的螺纹较浅，（16）   这样塑料挤出量较多，（17）   又不（18）   影响螺杆强度，（19）   挤出速度快，（20）   塑料塑化好，（21）   是一般中小型挤塑机生产绝缘层和护套层的理想螺杆。
（22）   大型螺杆直径一般在150mm以上，（23）   如φ150、φ200、φ250挤塑机。大型螺杆采用两种型式，（24）   一是等距不（25）   等深，（26）   如φ150、φ200挤塑机；二是螺杆分三段，（27）   即等距等深、等距不（28）   等深、不（29）   等距不（30）   等深，（31）   如φ250挤塑机，（32）   压缩比在2～3之间，（33）   长径比在15：1左右，（34）   主要用于生产大截面的电线电缆绝缘层和护套层。
2、   螺杆的主要参数
螺杆的主要参数有直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽宽度、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒之间的间隙等，这些参数对挤塑工艺和性能有很大影响。
1.   螺杆直径Ds
螺杆直径即螺纹的外径，挤塑机的生产能力（挤塑量）近似与螺杆直径的平方成正比，在其它条件相同时，螺杆直径少许增大，将引起挤出量的显著增加，其影响甚至比螺杆转数的提高对挤出量的影响还大。故常用螺杆直径来表征挤塑机规格大小的技术参数。
2.   螺杆长径比L/Ds
螺杆工作部分长度L与螺杆直径Ds之比称为长径比，在其它条件一定时（如螺杆直径），增大长径比就意味着增加螺杆的长度。L/Ds值大，温度分布合理有利于塑料的混合和塑化，此时塑料在机筒中受热的时间也较长，塑料的塑化将充分、更均匀。从而提高机塑质量。如果在塑化质量要求不变的前提下，长径比增大后，螺杆的转速可提高，从而增加了塑料的挤出量。但是，选择过大的长径比，螺杆消耗的功率将相应增大，而且螺杆和机筒的加工和装配鸡难度增加；螺杆弯曲的可能性也会增加，将会引起螺杆与机筒内壁的刮磨，降低使用寿命。另外，对于热敏性塑料，过大的长径比因停留时间长而热分解，影响塑料的塑化和挤出质量。因此，在充分利用长径比加大后的优点，选取时要根据加工塑料的物理性能和对产品的挤塑质量要求而定。
3.   压缩比ε
亦称为螺杆的几何压缩比，是螺杆加料段第一个螺槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比。它是由塑料的物理压缩比――即制品的密度与进料的表现密度之比来决定的。使挤塑机压缩比较大，目的是为了使颗粒状塑料能充分塑化、压实。加工塑料的种类不同时，压缩比的选择也应不同。
按压缩比来分，螺杆的型式可分为三种：等距不等深、等深不等距、不等深不等距。其中等距不等深是最常用的一种，这种螺杆加工容易，塑料与机筒的接触面积大，传热效果好。
4.   螺旋升角θ
即螺纹与螺杆横断面的夹角。螺旋角太大保证不了塑化时间，降低螺杆的塑化质量，太小则螺纹密，螺槽容积减小，影响挤出量。对于送料段，30o螺旋角最合适于粉料；15o螺旋角合适于方形料粒；17o左右螺旋角合适于球状或柱状料粒。由均匀段理论分析得知，螺旋角30o时的挤出流率最高。实际上为了加工方便，多取螺旋角17o41′。
5.   螺距S和螺槽宽度W
螺距即螺纹的轴向距离，螺槽宽度即垂直于螺棱的螺槽宽度。在其它条件相同时，螺距和槽宽的变化，不但决定螺杆的螺旋角，而且还影响螺槽的容积，从而影响塑料的挤出量和塑化的程度。螺槽宽度加大则意味着螺棱宽度减小，螺槽容积相应增大，挤出量提高；同时螺棱宽度减小，螺杆旋转摩擦阻力减小，所以功率消耗低。
6.   螺槽深度H
即螺纹外半径于根部半径之差。根据压缩比的要求，加料段槽深大于熔融段，熔融段槽深又大于均化段。加料段螺槽深度大，有利于提高其输送能力；但槽深太深，一则使螺杆强度下降，导致螺杆在较大扭力作用下发生剪断；二则太深使塑料在槽间混合不均、搅拌不匀，影响热传导和热平衡，导致螺杆塑化能力下降。而熔融段和均化段螺槽渐浅，螺杆对物料产生较高的剪切速率，有利于筒壁向物料传热和物料的混合、塑化；但是太浅，螺槽容积减小，直接影响挤出量。
7.   螺杆与机筒的间隙δ
