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電線電纜擠塑機塑料擠出的基本原理(lǐ)

來(lái)源：河南日豐電線電纜有限公司發布時(shí)間：2020-09-16 07:24:55

擠塑機的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)是：利用(yòng)特定形狀的螺杆，在加熱的機筒中旋轉，将由料鬥中送來(lái)的塑料向前擠壓，使塑料均勻的塑化（即熔融），通過機頭和(hé)不同形狀的模具，使塑料擠壓成連續性的所需要的各種形狀的塑料層，擠包在線芯和(hé)電纜上(shàng)。

1.塑料擠出過程

電線電纜的塑料絕緣和(hé)護套使是采用(yòng)連續擠壓方式進行的，擠出設備一般是單螺杆擠塑機。塑料在擠出前，要事(shì)先檢查塑料是否潮濕或有無其它雜(zá)物，然後把螺杆預熱後加入料鬥内。在擠出過程中，裝入料鬥中的塑料借助重力或加料螺旋進入機筒中，在旋轉螺杆的推力作(zuò)用(yòng)下(xià)，不斷向前推進，從(cóng)預熱段開(kāi)始逐漸的向均化段運動；同時(shí)，塑料受到(dào)螺杆的攪拌和(hé)擠壓作(zuò)用(yòng)，并且在機筒的外(wài)熱及塑料與設備之間的剪切摩擦的作(zuò)用(yòng)下(xià)轉變爲粘流态，在螺槽中形成連續均勻的料流。在工(gōng)藝規定的溫度作(zuò)用(yòng)下(xià)，塑料從(cóng)固體狀态轉變爲熔融狀态的可塑物體，再經由螺杆的推動或攪拌，将完全塑化好(hǎo)的塑料推入機頭；到(dào)達機頭的料流，經模芯和(hé)模套間的環形間隙，從(cóng)模套口擠出，擠包于導體或線芯周圍，形成連續密實的絕緣層或護套層，然後經冷卻和(hé)固化，制成電線電纜産品。
河南日豐電線電纜有限公司關注産品信息，主要生産：KVV控制電纜、KVVR控制軟電纜、RVV軟電線、RVVP屏蔽線、KVVRP控制屏蔽軟電纜等全系列弱電線纜生産的中國優秀民營科技企業。發展至今已有20多曆史。爲全國商戶提供電纜産品以及信息

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2. 擠出過程的三個階段

塑料擠出最主要的依據是塑料所具有的可塑态。塑料在擠出機中完成可塑過程成型是一個複雜(zá)的物理(lǐ)過程，即包括了(le)混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實并最後成型定型。大(dà)家值的注意的是這(zhè)一過程是連續實現(xiàn)的。然而習慣上(shàng)，人們往往按塑料的不同反應将擠塑過程這(zhè)一連續過程，人爲的分成不同階段，即爲：塑化階段（塑料的混合、熔融和(hé)均化）；成型階段（塑料的擠壓成型）；定型階段（塑料層的冷卻和(hé)固化）。

第一階段是塑化階段。也(yě)稱爲壓縮階段。它是在擠塑機機筒内完成的，經過螺杆的旋轉作(zuò)用(yòng)，使塑料由顆粒狀固體變爲可塑性的粘流體。塑料在塑化階段取得熱量的來(lái)源有兩個方面：一是機筒外(wài)部的電加熱；二是螺杆旋轉時(shí)産生的摩擦熱。起初的熱量是由機筒外(wài)部的電加熱産生的，當正常開(kāi)車後，熱量的取得則是由螺杆選裝物料在壓縮、剪切、攪拌過程中與機筒内壁的摩擦和(hé)物料分子間的内摩擦而産生的。

第二階段是成型階段。它是在機頭内進行的，由于螺杆旋轉和(hé)壓力作(zuò)用(yòng)，把粘流體推向機頭，經機頭内的模具，使粘流體成型爲所需要的各種尺寸形狀的擠包材料，并包覆在線芯或導體外(wài)。

第三階段是定型階段。它是在冷卻水(shuǐ)槽或冷卻管道(dào)中進行的，塑料擠包層經過冷卻後，由無定型的塑性狀态變爲定型的固體狀态。

3.塑化階段塑料流動的變化

在塑化階段，塑料沿螺杆軸向被螺杆推向機頭的移動過程中，經曆着溫度、壓力、粘度，甚至化學結構的變化，這(zhè)些(xiē)變化在螺杆的不同區(qū)段情況是不同的。塑化階段根據塑料流動時(shí)的物态變化過程又人爲的分成三個階段，即加料段、熔融段、均化段，這(zhè)也(yě)是人們習慣上(shàng)對(duì)擠出螺杆的分段方法，各段對(duì)塑料擠出産生不同的作(zuò)用(yòng)，塑料在各段呈現(xiàn)不同的形态，從(cóng)而表現(xiàn)出塑料的擠出特性。

