挤塑机的工作原理

绪论目前我国工业总量已达到相当的水平，且持续高速发展，与电线电缆关联的机械、电子、信息、通讯、轻工等工业的不断增长，促进了我国电线电缆行业的发展，从而带动了电线电缆企业对电工圆铜杆的旺盛需求，而且这种需求已从单纯量的增长转变到对高品质的追求。据统计，2010年，我国的电力电缆产量已达720万公里。电力工业”十二五”期间，仍将以电网建设为重点，累计电网投资超过10000亿元(据统计每亿元电网投资对铜材需求量约为300吨),这将给电线电缆行业带来了进一步发展的机遇。预计未来几年，我国电线电缆行业将以7-8%的增速发展。其中：架空线用量到2015年将达160～240万吨。北方、中部、南方跨省联网及全国的逐步实现，超高压、大容架空线的大量应用(西北750kV线路，其余地区500kV线路)使架空线在”十一五”期间将有10%的环比增长。中压10～35kV电缆将以8-10%的环比速度增长。大城市采用双环网供电和市中心地区地下电缆化率的提高将大大增加中压电缆使用量。目前大多数城市规划部门都强调了市区地下电缆供电，有的城市已把这一要求列入地方法规。目前全国平均城市地下电缆化率仅10%,而各城市目标大都确定在50～80%左右，这给中压配电电缆带来较大机遇。建筑工业在21世纪初成为我国的支柱产业之一，它将给建筑用线及其他电气装备用线缆带来机遇。近年来，我国房地产业发迅猛，除了住宅房之外，商务办公楼数量也有较大增长。住宅的智能化需求加上各种专业网的建设，给电线电缆带来极大市场。预计今后3～5年建筑用布线的产值在电线电缆行业中将超过15%。汽车工业将成为我国新的经济增长点，它将给汽车用线及漆包线带来较快发展。2010年汽车工业占当年国内生产总值的比例已达1.1%。汽车与摩托车行业用线主要有两大类：漆包线与汽车用线。汽车业使漆包线、汽车用线销量大增，2010年，国产汽车线需求超过370万km,在今后几年，其需求还将持续10%左右的将长。我国铁路主要技术装备水平的提升，为电气化机车铜合金接触线、机车车辆用线、绕组线等提供了市场。"十二五"期间，铁道部仍需要3.5GW以及相应的考虑，大约要1.3万吨接触线。加上相应的车厢更新换代及维修，大约需要9～10万公里机车车辆线。核电站用电线电缆有一定的需求量。到2010年，核电装机容量已实现2000万千瓦，而到2020年核电将达到4000万千瓦，占当时装机总容量5%左右。目前泰山二期、三期工程、岭澳核电站工程、连云港核电站工程建设进展顺利，山东、福建、江西、湖南等省均积极筹划建设核电站。平均每新建100万千瓦核电站带来1亿元人民币产值的核电电站用电线电缆产品需求。船舶工业的发展将给船用电缆带来生机，同时船用电缆的更新换代将加快。2007年我国造船已达到420～550万吨左右，需各种船用电缆达到1.7万km左右。工业发展将使电动机用量增加以及家电工业产品的升级，电机绝缘等级从B级向F级转换将加快漆包线更新换代，促使绕组市场的稳步发展。据统计：全世界电线电缆用铜量2006年为1200万吨，其中电磁漆包线约为240.6万吨，中国约为62万吨。目前绕组线的总量超过90万吨，预计将以5～6%的速度递增。城市的发展将带动城市轨道交通的发展，将促使各种阻燃电缆的应用。隧道和地铁车站用电照明电缆也是一大亮点。根据目前我国电线电缆行业市场预测，可知用铜量增长大约每年递增7～8%,预计到2015年圆铜杆的需求量为420～460万吨，市场缺口将达60万吨以上。本设计就挤塑的原理及在挤塑工艺过程中出现的各种情况进行了详尽的分析和研究.并且就出现的质量问题给予了解决的方法.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，使塑料均匀地塑化(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各种形状的塑料层，挤包在线芯和电缆上。1.1塑料挤出过程电线电缆的塑料绝缘和护套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，然后把塑料预热后加入料斗内。在挤出过程中，装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进人机筒中，在旋转螺杆的推力作用下不断向前推进，从预热段开始逐渐地向均化段运动；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热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，挤包干线芯或缆芯周围，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。1.2挤出过程的三个阶段塑料挤出主要依据的是塑料所具有的可塑态。塑料在挤出机中完成可塑成型过程是一个复杂的物理过程：包括了混合、破碎、熔融、塑化、排气、压实并最后成型定型，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，人为的分成各个不同阶段；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)。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。塑料在塑化阶段获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旋转物料在压缩，剪切、搅拌过程中与机筒内壁的摩擦和物料分子问的内摩擦而产生的。