關(guān)于電纜工藝塑料擠出的基本原理分析
擠塑機(jī)的工作原理是:利用特定形狀的螺桿,在加熱的機(jī)筒中旋轉(zhuǎn),將由料斗中送來(lái)的塑料向前擠壓,使塑料均勻的塑化(即熔融),通過(guò)機(jī)頭和不同形狀的模具,使塑料擠壓成連續(xù)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(guò)程
電線電纜的塑料絕緣和護(hù)套使是采用連續(xù)擠壓方式進(jìn)行的,擠出設(shè)備一般是單螺桿擠塑機(jī)。塑料在擠出前,要事先檢查塑料是否潮濕或有無(wú)其它雜物,然后把螺桿預(yù)熱后加入料斗內(nèi)。在擠出過(guò)程中,裝入料斗中的塑料借助重力或加料螺旋進(jìn)入機(jī)筒中,在旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用下,不斷向前推進(jìn),從預(yù)熱段開(kāi)始逐漸的向均化段運(yùn)動(dòng);同時(shí),塑料受到螺桿的攪拌和擠壓作用,并且在機(jī)筒的外熱及塑料與設(shè)備之間的剪切摩擦的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài),在螺槽中形成連續(xù)均勻的料流。
塑料擠出最主要的依據(jù)是塑料所具有的可塑態(tài)。塑料在擠出機(jī)中完成可塑過(guò)程成型是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程,即包括了混合、破碎、熔融、塑化、排氣、壓實(shí)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(jī)機(jī)筒內(nèi)完成的,經(jīng)過(guò)螺桿的旋轉(zhuǎn)作用,使塑料由顆粒狀固體變?yōu)榭伤苄缘恼沉黧w。塑料在塑化階段取得熱量的來(lái)源有兩個(gè)方面:一是機(jī)筒外部的電加熱;二是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱。起初的熱量是由機(jī)筒外部的電加熱產(chǎn)生的,當(dāng)正常開(kāi)車后,熱量的取得則是由螺桿選裝物料在壓縮、剪切、攪拌過(guò)程中與機(jī)筒內(nèi)壁的摩擦和物料分子間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的。
第二階段是成型階段。是在機(jī)頭內(nèi)進(jìn)行的,由于螺桿旋轉(zhuǎn)和壓力作用,把粘流體推向機(jī)頭,經(jīng)機(jī)頭內(nèi)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?qū)w外。
第三階段是定型階段。是在冷卻水槽或冷卻管道中進(jìn)行的,塑料擠包層經(jīng)過(guò)冷卻后,由無(wú)定型的塑性狀態(tài)變?yōu)槎ㄐ偷墓腆w狀態(tài)。
塑化階段塑料流動(dòng)的變化
在塑化階段,塑料沿螺桿軸向被螺桿推向機(jī)頭的移動(dòng)過(guò)程中,經(jīng)歷著溫度、壓力、粘度,甚至化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化,這些變化在螺桿的不同區(qū)段情況是不同的。塑化階段根據(jù)塑料流動(dòng)時(shí)的物態(tài)變化過(guò)程又人為的分成三個(gè)階段,即加料段、熔融段、均化段,這也是人們習(xí)慣上對(duì)擠出螺桿的分段方法,各段對(duì)塑料擠出產(chǎn)生不同的作用,塑料在各段呈現(xiàn)不同的形態(tài),從而表現(xiàn)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(zhuǎn)與固定的機(jī)筒之間產(chǎn)生的剪切應(yīng)力作用在塑料顆粒上,實(shí)現(xiàn)對(duì)軟化塑料的破碎。
熔融段,經(jīng)破碎、軟化并初步攪拌混合的故態(tài)塑料,由于螺桿的推擠作用,沿螺槽向機(jī)頭移動(dòng),自加料段進(jìn)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(jī)筒外部的點(diǎn)加熱外,螺桿旋轉(zhuǎn)的摩擦熱也在起著作用。而來(lái)自加料段的推力和來(lái)自均化段的反作用力,使塑料在前進(jìn)中形成了回流,這回流產(chǎn)生在螺槽內(nèi)以及螺桿與機(jī)筒的間隙中,回流的產(chǎn)生不但使物料進(jìn)一步均勻混合,而且使塑料熱交換作用加大,達(dá)到了表面的熱平衡。
在均化段,具有這樣幾個(gè)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(jī)筒間產(chǎn)生壓力最大的工作段;另外來(lái)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(nèi)的全部氣體排除,并使熔體壓實(shí),致密。
通常將塑料的流動(dòng)狀態(tài)看成是由以下四種流動(dòng)形式組成的:
正流――是指塑料沿著螺桿螺槽向機(jī)頭方向的流動(dòng)。它是螺桿旋轉(zhuǎn)的推擠力產(chǎn)生的,是四種流動(dòng)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(dòng)方向整好相反。它是由于機(jī)頭中的模具、篩板、和濾網(wǎng)等阻礙塑料的正向運(yùn)動(dòng),在機(jī)頭區(qū)域里產(chǎn)生的壓力(塑料前進(jìn)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(dòng)。也是由螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)的推擠所形成的。它的流動(dòng)受到螺紋槽側(cè)壁的阻力,由于兩側(cè)螺紋的相互阻力,而螺桿是在旋轉(zhuǎn)中,使塑料在螺槽內(nèi)產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),形成環(huán)狀流動(dòng),所以橫流實(shí)質(zhì)是環(huán)流。環(huán)流對(duì)塑料在機(jī)筒中的混合、塑化成熔融狀態(tài),是和環(huán)流的作用分不開(kāi)的。
漏流――它也是由機(jī)頭中模具、篩板和濾網(wǎng)的阻力產(chǎn)生的。不過(guò)它不是螺槽中的流動(dòng),而是在螺桿與機(jī)筒的間隙中形成的倒流。
塑料的四種流動(dòng)狀態(tài)不會(huì)以單獨(dú)的形式出現(xiàn),就某一塑料質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō),既不會(huì)有真正的倒流,也不會(huì)有封閉的環(huán)流。
擠出質(zhì)量
擠出質(zhì)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(yīng)變率及作用時(shí)間等因素。擠出溫度過(guò)高不但造成擠出壓力的波動(dòng),而且導(dǎo)致塑料的分解,甚至可能釀成設(shè)備事故。而減小螺槽深度,增大螺桿長(zhǎng)徑比,雖然有利于塑料的熱交換和延長(zhǎng)受熱時(shí)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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