在加料段，首先就是爲顆粒狀的固體塑料提供軟化溫度，其次是以螺杆的旋轉與固定的機筒之間産生的剪切應力作(zuò)用(yòng)在塑料顆粒上(shàng)，實現(xiàn)對(duì)軟化塑料的破碎。而最主要的則是以螺杆旋轉産生足夠大(dà)的連續而穩定的推力和(hé)反向摩擦力，以形成連續而穩定的擠出壓力，進而實現(xiàn)對(duì)破碎塑料的攪拌與均勻混合，并初步實行熱交換，從(cóng)而爲連續而穩定的擠出提供基礎。在此階段産生的推力是否連續均勻穩定、剪切應變率的高(gāo)低(dī)，破碎與攪拌是否均勻都直接影響着擠出質量和(hé)産量。

在熔融段，經破碎、軟化并初步攪拌混合的故态塑料，由于螺杆的推擠作(zuò)用(yòng)，沿螺槽向機頭移動，自(zì)加料段進入熔融段。在此段塑料遇到(dào)了(le)較高(gāo)溫度的熱作(zuò)用(yòng)，這(zhè)是的熱源，除機筒外(wài)部的點加熱外(wài)，螺杆旋轉的摩擦熱也(yě)在起着作(zuò)用(yòng)。而來(lái)自(zì)加料段的推力和(hé)來(lái)自(zì)均化段的反作(zuò)用(yòng)力，使塑料在前進中形成了(le)回流，這(zhè)回流産生在螺槽内以及螺杆與機筒的間隙中，回流的産生不但(dàn)使物料進一步均勻混合，而且使塑料熱交換作(zuò)用(yòng)加大(dà)，達到(dào)了(le)表面的熱平衡。由于在此階段的作(zuò)用(yòng)溫度已超過了(le)塑料的流變溫度，加之作(zuò)用(yòng)時(shí)間較長，緻使塑料發生了(le)物态的轉變，與加熱機筒接觸的物料開(kāi)始熔化，在機筒内表面形成一層聚合物熔膜，當熔膜的厚度超過螺紋頂與機筒之間的間隙時(shí)，就會(huì)被旋轉的螺紋刮下(xià)來(lái)，聚集在推進螺紋的前面，形成熔池。由于機筒和(hé)螺紋根部的相對(duì)運動，使熔池産生了(le)物料的循環流動。螺棱後面是固體床（固體塑料），物料沿螺槽向前移動的過程中，由于熔融段的螺槽深度向均化段逐漸變淺，固體床不斷被擠向機筒内壁，加速了(le)機筒向固體床的傳熱過程，同時(shí)螺杆的旋轉對(duì)機筒内壁的熔膜産生剪切作(zuò)用(yòng)，從(cóng)而使熔膜和(hé)固體床分界面的物料熔化，固體床的寬度逐漸減小(xiǎo)，知(zhī)道(dào)完全消失，即由固态轉變爲粘流态。此時(shí)塑料分子結構發生了(le)根本的改變，分子間張力極度松弛，若爲結晶性高(gāo)聚物，則其晶區(qū)開(kāi)始減少，無定形增多，除其中的特大(dà)分子外(wài)，主體完成了(le)塑化，即所謂的“初步塑化”，并且在壓力的作(zuò)用(yòng)下(xià)，排除了(le)固态物料中所含的氣體，實現(xiàn)初步壓實。

在均化段，具有這(zhè)樣幾個突出的工(gōng)藝特性：這(zhè)一段螺杆螺紋深度最淺，即螺槽容積最小(xiǎo)，所以這(zhè)裏是螺杆與機筒間産生壓力最大(dà)的工(gōng)作(zuò)段；另外(wài)來(lái)自(zì)螺杆的推力和(hé)篩闆等處的反作(zuò)用(yòng)力，是塑料“短兵相接”的直接地帶；這(zhè)一段又是擠出工(gōng)藝溫度最高(gāo)的一段，所以塑料在此階段所受到(dào)的徑向壓力和(hé)軸向壓力最大(dà)，這(zhè)種高(gāo)壓作(zuò)用(yòng)，足以使含于塑料内的全部氣體排除，并使熔體壓實，緻密。該段所具有的“均壓段”之稱即由此而得。而由于高(gāo)溫的作(zuò)用(yòng)，使得經過熔融段未能(néng)塑化的高(gāo)分子在此段完成塑化，從(cóng)而最後消除“顆粒”，使塑料塑化充分均勻，然後将完全塑化熔融的塑料定量、定壓的由機頭均勻的擠出。
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4.擠出過程中塑料的流動狀态

