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電纜絕緣表面凹凸不平、鼓包的成因及解決方
聚乙烯(PE)是非極性材料,具有良好的電性能,但其分子結構呈線性,擠包成絕緣層后易開裂。交聯(lián)技術是PE改性的主要手段之一,交聯(lián)后的PE可顯著地提高其耐環(huán)境應力、使用溫度及在高溫下的力學性能。作為PE交聯(lián)方法之一的硅烷交聯(lián),使PE分子間形成C-Si-O-Si-C的交聯(lián)網(wǎng)絡,目前以其簡單、經(jīng)濟和優(yōu)越的性能而在低壓電纜生產(chǎn)中被電纜制造商所推崇。由于不同生產(chǎn)廠家的硅烷交聯(lián)電纜料采用的擠出溫度、擠出速度和交聯(lián)速度等加工工藝不盡相同,對低壓電纜絕緣線芯擠出表面質(zhì)量的影響也較大。本文就生產(chǎn)硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯過程中出現(xiàn)的表面凹凸不平、鼓包問題進行分析,并提出解決辦法和控制對策。
交聯(lián)絕緣線芯在生產(chǎn)過程中有時會出現(xiàn)生膠現(xiàn)象,也成為絕緣僵塊或硬塊。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是:(1)機頸或機頭的溫度不夠,造成內(nèi)部局部冷膠產(chǎn)生;(2)由于機身溫度或剪切力不夠而引起的局部塑化不好;(3)當過濾網(wǎng)的襯墊不到位,終影響到交聯(lián)絕緣料的擠出壓力,也會產(chǎn)生生膠,使絕緣線芯表面出現(xiàn)凹凸的硬塊。
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交聯(lián)絕緣線芯在生產(chǎn)過程中有時會出現(xiàn)老膠現(xiàn)象,也成為預交聯(lián),是由于交聯(lián)料擠出時機頭溫度過高或交聯(lián)料長期停留在流道內(nèi)的死角所引起的,該老膠呈琥珀色,停留時間越長,其顏色越深,溫度越高其顏色也越深。一般產(chǎn)生老膠的原因有:(1)擠出速度過快,螺桿轉(zhuǎn)速越快,螺筒內(nèi)交聯(lián)料剪切作用力越強烈,這樣使機身局部溫度升高,導致老膠現(xiàn)象產(chǎn)生;(2)交聯(lián)絕緣料在機筒內(nèi)停留時間過長,有一部分絕緣料產(chǎn)生過早交聯(lián),這樣線芯在出模時就造成了表面凹凸不平。(3)過濾網(wǎng)襯墊位移造成分流板處的膠料壓力分布不均勻,形成流道死角,這種情況下也會產(chǎn)生老膠,同時也有可能因過濾網(wǎng)失去部分過濾的作用,經(jīng)過長時間生產(chǎn)后,也會使積累在螺桿頭上的老膠在擠出時被帶出,在絕緣層內(nèi)混入老膠雜粒,造成絕緣線芯出現(xiàn)質(zhì)量問題。
材料穩(wěn)定普通兩步法硅烷交聯(lián)聚乙烯,先用硅烷與PE產(chǎn)生接枝反應,生成可交聯(lián)的PE(簡稱A料),為了加速其交聯(lián)反應,制成含有催化劑的母料(簡稱B料),再將A、B料按照一定比例均勻混合,擠塑成型后再溫水中交聯(lián)。由材料穩(wěn)定性引起的絕緣線芯質(zhì)量問題原因主要有:(1)交聯(lián)聚乙烯絕緣料各組分混合不均勻,由于A料中含有交聯(lián)劑和少量抗氧化劑,若在生產(chǎn)過程中抗氧劑未攪拌均勻,會造成絕緣料通過擠塑機高溫擠制后,較為集中的抗氧劑受熱氣化,在絕緣層內(nèi)形成鼓包;(2)交聯(lián)聚乙烯絕緣料貯存不當,硅烷交聯(lián)聚乙烯料即使不加入催化劑,在室溫下也將慢慢地進行交聯(lián),這是因為材料中含有微量的水分(約50×10-4%)引起的,若貯存時高溫多濕,會造成擠出絕緣層表面不光滑。
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除了擠出溫度、擠出速度、交聯(lián)速度和材料穩(wěn)定性因素外,交聯(lián)聚乙烯從機頭擠出后冷卻工藝也存在可能導致絕緣線芯表面質(zhì)量問題的因素:(1)電纜表面附有氣泡,當電纜進入水中后,其表面若有氣泡附著,該位置冷卻后會有"小坑包",這是因為氣泡將空氣包覆于絕緣表面,氣泡覆蓋的部分冷卻速度比與水接觸部分緩慢。形成氣泡附著電纜表面的原因一般是冷卻用的循環(huán)水進入水槽時流速快、水流急,高速水流將空氣帶入水中,一部分空氣附著到電纜表面,形成氣泡;(2)進入冷卻水前有水滴濺落在電纜表面,與水接觸部分先冷卻收縮,而與空氣接觸部分還處于高溫狀態(tài),因冷卻速度的差異形成絕緣線芯表面凹凸不平現(xiàn)象。
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2.1 絕緣表面的"生膠"和"老膠"現(xiàn)象,在線芯外觀上差不多,容易引起混淆,因此要注意區(qū)分。解決方法:(1)從開機時間上進行判斷,時間短的產(chǎn)生"生膠"可能性大,時間長產(chǎn)生"老膠"可能性大;(2)從工藝條件的變化來進行判斷,結合"生膠"和"老膠"產(chǎn)生的原因進行綜合分析;(3)擠出時線速度要嚴格按照工藝規(guī)范要求執(zhí)行,擠出速度變化后,一定要密切關注擠塑機溫度的變化;(4)檢查機頭各部位的溫度控制是夠準確,查出是由哪個部位引起的,然后再根據(jù)實際情況進行調(diào)整;(5)必要時采取調(diào)整溫度、調(diào)整擠出速度、清理過濾網(wǎng)及機頭等查找原因。
2.2 選擇生產(chǎn)工藝穩(wěn)定、技術和管理水平高、有連續(xù)監(jiān)測雜質(zhì)含量、擠出樹脂熔融指數(shù)恒定的硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣料生產(chǎn)廠家,保證材料性能的穩(wěn)定性。用兩步法工藝生產(chǎn)的硅烷交聯(lián)料的貯存期較短,一般不**過6個月,貯存時應避免高溫多濕,以防材料發(fā)生交聯(lián),造成擠出表面不光滑。
2.3 電纜絕緣線芯從擠塑機機頭擠出后,應整體平穩(wěn)進入水中,避免水珠濺在表面。冷卻水循環(huán)過程中,向水槽加水要特別注意,宜采用大口徑、低流速加水,這是因為注水口的口徑小,勢必提高水流速度,高速水流會把大量空氣帶入水中,另外可在絕緣線芯入水后約半米處增加細棉紗等除氣泡的裝置,拂去附著的氣泡,保持絕緣線芯表面光潔。
綜上所述,要避免硅烷交聯(lián)聚乙烯絕緣表面凹凸不平、鼓包等質(zhì)量缺陷,必須提高員工自身素質(zhì)和操作技能,要嚴把材料質(zhì)量關,對不同廠家生產(chǎn)的交聯(lián)聚乙烯絕緣料要有一定的調(diào)整,只有這樣才能提高產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟效益。
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