即机筒内径与螺杆外径之差的一半。螺杆与机筒间隙的大小，对挤塑质量和产量都有很大的影响，特别是对塑化起着主要作用。当螺杆与机筒的间隙太大时，尤其时均化段间隙增大，则塑料的逆流、漏流现象增加，不但引起挤出压力的波动，影响挤出量；而且由于这些回流的增加，使塑料过热，这是由于摩擦加剧的结果，这种过热，尤其发生在散热不良的环境中，往往导致塑料分解，造成塑化差、成型困难。因此，螺杆与机筒间隙一般控制在0.1～0.6mm间。
8.   螺杆头部结构
螺杆头部的形状和几何尺寸，与物料能否平衡的从螺杆进入机头，能避免滞流，以免局部物料受热时间过长而产生热分解现象等。不同形状的螺杆头，在挤塑过程中，塑料从螺杆进入机头时的流动方式也不同。从旋转运动变为直线运动，这时靠筒壁处的塑料流动慢，在中心处的流动快，根据塑料的流动状态，螺纹深度和两侧的圆弧半径可以相应变化，以适应螺杆各段的要求。螺杆头部常采用锥角较小的锥体形状，为了增加搅拌作用，可在锥体形状上制成与螺杆均化段连续的螺纹。
9.   螺杆螺纹的头数
在其它条件相同时，多头螺纹与单头螺纹相比，多头螺纹对物料的正推力较大，攫取物料的能力较强，并可降低塑料熔体的倒流现象。但螺纹全部都是多头螺纹时，会由于各条螺槽的熔融、均化或对熔体输送能力不一致，容易引起挤出量波动和压力波动，不利于挤出质量。所以，有时只是为了提高加料段攫取物料的能力，在加料段设置双头螺纹，以提高塑料粒子的输送能力。
三、螺杆的分段及各区段的基本职能
根据塑料在挤塑机中物态变化、流动情况和螺杆的基本职能来划分，大致分为加料段、塑化段、均化段。
加料段：又称为预热段。其职能主要是对塑料进行压实和输送。
塑化段：又称为压缩段，其作用是将加料段送来的塑料进一步压实和塑化，并将塑料中夹有的空气压回到加料口处排出，并改善塑料的热传导性能。
均化段：又称为熔融段，其作用是将塑化段已经塑化好的粘流态塑料，在温度的持续作用下，塑化的更加均匀。
螺杆的冷却
螺杆冷却的目的主要是为了有利于加料段物料的输送，同时也可以防止塑料因过热而分解，有利于物料中所含气体能从加料段的冷混料中返回并从料斗中排出。
通入螺杆中冷却介质可以是水，也可以是空气。使用螺杆冷却水应注意以下几点：
（1）   螺杆冷却水的流量不（2）   宜过大，（3）   要适量，（4）   用手摸水感觉水温暖即可。
（5）   使用螺杆冷却水要注意外径的变化。在螺杆和牵引速度相适应时，（6）   如果使用螺杆冷却水，（7）   易使电线电缆外径变小，（8）   绝缘厚度变薄。
（9）   操作时应做到停机时要停水，（10）   防止设备（11）   发生事故。
（12）   交接班时要交清使用螺杆冷却水的情况。

五、螺杆的维护保养
螺杆是塑料挤出的心脏部分，维护保养好螺杆是提高产品产量和质量的关键。因此，要注意下列几个问题：
不允许在没有加塑料时螺杆空转。
在清洗螺杆时，要把螺杆垫平垫稳，不允许螺杆转动，以免螺杆损伤。
严禁将金属物品加入机筒内，以免损伤螺杆。
温度过低或加温温度未达到工艺温度下限时，严禁起动螺杆。
使用螺杆冷却水时，当温度下降明显且较低时，应停止水冷；并做到停机必须停水。
定期清洗螺杆。清洗螺杆时严禁使用金属器械砸撞螺杆。
第三节加温系统
温度是塑料由固体颗粒状态转变成粘流态的主要条件，挤塑机的温度加热控制系统是实现塑料物态转变的重要设施，温度控制不好，对产品质量影响极大。
温度控制系统
挤塑机的温度控制系统是由电加热和冷却组成，以实现挤塑机各区域温度的升降和调节，控制适当温度可保证挤出质量。
1.   温度控制机理
安装在挤塑机上的电加热器和冷却风机是主要的控制机构。由于电加热具有升温、降温迅速的特点，而温度过高和过低都是挤出中要绝对避免的，所以电加热必须有一套灵敏度相当高的温度调节装置尤溪般包括有自动测量仪器、控制仪表，以及有效的冷却设施。在挤塑机的适当位置上（越接近塑料层越好）安装有测量元件热电偶，就是极其重要的温度检测元件。在加温和挤出过程中，测温元件热电偶随时测得的热电势信号被送到控温仪，经放大处理后与温度设定值比较，温度仪表指示不到设定值时，则继续加热，如接近或到达设定值，则按不同的调节规律仪表发出不同的指示信号。当超过设定值，则开动冷却风机，是机身得到冷却，使温度得以下降，回到预设定值。如此反复，自动控制或手动调节，使温度稳定在被控制值附近。