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，并包覆在线芯它是在冷却水槽中进行的，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。1.3塑化阶段塑料流动的变化塑化阶段，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连续变化过程又可分成三个阶段：加料段(又称破碎段);熔融段(又称塑化段);均化段又称均压段)。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。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的质量和产量。经破碎、软化并初步搅拌混合的固态塑料，由于螺杆的推挤作用，沿螺槽向机头移动，自加料段进人熔融段。在此段塑料遇到了较高温度的热作用，这时的热源，除机筒外部的电加热外，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，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简内壁，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，直到完全消失，即由固态转为粘流态(可塑态)。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，除其中的特大分子而外，主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，足以即由此而得。由于高温的作用，使得经过融熔段未能塑化的高分子在此段完成塑1.4.挤出过程中塑料的流动状态挤出过程中，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。通常将塑料的流动状态看成是是指塑料沿着螺杆螺槽向机头方向的流动。它是由螺杆旋转的推挤力产生的，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。又称逆流，它的方向与正流的流动方向正好相反。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，在机头区域里产生的压力(塑料前进的反作起生产能力的损失。它是沿着轴的方向，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，由于两侧螺纹的相互阻力，而螺杆是在旋转中，使塑料在螺槽内产生翻转运动，形成环状流动，所以横流实质是环流。环流对塑料在机筒中的混合、塑化及热交换影响很大，塑料所以能在螺杆中混合、塑化成熔融状态，环流使物料在机筒中产生搅拌和混合，并且利于机筒和物料的热交换，它对提高挤出质量有重要的意义，但对挤出流率的影响很小。它也是由机头中模具、筛板和滤网的阻力产生的。不过它不是螺槽中的流动，而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，故在正常情况下，漏流流量要比正流和倒流小得多。在挤出过程中，漏流将影响挤出量，漏流量增大，挤出量将减小。塑料的四种流动状态都不能以单独形式出现，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。1.5挤出量挤出量是挤塑机的重要特性参数，是挤出理论的重要研究内容之一。如上所述挤出过程中塑料流动是人为的将螺杆按某工作特性分为三个部分，事实上，螺杆本身是一个整体；塑料沿螺杆全长上的物态变化，是逐渐连续发生、发展并完成的，并不存在一个两相界面。为此，对挤出量就有了两个假设，把塑料由固态转为粘流态的全过程假定发生并完成在变化区段的所谓“粘结点”,而塑料被压实则假定发生并完成在变化区段的所谓“填实点”,由此人为的将全部物料分为两部分，即“粘结点”前的固体部分和“粘结点”后的流体部分。对于一个结构合理的挤出机构，由于挤出具有连续性的特点，其固态下的挤出量与粘流态下的挤出量应绝对相等(逸出的气体忽略不计),因此挤出量即可由两部分之一求得，一般都以后段的流体力学方法计算，对等距不等深螺杆的挤出量计算公式是：Q--挤出量(cm³/分);V--螺杆在推进方向的速度(cm/分);b--螺槽宽度(cm)h₁--填实点螺纹深度(cm);h₂--端部螺纹深度(cm);g--重力加速度(cm/分²);p--挤出压力(kg/cm²);n--塑料粘度(kg/cm·分)L--填实点到端部螺纹展开长度(cm)。挤出量计算公式来看，影响挤出量的因素主要是：挤出压力越大，挤出量就越小。挤出压力是推力与其反作用力形成的，挤出压力大则反作用力大，而反作用力是回流(倒流和漏流)产生的根源，故挤出压力越大，对正流的抵消作用也就越大，从而使挤出量减少螺槽越浅，挤出量越稳定。在挤出过程中，因温度、螺杆速度的微小变化，将导致挤出压力的变化。从度波动螺槽宽度越大，螺槽容积越大，则挤出量越大。但不能一味地加大螺槽宽度来提高挤出量，因加宽螺槽宽度，将使螺纹厚度减小或塑化路径缩短，前者使螺纹耐磨强度降低，后者使塑化能力降低。螺纹深度要适当，太浅则挤出量小；太深则形成挤出量不稳，并影响塑化均匀性。1.6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。