關于電纜工藝塑料擠出的基本原理分析
擠塑機的工作原理是:利用特定形狀的螺桿,在加熱的機筒中旋轉,將由料斗中送來的塑料向前擠壓,使塑料均勻的塑化(即熔融),通過機頭和不同形狀的模具,使塑料擠壓成連續性的所需要的各種形狀的塑料層,擠包在線芯和電纜上。 塑料擠出過程
電線電纜的塑料絕緣和護套使是采用連續擠壓方式進行的,擠出設備一般是單螺桿擠塑機。塑料在擠出前,要事先檢查塑料是否潮濕或有無其它雜物,然后把螺桿預熱后加入料斗內。在擠出過程中,裝入料斗中的塑料借助重力或加料螺旋進入機筒中,在旋轉螺桿的推力作用下,不斷向前推進,從預熱段開始逐漸的向均化段運動;同時,塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用,并且在機筒的外熱及塑料與設備之間的剪切摩擦的作用下轉變為粘流態,在螺槽中形成連續均勻的料流。
塑料擠出最主要的依據是塑料所具有的可塑態。塑料在擠出機中完成可塑過程成型是一個復雜的物理過程,即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實并最后成型定型。
第一階段是塑化階段。也稱為壓縮階段。它是在擠塑機機筒內完成的,經過螺桿的旋轉作用,使塑料由顆粒狀固體變為可塑性的粘流體。塑料在塑化階段取得熱量的來源有兩個方面:一是機筒外部的電加熱;二是螺桿旋轉時產生的摩擦熱。起初的熱量是由機筒外部的電加熱產生的,當正常開車后,熱量的取得則是由螺桿選裝物料在壓縮、剪切、攪拌過程中與機筒內壁的摩擦和物料分子間的內摩擦而產生的。
第二階段是成型階段。是在機頭內進行的,由于螺桿旋轉和壓力作用,把粘流體推向機頭,經機頭內的模具,使粘流體成型為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。
第三階段是定型階段。是在冷卻水槽或冷卻管道中進行的,塑料擠包層經過冷卻后,由無定型的塑性狀態變為定型的固體狀態。
塑化階段塑料流動的變化
在塑化階段,塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機頭的移動過程中,經歷著溫度、壓力、粘度,甚至化學結構的變化,這些變化在螺桿的不同區段情況是不同的。塑化階段根據塑料流動時的物態變化過程又人為的分成三個階段,即加料段、熔融段、均化段,這也是人們習慣上對擠出螺桿的分段方法,各段對塑料擠出產生不同的作用,塑料在各段呈現不同的形態,從而表現出塑料的擠出特性。
在加料段,首先就是為顆粒狀的固體塑料提供軟化溫度,其次是以螺桿的旋轉與固定的機筒之間產生的剪切應力作用在塑料顆粒上,實現對軟化塑料的破碎。
熔融段,經破碎、軟化并初步攪拌混合的故態塑料,由于螺桿的推擠作用,沿螺槽向機頭移動,自加料段進入熔融段。在此段塑料遇到了較高溫度的熱作用,這是的熱源,除機筒外部的點加熱外,螺桿旋轉的摩擦熱也在起著作用。而來自加料段的推力和來自均化段的反作用力,使塑料在前進中形成了回流,這回流產生在螺槽內以及螺桿與機筒的間隙中,回流的產生不但使物料進一步均勻混合,而且使塑料熱交換作用加大,達到了表面的熱平衡。
在均化段,具有這樣幾個突出的工藝特性:這一段螺桿螺紋深度最淺,即螺槽容積最小,所以這里是螺桿與機筒間產生壓力最大的工作段;另外來自螺桿的推力和篩板等處的反作用力,是塑料“短兵相接”的直接地帶;這一段又是擠出工藝溫度最高的一段,所以塑料在此階段所受到的徑向壓力和軸向壓力最大,這種高壓作用,足以使含于塑料內的全部氣體排除,并使熔體壓實,致密。
通常將塑料的流動狀態看成是由以下四種流動形式組成的:
正流――是指塑料沿著螺桿螺槽向機頭方向的流動。它是螺桿旋轉的推擠力產生的,是四種流動形式中最主要的一種。正流量的大小直接決定著擠出量。
倒流――又稱逆流,它的方向與正流的流動方向整好相反。它是由于機頭中的模具、篩板、和濾網等阻礙塑料的正向運動,在機頭區域里產生的壓力(塑料前進的反作用力)造成的。
橫流――它是沿著軸的方向,即與螺紋槽相垂直方向的塑料流動。也是由螺桿旋轉時的推擠所形成的。它的流動受到螺紋槽側壁的阻力,由于兩側螺紋的相互阻力,而螺桿是在旋轉中,使塑料在螺槽內產生翻轉運動,形成環狀流動,所以橫流實質是環流。環流對塑料在機筒中的混合、塑化成熔融狀態,是和環流的作用分不開的。
漏流――它也是由機頭中模具、篩板和濾網的阻力產生的。不過它不是螺槽中的流動,而是在螺桿與機筒的間隙中形成的倒流。
塑料的四種流動狀態不會以單獨的形式出現,就某一塑料質點來說,既不會有真正的倒流,也不會有封閉的環流。
擠出質量
擠出質量主要指塑料的塑化情況是否良好,幾何尺寸是否均一,即徑向厚度是否一致,軸向外徑是否均勻。決定塑化情況的因襲除塑料本身外,主要是溫度和剪切應變率及作用時間等因素。擠出溫度過高不但造成擠出壓力的波動,而且導致塑料的分解,甚至可能釀成設備事故。而減小螺槽深度,增大螺桿長徑比,雖然有利于塑料的熱交換和延長受熱時間,滿足塑化均勻要求,但將影響擠出量,又為螺桿制造和裝配造成困難。
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