在擠出過程中，由于螺杆的旋轉使塑料推移，而機筒是不動的，這(zhè)就在機筒和(hé)螺杆之間産生相對(duì)運動，這(zhè)種相對(duì)運動對(duì)塑料産生摩擦作(zuò)用(yòng)，使塑料被拖着前進。另外(wài)，由于機頭中的模具、多孔篩闆和(hé)濾網的阻力，又使塑料在前進中産生反作(zuò)用(yòng)力，這(zhè)就使塑料在螺杆和(hé)機筒中的流動複雜(zá)化了(le)。通常将塑料的流動狀态看(kàn)成是由以下(xià)四種流動形式組成的：

1）正流－是指塑料沿着螺杆螺槽向機頭方向的流動。它是螺杆旋轉的推擠力産生的，是四種流動形式中最主要的一種。正流量的大(dà)小(xiǎo)直接決定着擠出量。

2）倒流－又稱逆流，它的方向與正流的流動方向整好(hǎo)相反。它是由于機頭中的模具、篩闆、和(hé)濾網等阻礙塑料的正向運動，在機頭區(qū)域裏産生的壓力（塑料前進的反作(zuò)用(yòng)力）造成的。由機頭至加料口形成了(le)“壓力下(xià)的回流”，也(yě)稱爲“反壓流動”。它能(néng)引起生産能(néng)力的損失。

3）橫流－它是沿着軸的方向，即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動。也(yě)是由螺杆旋轉時(shí)的推擠所形成的。它的流動受到(dào)螺紋槽側壁的阻力，由于兩側螺紋的相互阻力，而螺杆是在旋轉中，使塑料在螺槽内産生翻轉運動，形成環狀流動，所以橫流實質是環流。環流對(duì)塑料在機筒中的混合、塑化成熔融狀态，是和(hé)環流的作(zuò)用(yòng)分不開(kāi)的。環流使物料在機筒中産生攪拌和(hé)混合，并且利于機筒和(hé)物料的熱交換,它對(duì)提高(gāo)擠出質量有重要的意義，但(dàn)對(duì)擠出流率的影響很(hěn)小(xiǎo)。

4）漏流－它也(yě)是由機頭中模具、篩闆和(hé)濾網的阻力産生的。不過它不是螺槽中的流動，而是在螺杆與機筒的間隙中形成的倒流。它也(yě)能(néng)引起生産能(néng)力的損失。由于螺杆與機筒的間隙通常很(hěn)小(xiǎo)，故在正常情況下(xià)，漏流流量要比正流和(hé)倒流小(xiǎo)的多。在擠出過程中，漏流将影響擠出量，漏流量增大(dà)，擠出量将減小(xiǎo),塑料的四種流動狀态不會(huì)以單獨的形式出現(xiàn)，就某一塑料質點來(lái)說，既不會(huì)有真正的倒流，也(yě)不會(huì)有封閉的環流。熔體塑料在螺紋槽中的實際流動是上(shàng)述四種流動狀态的綜合，以螺旋形軌迹向前的一種流動。

5.擠出質量

擠出質量主要指塑料的塑化情況是否良好(hǎo)，幾何尺寸是否均一，即徑向厚度是否一緻，軸向外(wài)徑是否均勻。決定塑化情況的因襲除塑料本身外(wài)，主要是溫度和(hé)剪切應變率及作(zuò)用(yòng)時(shí)間等因素。擠出溫度過高(gāo)不但(dàn)造成擠出壓力的波動，而且導緻塑料的分解，甚至可能(néng)釀成設備事(shì)故。而減小(xiǎo)螺槽深度，增大(dà)螺杆長徑比，雖然有利于塑料的熱交換和(hé)延長受熱時(shí)間，滿足塑化均勻要求，但(dàn)将影響擠出量，又爲螺杆制造和(hé)裝配造成困難。所以确保塑化的重要因素應是提高(gāo)螺杆旋轉對(duì)塑料所産生的剪切應變率，以達到(dào)機械混合均勻，擠出熱交換均衡，并由此爲塑化均勻提供保障。這(zhè)個應變率的大(dà)小(xiǎo)由螺杆與機筒間的剪切應變力所決定，由此可見在保證擠出量的要求下(xià)，可以在提高(gāo)轉速的情況下(xià)加大(dà)螺槽深度。此外(wài)，螺杆與機筒的間隙也(yě)對(duì)擠出質量有影響，間隙過大(dà)時(shí)則塑料的倒流、漏流增加，不但(dàn)引起擠出壓力波動，影響擠出量；而且由于這(zhè)些(xiē)回流的增加，使塑料過熱而導緻塑料焦燒或成型困難。

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