决定塑化状况除塑料本身之外，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，因此挤出温度应按工艺温度控制。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，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考虑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的为：其中：△--为剪切应变率(1/min);D--为螺杆直径(cm);N--为螺杆转速(r/min);H--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。1.7挤出理论的研究塑料挤出理论的研究就是根据塑料在挤出机中的三个历程--即从加料区的固态到过渡区(熔融区)的固态--粘流态、直到均化区的粘流态这三种物理过程进行研究。挤出机的挤出理论主要分成三个职能区进行研究，即一般所谓加料区的固体输送理论、熔融区的熔融理论和粘流体输送理论。理论不同程度上揭示了物质性质、机器结构参数和工艺条件对熔融过程、输送流率的影响，为改进挤出机结构、制定合理的工艺条件、选择材料等提供了依1.7.1固体输送理论在挤出过程中，加入螺杆中的固体塑料，由旋转螺杆的推力作用，向前推进，在机头阻力作用下，物料不断被压实。开始塑化和尚未塑化物料连续整齐排列，擦的静力平衡方程为基础，建立了固体输送理论。1.7.2熔融理论熔融理论是建立在热力学、流变学基础上的一种理论。在加料段末段与加热机筒接触的物料开始熔化，在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，聚集在螺纹的前面，形成熔池。由于随着温度的不断提高及螺杆的剪切作用，熔池不断扩大。影响熔融段长度的因素主要是物料特性、流率、螺杆转速、机筒温度和物料初温。1.7.3熔体输送理论熔体输送理论又称为流体动力学理论，它是研究螺杆均化段如何保证塑料彻底塑化，并使之定压、定量、定温挤出，以获得稳定的质量和产量。第2章挤出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。2.1塑料挤出设备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。1一放线装置6一水槽2一张紧轮7一计米器图2-1塑料挤出生产线3一预热器4-塑料挤出机8-牵引轮9-收排线装置5一自动加料装置10-控制屏2.2主机设备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。2.2.1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。1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，由高的2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。3料斗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4模具机头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以便于调整和校正模芯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120°)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。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。加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。1加热装置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。2冷却装置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。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。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。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。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。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，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，便图2-2六段加热挤塑机六个温控区域部位图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。机头1、2区的作用：机头区的温控，对塑料挤出表面质量起着决定作用，如果温度控制得合适，模具选配的恰当，塑料产品的表面就平整光滑。(1)机头3温区(机脖)的作用：塑料塑化好以后，在螺杆旋转作用下由机筒进入机脖，由于机脖容积较机筒小，又加上滤板的作用，产生较大的阻力，螺杆旋转产生的推力作用，塑料致密，并塑化压实，保证了塑化效果。