2.   挤塑机的温控部位
根据挤出原理，挤塑机各部位的温度应有差别，可以用设置于各部位电加热片的容量差别来实现。一般的，加料段容量最小，(压缩)塑化段和均化段容量要大些，而机头是保温区，主要以加热克服散热，所以容易不大。在挤塑机中温控一般是根据加热片的多少分为6～8段，小型挤塑机一般分为六段，大型挤塑机分成八段，通过控制屏上温度仪表的显示，来对挤塑机的六个加热区进行温控。以六段加热挤塑机为例，六个温控区域部位如下图所示。挤塑机的六个温控部位或各加热段的温度，在控制屏上都可以在温度仪表上一一显示，由操作者直接观察而知，便于调整。
  2区（机头模芯）     5区（塑化段）



  3区（机脖）   4区（均化段）   6区（加料段）
  1区（模套出口）

3.   温控各部位的作用
还是以六段加热挤塑机为例。六个温控部位在挤塑机的机头处有三个，机身处有三个。温度可根据需要自动调节，但应满足工艺规定的温度范围。在使用过程中，加料段加热区温度较低，机脖加热区的温度较高，模具加热区的温度稍低，形成了一般温控部位由低到高到稍低的变化，这是由于各部位的作用而决定的。
（1）   机头1、2区的作用：机头区的温控，（2）   对塑料挤出表面质量起着决定作用，（3）   如果温度控制得合适，（4）   模具选配的恰当，（5）   塑料产品的表面就平整光滑。
（6）   机头3温区（机脖）的作用：塑料塑化好以后，（7）   在螺杆旋转作用下由机筒进入机脖，（8）   由于机脖容积较机筒小，（9）   又加上滤板的作用，（10）   产生较大的阻力，（11）   螺杆旋转产生的推力作用，（12）   塑料致密，（13）   并塑化压实，（14）   保证了塑化效果。此时需要较高的温度，（15）   有利于塑料熔体顺利的进入机头。
（16）   机身4、5温区的作用：此加热区为均化段和塑化段，（17）   由于螺杆转动的搅拌压缩作用，（18）   经过预热的固体塑料变成可塑的粘滞液体（熔融状态），（19）   在温度的作用下，（20）   塑料完成塑化均匀。
（21）   机身6温区的作用：颗粒状塑料从加料斗进入机筒内，（22）   由于温度的作用，（23）   塑料开始被预热，（24）   并把多余的气体从加料口排除。此段的温度控制不（25）   宜过高，（26）   以免影响颗粒塑料的下料，（27）   故为温度控制区域最低的加温区。
控制温度的高低对产品质量的影响
温度是塑料由固体状态向粘流状态转变的有效手段，同时它也可能造成塑料的烧焦或分解，温度低时，也可能造成严重的设备事故。由于塑料品种的不同，以及挤出速度、挤出外径、挤出厚度的不同，在实际的挤出过程中，温度控制不尽相同，因此对具体的品种采用相应的挤塑温度。另外，除塑料和结构尺寸造成的温度控制不同外，环境温度也应予以考虑。因此，严格按照工艺要求控制温度的高低，保证挤塑过程的顺利进行，保证良好的产品质量，是每一个操作者不可忽视的职责。
（28）   温度过高：指（29）   的是温度控制超过某种塑料的最佳塑化温度，（30）   容易使塑料焦烧和老化，（31）   也容易产生气孔、气泡、气眼、定型不（32）   好等质量问题。温度过高，（33）   还会造成挤出过程中挤出压力波动，（34）   塑料在机筒内“打滑”，（35）   挤出量不（36）   稳，（37）   使挤包层和产品外径尺寸不（38）   均。
（39）   温度过低：指（40）   的是温度控制低于塑料的最佳塑化温度，（41）   造成塑料塑化不（42）   好，（43）   挤出表面有树脂疙瘩或未塑化好的小颗粒。特别是合胶缝合不（44）   好，（45）   不（46）   但影响产品质量，（47）   还容易造成塑胶层脱节、裂纹、断胶等现象。因此，（48）   要严格按照工艺规定控制温度，（49）   不（50）   宜过高或过低。
在实际操作过程中，因设备新旧、外径大小的不同，挤制工艺有所不同，温度控制也不尽相同，挤制绝缘和护套所用塑料一样，但因树脂中的添加剂不同，其温度控制亦有区别。另外，环境温度的高低也会影响挤塑温度的控制，冬天与夏天就要相差5～10oC。

工   艺
塑料电线电缆的主要绝缘材料和护层材料是塑料。热塑性塑料性能优越，具有良好的加工工艺性能，尤其是用于电线电缆挤制绝缘层和护层生产时工艺简便。电线电缆塑料绝缘层和护层生产的基本方式是采用单螺杆挤出机连续挤压进行的。由于挤出机具有连续挤出的特点，所以塑料绝缘和护套的生产过程也是连续进行的。就电线电缆生查而言，产品规格的差异，挤制部件的不同，往往决定了挤制设备及工艺参数的某些变化。但总的来讲，各种产品，各个部件的挤塑包覆工艺是大同小异的，下面以一般为主，个别为辅对挤塑原理、工艺与模具类型进行介绍。
第1节   塑料的挤制
塑料挤出的基本原理
挤塑机的工作原理是：利用特定形状的螺杆，在加热的机筒中旋转，将由料斗中送来的塑料向前挤压，使塑料均匀的塑化（即熔融），通过机头和不同形状的模具，使塑料挤压成连续性的所需要的各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆上。
1.   塑料挤出过程
电线电缆的塑料绝缘和护套使是采用连续挤压方式进行的，挤出设备一般是单螺杆挤塑机。塑料在挤出前，要事先检查塑料是否潮湿或有无其它杂物，然后把螺杆预热后加入料斗内。在挤出过程中，装入料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进入机筒中，在旋转螺杆的推力作用下，不断向前推进，从预热段开始逐渐的向均化段运动；同时，塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成连续均匀的料流。在工艺规定的温度作用下，塑料从固体状态转变为熔融状态的可塑物体，再经由螺杆的推动或搅拌，将完全塑化好的塑料推入机头；到达机头的料流，经模芯和模套间的环形间隙，从模套口挤出，挤包于导体或线芯周围，形成连续密实的绝缘层或护套层，然后经冷却和固化，制成电线电缆产品。
2.   挤出过程的三个阶段
塑料挤出最主要的依据是塑料所具有的可塑态。塑料在挤出机中完成可塑过程成型是一个复杂的物理过程，即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排气、压实并最后成型定型。大家值的注意的是这一过程是连续实现的。然而习惯上，人们往往按塑料的不同反应将挤塑过程这一连续过程，人为的分成不同阶段，即为：塑化阶段（塑料的混合、熔融和均化）；成型阶段（塑料的挤压成型）；定型阶段（塑料层的冷却和固化）。
第一阶段是塑化阶段。也称为压缩阶段。它是在挤塑机机筒内完成的，经过螺杆的旋转作用，使塑料由颗粒状固体变为可塑性的粘流体。塑料在塑化阶段取得热量的来源有两个方面：一是机筒外部的电加热；二是螺杆旋转时产生的摩擦热。起初的热量是由机筒外部的电加热产生的，当正常开车后，热量的取得则是由螺杆选装物料在压缩、剪切、搅拌过程中与机筒内壁的摩擦和物料分子间的内摩擦而产生的。
第二阶段是成型阶段。它是在机头内进行的，由于螺杆旋转和压力作用，把粘流体推向机头，经机头内的模具，使粘流体成型为所需要的各种尺寸形状的挤包材料，并包覆在线芯或导体外。
第三阶段是定型阶段。它是在冷却水槽或冷却管道中进行的，塑料挤包层经过冷却后，由无定型的塑性状态变为定型的固体状态。
3.   塑化阶段塑料流动的变化
在塑化阶段，塑料沿螺杆轴向被螺杆推向机头的移动过程中，经历着温度、压力、粘度，甚至化学结构的变化，这些变化在螺杆的不同区段情况是不同的。塑化阶段根据塑料流动时的物态变化过程又人为的分成三个阶段，即加料段、熔融段、均化段，这也是人们习惯上对挤出螺杆的分段方法，各段对塑料挤出产生不同的作用，塑料在各段呈现不同的形态，从而表现出塑料的挤出特性。
在加料段，首先就是为颗粒状的固体塑料提供软化温度，其次是以螺杆的旋转与固定的机筒之间产生的剪切应力作用在塑料颗粒上，实现对软化塑料的破碎。而最主要的则是以螺杆旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向摩擦力，以形成连续而稳定的挤出压力，进而实现对破碎塑料的搅拌与均匀混合，并初步实行热交换，从而为连续而稳定的挤出提供基础。在此阶段产生的推力是否连续均匀稳定、剪切应变率的高低，破碎与搅拌是否均匀都直接影响着挤出质量和产量。