此时需要较高的温度，有利于塑料熔体顺利的进入机头。(2)机身4、5温区的作用：此加热区为均化段和塑化段，由于螺杆转动的搅拌压缩作用，经过预热的固体塑料变成可塑的粘滞液体(熔融状态),在温度的(3)机身6温区的作用：颗粒状塑料从加料斗进入机筒内，由于温度的作用，塑料开始被预热，并把多余的气体从加料口排除。此段的温度控制不宜过高，以免影响颗粒塑料的下料，故为温度控制区域最低的加温区。(4)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。温度过高温度过高指的是温度控制超过某种塑料的最佳塑化温度，容易使塑料焦烧和老化，也容易产生气孔、气泡、气眼、定型不好等质量问题。温度过高，还会造成挤出过程中挤出压力波动，塑料在机筒内“打滑”,挤出量不稳，使挤包层和产品外径尺寸不均。温度过低温度过低指的是温度控制低于塑料的最佳塑化温度，造成塑料塑化不好，挤出表面有树脂疙瘩或未塑化好的小颗粒。特别是合胶缝合不好，不但影响产品质量，还容易造成塑胶层脱节、裂纹、断胶等现象。因此，要严格按照工艺规定控制温度，不宜过高或过低。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5～10℃。2.4.2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。2.4.3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。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。2.4.5收线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2.4.6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第3章塑料加工工艺电缆的塑料主要应用于加工制造绝缘和护套。其工艺是采用连续挤压方式进行的。挤出设备塑单螺杆挤出机。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，由旋转螺杆的推力作用不断向前推进，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热的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成均匀连续的料流，到达机头的料流经模芯和模套间的环形间隙，挤包于线芯周围，形成连续密实的绝缘或护套层。整个挤出过程可以分为3个阶段：①混合，熔融和均化②挤压成型③冷却和固化。塑料挤出机组由防线装置、预热装置、挤塑机、冷却装置、牵引装置、收(排)线装置及控制系统等组成。挤塑机是挤出机组的主机。螺杆是挤出机的最主要的部件，它直接关系到挤出机的应用范围和生产率。对塑料产生较大的输送、挤压、混合和塑化作用。机筒的外面有电阻或感应加热器、测温装置及冷却装置，对材料进行温度控制3.2.1设备及主要参数标志挤出机的工作性能的主要参数有：螺杆直径、螺杆长径比、螺杆转速范围、螺杆拖动电机的功率、机器的生产能力、机筒的加热功率，机器的中心高和1螺杆的主要参数螺杆的主要参数主要有直径、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。2螺杆的分段及各段的基本职能加料段：其职能主要塑对塑料进行压实和输送；熔融段：其作用是使塑料进一步压实和塑化，使包围在螺杆内的空气压回到加料口处排出，并改善塑料的热传导性能熔体输送段：塑料进入熔体输送段后进一步塑化和均匀化，并使之定压、定量和定温地从机头中挤出。塑料挤出理论的研究塑根据塑料在挤出机中的明显可分的3个阶段进行的，即研究加料段的固体输送理论；研究熔融段的熔融理论和研究均化段的熔体1固体输送理论达涅耳一莫耳理论的假设(1)塑料在螺槽中形成固体塞，且流速恒定，同时固体塞所承受的压力只沿(2)固体塞与落草大所有边相接触，且它们的摩擦系数与压力无关，仅为温度的函数。(3)忽略固体塞密度的变化以及重力、螺棱顶面与机筒间隙的影响。(4)螺槽所矩形的，且螺深不变。(5)机筒相对螺杆运动，螺杆则相对静止不动。(1)物料特性的影响物料的热性能和流变性能。(2)速率的影响在保持其他变量不变的情况下，增加流率，必然要延长熔融长度，其结果所挤出物的均匀度和塑化性能变差。(3)螺杆转速的影响在保持流率和机筒温度不变的条件下，增加螺杆转速将大大增加挤出机的熔融速率。(4)机筒温度和物料初温机筒温度增加有利于加热物料，促进熔融。3熔体输送理论熔体输送理论又称流体动力学理论，它是研究螺杆均化段如何保证塑料彻底塑化，并使之定压、定温和定量挤出，以获得稳定的产量和高品质制品的理论。它的基点是将物料在均化段的运动作为粘性流体的流动。3.3塑料绝缘及护套挤出工艺电线电缆塑料绝缘和护套生产的基本方式是采用单螺杆挤出机挤出。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也是连续的。这一生产过程分成原材料处理一挤出一冷却一牵引4个阶段；对于交联聚乙烯绝缘则为原材料处理一挤出一交联一冷却一牵引5个阶段。3.3.1原材料处理要求均匀混入各种配合剂。挤出过程的工艺条件对制品的产量和质量影响很大，特别速塑化情况，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速温度和机械剪切作用。1温度在塑料挤出过程中，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。挤出物的最终温度应大于物料的粘流温度，其上限温度决定于聚合物的最高稳定温度。低温挤出有如下优点：保持挤出物的形状比较容易；由于挤出物中热能较小，缩短了冷却时间；此外温度低还会减少聚合物降解。但应当看到，挤出温度低临界剪切应力、临界剪切速率值也低会使挤出物失去光泽，并出现波纹、不规则破裂等。另外温度低，物料熔融区延长，以从均化段出来的熔体中仍夹杂有固体物料，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。温度对制品的物理性能影响是复杂的。2螺杆转速由于调节方便，螺杆转速是挤出过程中的重要操作变量。由挤出机固体输送段和均化段的流率分析可知，流率和螺杆转速成正比，因此，在一般情况下，提高螺杆转速是现代挤出机提高生产能力的重要手段。3模具及调整模具的选择确定主要考虑以下两点：要有合适的产量；使机头具有一定的压4牵引挤包制品是由牵引装置拖动通过机头的，为保证产品质量，要求牵引速度均匀稳定。如果牵引速度高于挤出速度可以消除制品离模引起的膨胀，并使制品分子链产生一定程度的轴向取向。塑料挤包层在离开机头后，应立即进行冷却，否则会在重力作用下发生变形。生产中都采用了逐渐降温的温水冷却方式。第4章挤塑不良品产生和原因及解决办法原因温度超高，或者是控制温度的仪表失灵，造成塑料超高温而焦烧；机头的出胶口烟雾大，有强烈的刺激气味，另外还有噼啪声；塑料表面出现颗粒状焦烧物；合胶缝处有连续气孔。控制温度的仪表失灵，造成超高温后焦烧；螺杆长期使用而没有清洗，焦烧物积存，随塑料挤出；加温时间太长，塑料积存物长期加温，使塑料老化变质而焦烧；停车时间过长，没有清洗机头和螺杆，造成塑料分解焦烧；机头压盖没有解决办法经常的检查加温系统是否正常；定期地清洗螺杆或机头，要彻底清洗干净；按工艺规定要求加温，加温时间不宜过长，如果加温系统有问题要及时找有关人员解决；换模或换色要及时、干净，防止杂色存胶焦烧；调整好模具后要把模套压盖压紧，防止进胶；发现焦烧应立即清理机头和螺杆。4.2塑化不良原因塑料层表面有蛤蟆皮式地现象；温度控制较低，仪表指针反映温度低，实际测量温度也低；塑料表面发乌，并有微小裂纹或没有塑化好地小颗粒；塑料的合胶缝合不好，有明显的痕迹。温度控制过低或控制的不合适；塑料中有难塑化的树脂颗粒；操作方法不当，螺杆和牵引速度太快，塑料没有完全达到塑化；造粒时塑料混合不均匀或塑料本身存在质量问题。解决办法按工艺规定控制好温度，发现温度低要适当的把温度调高；要适当地降低螺杆和牵引的速度，使塑料加温和塑化的时间增长，以提高塑料塑化的效果；利用螺杆冷却水，加强塑料的塑化和至密性；选配模具时，模套适当小些，加强出胶的压力。4.3有疙瘩原因树脂在塑化过程中产生的疙瘩，在塑料层表面有小晶点和小颗粒分布在塑料表面四周；焦烧产生的疙瘩，在塑料层表面有焦烧物，特别反映在合胶缝的表面上；杂质疙瘩，在塑料表面有杂质，切片的疙瘩里面有杂质；塑化不良产生的塑料疙瘩，切片后发现疙瘩里面是熟胶。由于温度控制较低，塑料还没有塑化好就从机头挤出来了；塑料质量较差，有难塑化的树脂，没有完全塑化就被挤出；加料时一些杂质被加入料斗内，造成杂质疙瘩；温度控制超高，造成焦烧，从而产生焦烧疙瘩；对模压盖没有压紧，进胶后老化变质，出现焦烧疙瘩解决办法塑料本身造成的疙瘩，应适当地提高温度；加料时严格检查塑料是否有杂物，加料时不要把其它杂物加入料斗内，发现杂质要立即清理机头，把螺杆内的存胶跑净；发现温度超高要立即适当降低温度，如果效果不见好，要立即清洗机头和螺杆，排除焦烧物；出现树脂疙瘩和塑化不良的疙瘩，要适当调高温度或降低螺杆和牵引的速度。4.4塑料层正负超差原因螺杆和牵引的速度不稳，电流表或电压表左右摆动，因此影响电缆外径，产生塑料层的偏差；半成品质量有问题，如钢带或塑料带绕包松，产生凸凹不均匀现象或塑料层有包、棱、坑等缺陷；温度控制超高，造成挤出量减少，使电缆的外径突然变细，塑料层变薄，形成负差。线芯或缆心不圆，有蛇形，外径变化太大；半成品有质量问题，如接头过大，散花等。操作时，模芯选配过大，造成倒胶而产生塑料层偏芯；调整模具时，调模螺钉没有扭紧，产生倒扣现象而使塑料层偏芯；螺杆或牵引速度不稳，造成超差；加料口或滤网部分堵塞，造成出胶量减少。解决办法经常测量电缆外径和检查塑料层厚度，发现外径变化或塑料层不均匀，应立即调整；选配模具要合适，调好模具后要把调模螺钉拧紧，把压盖压紧；注意螺杆和牵引的电流和电压表，发现不稳，要及时找电工、钳工检修；不要把条料或其它杂物加入料斗内，若发现此情况要立即清除。4.5外径粗细不均和竹节形原因由于螺杆或牵引不稳，造成电缆外径粗细不均匀；由于牵引突然不稳，形成电缆的塑料等呈竹节形；模具选配较小，半成品外径变化较大，造成电缆的塑料层厚度不均。收放线或牵引的速度不均；半成品外径变化较大，模具选配不螺杆速度不稳，主电机转速不均，皮带过松或打滑。经常检查螺杆、牵引、收放线的速度是否均匀；模具选配要合适，防止倒胶现象；解决办法经常检查机械和电器的运转情况，发现问题要立即找钳工、电工修4.6合胶缝不好原因在塑料表面的外侧，塑料合并的不好，有一条发乌合痕迹，严重时有裂纹；塑料层的合胶处塑化不好，有疙瘩合微小颗粒，严重时用手一撕即开；控制的温度较低，特别是机头的控制温度较低。控制温度较低，塑化不良；机头长期使用，造成严重磨损；机头温度控制失灵，造成低温，使塑料层合胶不好。解决办法适当提高控制温度，特别是机头的