在熔融段，经破碎、软化并初步搅拌混合的故态塑料，由于螺杆的推挤作用，沿螺槽向机头移动，自加料段进入熔融段。在此段塑料遇到了较高温度的热作用，这是的热源，除机筒外部的点加热外，螺杆旋转的摩擦热也在起着作用。而来自加料段的推力和来自均化段的反作用力，使塑料在前进中形成了回流，这回流产生在螺槽内以及螺杆与机筒的间隙中，回流的产生不但使物料进一步均匀混合，而且使塑料热交换作用加大，达到了表面的热平衡。由于在此阶段的作用温度已超过了塑料的流变温度，加之作用时间较长，致使塑料发生了物态的转变，与加热机筒接触的物料开始熔化，在机筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下来，聚集在推进螺纹的前面，形成熔池。由于机筒和螺纹根部的相对运动，使熔池产生了物料的循环流动。螺棱后面是固体床（固体塑料），物料沿螺槽向前移动的过程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐渐变浅，固体床不断被挤向机筒内壁，加速了机筒向固体床的传热过程，同时螺杆的旋转对机筒内壁的熔膜产生剪切作用，从而使熔膜和固体床分界面的物料熔化，固体床的宽度逐渐减小，知道完全消失，即由固态转变为粘流态。此时塑料分子结构发生了根本的改变，分子间张力极度松弛，若为结晶性高聚物，则其晶区开始减少，无定形增多，除其中的特大分子外，主体完成了塑化，即所谓的“初步塑化”，并且在压力的作用下，排除了固态物料中所含的气体，实现初步压实。
在均化段，具有这样几个突出的工艺特性：这一段螺杆螺纹深度最浅，即螺槽容积最小，所以这里是螺杆与机筒间产生压力最大的工作段；另外来自螺杆的推力和筛板等处的反作用力，是塑料“短兵相接”的直接地带；这一段又是挤出工艺温度最高的一段，所以塑料在此阶段所受到的径向压力和轴向压力最大，这种高压作用，足以使含于塑料内的全部气体排除，并使熔体压实，致密。该段所具有的“均压段”之称即由此而得。而由于高温的作用，使得经过熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化，从而最后消除“颗粒”，使塑料塑化充分均匀，然后将完全塑化熔融的塑料定量、定压的由机头均匀的挤出。
4.   挤出过程中塑料的流动状态
在挤出过程中，由于螺杆的旋转使塑料推移，而机筒是不动的，这就在机筒和螺杆之间产生相对运动，这种相对运动对塑料产生摩擦作用，使塑料被拖着前进。另外，由于机头中的模具、多孔筛板和滤网的阻力，又使塑料在前进中产生反作用力，这就使塑料在螺杆和机筒中的流动复杂化了。通常将塑料的流动状态看成是由以下四种流动形式组成的：
1）   正流――是指2）   塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动。它是螺杆旋转的推挤力产生的，3）   是四种流动形式中最主要的一种。正流量的大小直接决定着挤出量。
4）   倒流――又称逆流，5）   它的方向与正流的流动方向整好相反。它是由于机头中的模具、筛板、和滤网等阻碍塑料的正向运动，6）   在机头区域里产生的压力（塑料前进的反作用力）造成的。由机头至加料口形成了“压力下的回流”，7）   也称为“反压流动”。它能引起生产能力的损失。
8）   横流――它是沿着轴的方向，9）   即与螺纹槽相垂直方向的塑料流动。也是由螺杆旋转时的推挤所形成的。它的流动受到螺纹槽侧壁的阻力，10）   由于两侧螺纹的相互阻力，而11）   螺杆是在旋转中，12）   使塑料在螺槽内产生翻转运动，13）   形成环状流动，14）   所以横流实质是环流。环流对塑料在机筒中的混合、塑化成熔融状态，15）   是和环流的作用分不16）   开的。环流使物料在机筒中产生搅拌和混合，17）   并且利于机筒和物料的热交换，18）   它对提高挤出质量有重要的意义，19）   但对挤出流率的影响很小。
20）   漏流――它也是由机头中模具、筛板和滤网的阻力产生的。不21）   过它不22）   是螺槽中的流动，而23）   是在螺杆与机筒的间隙中形成的倒流。它也能引起生产能力的损失。由于螺杆与机筒的间隙通常很小，24）   故在正常情况下，25）   漏流流量要比正流和倒流小的多。在挤出过程中，26）   漏流将影响挤出量，27）   漏流量增大，28）   挤出量将减小。
塑料的四种流动状态不会以单独的形式出现，就某一塑料质点来说，既不会有真正的倒流，也不会有封闭的环流。熔体塑料在螺纹槽中的实际流动是上述四种流动状态的综合，以螺旋形轨迹向前的一种流动。
5.   挤出质量
挤出质量主要指塑料的塑化情况是否良好，几何尺寸是否均一，即径向厚度是否一致，轴向外径是否均匀。决定塑化情况的因袭除塑料本身外，主要是温度和剪切应变率及作用时间等因素。挤出温度过高不但造成挤出压力的波动，而且导致塑料的分解，甚至可能酿成设备事故。而减小螺槽深度，增大螺杆长径比，虽然有利于塑料的热交换和延长受热时间，满足塑化均匀要求，但将影响挤出量，又为螺杆制造和装配造成困难。所以确保塑化的重要因素应是提高螺杆旋转对塑料所产生的剪切应变率，以达到机械混合均匀，挤出热交换均衡，并由此为塑化均匀提供保障。这个应变率的大小由螺杆与机筒间的剪切应变力所决定，其剪切的应变率数值为：

其中：Δ――为剪切应变率（1/min）
D ――为螺杆直径（cm）
N ――为螺杆转速（r/min）
――为螺槽深度（cm）
由此可见，在保证挤出量的要求下，可以在提高转速的情况下加大螺槽深度。此外，螺杆与机筒的间隙也对挤出质量有影响，间隙过大时则塑料的倒流、漏流增加，不但引起挤出压力波动，影响挤出量；而且由于这些回流的增加，使塑料过热而导致塑料焦烧或成型困难。
塑料挤出机的操作规程
塑料挤出机组是由挤塑机（主机）和多台辅助设备组成的，生产中机组人员应密切配合操作.操作人员必须熟悉生长过程和操作规程。

6.   塑料挤出机的挤塑过程
塑料挤塑机是热挤设备。成盘的电缆或缆芯放置在放线装置上，并保证要有一定的张力，在经过张紧校直装置后进入挤塑机头挤包绝缘层或护套层。
塑料颗粒经料斗加入挤塑机机筒，由于螺杆的转动，进入机膛，一方面加热，一方面由螺杆转动搅拌，促使塑料塑化，并推向机头，从模口挤出，完整紧密的连续挤包在电线电缆线芯或缆芯上。
为控制塑料层的厚度和挤出压力，应调节好模芯与模套间的环形间距，使塑料层均匀。
机组中各单机采用单独传动，各机组之间的工作速度可分别调整。螺杆和牵引的速度应互相配合好，保证电线电缆挤出外径和塑料层厚度的均匀，并符合工艺尺寸的要求。放线和收排线速度要和电线电缆的生产速度配合好，防止出现其他的质量问题。
按工艺规定的控制温度，选配好合适的模具，经常观察加温系统的变化、外径的变化、速度的变化，防止塑料层的偏心、焦烧、塑化不良等现象出现。
7.   塑料挤出机的操作规程
开车前操作者应检查设备各部件的润滑、传动、电气控制等情况，发现问题要立即找有关人员及时解决。
按产品的要求选配好模具，并把模芯与模套间的距离调节好，防止塑料层厚度偏差过大。
要提前2～3小时启动加温系统，应按工艺规定调好各段温度，防止温度控制过高或过低。
生产前要按工艺规定检查塑料和半成品的质量，确认合格后方可生产。
按产品长度准备好合适的收线盘，并充分考虑电线电缆的弯曲半径，排线要紧实整齐。
准备好牵引绳，并试车观察螺杆的转动、牵引速度、放线、收排线传动、加温控制系统、各部电气开关水槽上下水流通等情况，确认无问题后开车生产。
开车
1）   把合格的塑料加入料斗内，2）   打开插板，3）   启动螺杆继续跑胶。操作者要注意进料情况，4）   跑胶时观察电流表和电压表指5）   针的指6）   示。此时操作者不7）   准离开工作岗位，8）   防止发生问题。
9）   塑料从模套中挤出后，10）   要观察塑料的塑化情况，11）   等塑料塑化良好时，12）   开始校正模具，13）   把塑料厚度调节均匀，14）   防止塑料层偏差。
15）   按工艺规定取样检查塑料厚度，16）   并检查塑料挤出后质量，17）   如气孔、表面塑化、疙瘩等。
18）   一切19）   情况正常，20）   生产能满足工艺规定要求后，21）   应积极组织机组人员开车，22）   开车时要分工操作，23）   并密切24）   配合。
25）   穿头引线，26）   启动牵引，27）   应按工艺规定的塑料层厚度要求，28）   控制好螺杆与牵引的速度，29）   使电线电缆通过牵引后，30）   在排线装置的收线盘上整齐排好。穿引线时，31）   应派专人跟线接头，32）   注意防止电线电缆进水或卡断接头。
33）   校对计米器回复34）   零位，35）   并使计米准确。电线电缆上盘时，36）   必须将不37）   合格接头线截掉，38）   并检查厚度和偏芯情况，39）   直到合格方可上盘。
40）   在正常生产过程中随时注意以下几点：产品质量，41）   随时观察、检测塑料层的表面质量和产品外径；注意设备42）   各部机械的运转情况；观察加温系统的温度控制情况；注意螺杆和牵引速度的变化情况，43）   保证挤出厚度和产品外径的均匀；做到三勤，44）   7即勤测外径、勤检查质量、勤观察设备45）   ；注意及时加料，46）   避免断胶脱胶漏包；开车时发现焦烧现象，47）   应立即停车擦车；如发现绝缘不48）   合格需要扒皮时，49）   不50）   得自行分头，51）   应停胶将线芯开到指52）   定长度待处理，53）   以免造成短头或废品。
54）   做好产品的工艺质量记录。记好标55）   签、跟踪卡、生产报表、工艺记录表等。
停车
停车时首先要切断牵引的电流，然后再停主电机。把机头与机身连接处的螺栓打开，关掉加料料斗的插板，把机头移开，跑净机筒内和螺杆上的塑料。组织人员及时拆除模芯和模套，清理机头和筛板。
遇到下列情况时要停车清理机头：生产完成后要及时停车清理机头；温度控制超高，发生塑料焦烧时，要停车清理机头和螺杆；停车在一小时以上，要清理机头；有其他原因停车，如停电、停水、待线、待盘、发生设备和人身事故时，都要清理机头。
机头和螺杆清理要干净，清理完后要及时把机头和螺杆装好。
记好交接班日记，并给下一班做好生产准备工作，如模具、生产用盘、半成品等工作。
按岗位责任，安排人员负责机台卫生清扫工作。
停车后要检查电源、水源、气源、设备各部分，确认无问题后，关掉电源、气源、水源再离开机台。
原材料的处理
电线电缆绝缘和护套用塑料主要为PVC、PE、XLPE等。对原材料处理的最基本要求有以下几点：
56）   去除塑料中过量的水分或潮气。
57）   去除固体杂质。
58）   均匀混入某种塑料和配合剂。
干燥
塑料中含有水分或塑料受潮，不仅会影响挤出过程的正常进行，还会影响产品的质量。因为水分在挤出过程中受热转变为水蒸气，在成品塑料层中产生许多气泡，它不仅会影响绝缘和护套的机械性能，更为严重的是它将降低绝缘耐电强度，所以绝缘应严格控制其含水量。
去除固体杂质
为保证电线电缆产品的电气绝缘性能，必须对原材料中的机械杂质进行严格控制。为此，除对电缆料生产厂提出较高的要求外，还应搞好生产环境的卫生，避免在生产中混入新的杂质，在机头处装过滤网滤除已混入的杂质，对于要求较高的产品，挤出机应安装真空密闭料斗，并在机头前装有线芯去污装置。
混合配合剂
鉴于目前电缆料的供应情况，某些批量小，特殊要求的塑料，要常在电缆厂加工，较完善的办法是，在捏合机上进行混合，然后在塑化挤出机上进行塑化造粒。对于要求不高的产品也可以在装有搅拌器的加料斗内进行。

第二节塑料的挤出工艺
挤出过程的工艺条件对制品的产量和质量影响很大，特别是塑化过程，更能直接影响制品的物理机械性能和外观，塑化即是熔融，决定这一过程的主要因素是温度和机械剪切作用。
塑料挤出的温度
在塑料的挤出过程中，物料聚集态的转变以及决定物料流动的粘度都取决于温度，因此，温度是塑料挤出工艺中最重要的工艺参数。
由于温度影响着塑料的熔融过程和熔体的流动性，因此挤出温度就和挤出制品的质量有着密切的关系。有研究指出，低温挤出有以下优点：保持挤出塑料层的形状比较容易；由于挤包层中热能较小，缩短了冷却时间；此外温度低还会减少塑料降解，这对聚氯乙稀是很重要的。但挤出温度过低，会使挤包层失去光泽，并出现波纹、不规则破裂等现象；另外温度低，塑料熔融区延长，从均化段出来的熔体中仍夹杂有固态物料，这些未熔物料和熔体一起成型于制品上，其影响是不言而喻的。温度对产品的物理性能影响是复杂的，电缆乙烯类塑料绝缘层抗张强度与挤出温度有关，对应于最大抗张强度有一最佳挤出温度。提高低密度聚乙烯护套的挤出温度，能提高抗应力开裂强度。但也应当指出，挤出温度过高，易使塑料焦烧，或出现“打滑”现象；另外温度高挤包层的形状稳定性差，收缩率增加，甚至会引起挤出塑料层变色和出现气泡等。
挤出物料的热量来自机筒加热和螺杆旋转剪切的粘性耗散和摩擦。前者在运行初期是很重要的，后者在运行稳定后是主要的。升高机筒温度很自然的会增加从机筒到塑料的热交换。在挤出稳定运行后，螺杆旋转剪切变形的粘性耗散和摩擦热量，常常会使塑料达到或超过所需温度。此时机内控制系统切断加温电源，挤出机进入“自然挤出”过程，并应视情况对机筒和螺杆进行冷却。实践经验指出，冷却螺杆还有助于改善挤出质量，但同时也降低了挤出流率。改善质量是由于冷却使螺杆均化段的有效槽深减少，增强了剪切作用。挤出过程中温度不是孤立的，在流率不变，螺杆转数不变时，增加挤出温度会使挤出压力降低。在低流率下，温度对压力的影响是很明显的，但影响会随流率的增加而逐渐减少。挤出温度增加，还使所需螺杆的功率也降低了。
由于塑料品种的不同，甚至同种塑料（如聚乙烯）由于其结构组成的不同，其挤出温度控制不尽相同。如下表，列出了电线电缆生产中几种塑料的挤出温度，应指出表中操作温度的比较，只有对同一设备才有意义。设备不同，机筒壁厚薄不一样，测温点的深浅不一样，而且测温仅是测机筒和机头的温度，与物料的实际温度也不一样，应随时观察挤出过程中塑料的塑化质量，并调节温控，所以表中所示的挤出温度仅供参考。
塑料挤出温度

塑料品种   加料段   熔融段   均化段   机脖   机头   模口     
聚氯乙稀   130～140℃   150～170℃   175～180℃   170～180℃   170～175℃   170～180℃     
聚氯乙稀   150～160℃   160～170℃   175～185℃   175～180℃   170～175℃   170～180℃     
聚乙烯   140～150℃   180～190℃   210～220℃   210～215℃   200～190℃   200～210℃     
聚乙烯   130～140℃   160～170℃   175～185℃   170～180℃   170～175℃   170～180℃     
氟-46   260℃   310～320℃   380～400℃   380～400℃   350℃   250℃   
加料段采用低温，这是由加料段承担的“任务”决定的，加料段要产生足够的推力，机械剪切并搅拌混合，如温度过度，使塑料早期熔融，不但导致挤出过程中的分解，而且引起“打滑”，造成挤出压力波动，并因过早熔融，而致混合不充分，塑化不均匀，所以这一段温度一般用低温。
熔融段的温度要有幅度较大的提高，这是因为塑料在该段要实现塑化的缘故，只有达到一定的温度才能确保大部分组成得以塑化。
均化段的温度最高，塑料在熔融段已大部分塑化，而其中小部分高分子组成尚未开始塑化，就进入均化段，这部分组成尽管很少，但其塑化是必须实现的，这时其塑化的温度往往需要更高。因此，均化段的挤出温度有所升高是必要的，有些时候，可以维持不变，而赖以塑化时间的延续，实现充分塑化。
机脖的温度要保持均化段的温度或稍有降低，这是因为塑胶挤出筛板变旋转运动为直线运动，而且由于筛板上的孔将塑胶熔体分散为条状物，在进入机头时必须在其熔融状态下将其彼此压实，显然温度下降太多是不行的。
机头承接已塑化均匀且由机脖压实的熔体塑料，起继续挤压使之密实之作用，塑胶在此有固定的表层与机头内壁长期接触，若温度过高，势必出现分解甚至是焦烧，特别是在机头的死角处，因此机头温度一般要下降。
目前挤出机中模口采用的温度升高、降低都有实例，一般模口温度升高可使表面光亮，但模口温度过高，不但会造成表层分解，更会造成成型冷却的困难，使产品难于定型，易于下垂自行形变或压扁变形。
因此，尽管各种塑料的挤出温度的控制高低不一，但都有一个普遍的规律，即从加料段起到模口止，都有一个温度从低－高－低的变化规律。如果挤出过程中温度控制的不合适，塑料就会产生很多缺陷，影响挤出制品的质量。