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物理发泡 知识 物理发泡知识2010-12-0816:33一.发泡分为两种方式:物理发泡化学发泡 1.物理发泡是选择合适分子量的hdpe在使用过程中用专用n2压缩设备n2混入螺缸中融熔 在料里.经螺杆搅拌均匀并产生较大压力在挤出后瞬间膨胀形成质轻多孔的发泡pe. 2.化学发泡是在hdpe中添加了发泡剂其主成份一般为氨类化合物其在高温时会分解并产生n2利用较小的外模使其机头内获得较大压力.当挤出后因压力释放而使其内部n2膨胀成气孔成为发泡pe.因在其中添加了发泡剂利用化学反应来达到发泡效果故称为化学发泡. 二.发泡的目的及优点 1.使制品轻量化同时可以降低材料成本但降低材料的介电系数才是主要目的. 2.介电常数小、介质损耗低、高频衰减低、性能稳定、防水防潮和弯曲性好、电缆外径小、使用寿命长等优点. 3.机械性能和电性性能良好. 三.发泡的缺点. 机械强度小、易损伤不耐磨耐热性能差对导体附著力小、易燃. 四.发泡的原理 1.物理发泡是利用塑料挤出过程中直接注入气体或液态气体来实现发泡绝缘物理发泡的制造 方法是采用不产生损耗的气体用发泡齐所以消除了化学发泡剂的弊端即绝缘内不存在化学发泡方法产生的残余物或水份使绝缘的介质损耗大幅度下降物理发泡可消除化学发泡的许多工艺加工限制易于制得泡孔微小、发泡均匀的优质绝缘特别是可制得发泡高达80的绝缘而化学发泡绝缘的发泡度仅40左右. 2.物理发泡绝缘材料是由于基本树脂绝缘塑料、发泡剂和成核剂构成物理发泡法主要应用于聚乙烯也同样应用于氟塑料.进行物理发泡时聚合物即pe绝缘料应同成核剂混合同时把气态或液态的发泡剂注入熔融的聚合物中并令其从熔解状态析出使之在挤出过程中不断产生凝聚中心与气泡成核剂能使气泡的大小及分布变得均匀. 3.氮气发泡是通过压缩空气启动注入泵在一定的压力下使氮气高压泵升压并通过稳流阀行控制然后从喷头把氮气注入挤出机中当氮气在高压作用下像雾状一样喷入挤出机内熔融的聚乙烯之中同时与聚乙烯中的成核剂发生核化挤出后在空气中形成发泡绝缘.氮气物理发泡的主要过程就是将氮气溶解于熔融的聚乙烯pe之中形成微细的泡孔结构在挤出机螺缸内含有少量成核剂的pe料经加热搅拌充分塑化后将氮气注入. 4.物理发泡过程中为了易于泡孔生成还在pe材料中添加一定量的成核剂常用的主要成份为偶氮二洗胺. 五.工艺设备及工艺设计 1.高压氮气注射系统范围50700bar其稳定性、密封性要好. 2.内导体预热设备要有足够的功率能实现导体温度调节范围在常温50. 3.芯线的牵引要稳定而有力冷却水槽要有足够的长度. 4.由于成核剂分解诱导期较长且具有突发性挤出后仍有残余故模口温度要低否则在高温环境中绝缘层的内部会出现泡孔过度生长导致泡孔破裂、并泡大小不均甚至产生开孔状态破坏绝缘结构. 5.工艺实践中发现成核剂含量0.5左右即能满足要求且单对发泡度而言pe发泡料产品在恰当工艺条件下均右达到80以上. 6.pe发泡料的熔体温度一般为180实际上由于注气段之前塑化段较短温度应设置得高一些以实现熔体较充分的塑化.机头区域温度要降低整个温度设置由前到后逐步收敛呈类似正弦波分布曲线效果较好. 7.氮气的注入位置在机身的中段其工艺参数的设置对能否实现高发泡度至关重要由分子热力学原理可知分子热动力越快温度高密度越大其表现出来的压力越大.随著熵的增加分子热运动不一样的两个系统发生交流后将趋于均衡. 8.由于物理发泡绝缘层厚度为泡沫结构冷却时由外向内逐步固化过程很慢故应采用压力式或半压力式模具. 六.物理发泡绝缘的隔层挤出技术 1.三层绝缘与传统的线缆发泡绝缘技术不同的是隔层挤出工艺可使绝缘获得内层、发泡层和外层的三层结构.各层均有特别的作用其中: 1.内层挤包在导体上这是一层很薄的实心层标称厚度为10um它使得导体和绝缘层间有良好的附著性因厚度很薄故对绝缘整体的性能影响很小内层应尽可能薄导体上的内层厚度越薄则要求挤出机的挤出量越稳定. 2.发泡层作为绝缘介质要求其发泡度尽可能高对于线缆而言计算和实际生产均倾向要求有60的发泡度对于较厚的绝缘层如小同轴电缆发泡度高达70聚乙烯通常用作发泡层的材料. 3.外层则可保证机械强度和良好的表面质量提高整个绝缘层的耐磨性目前线缆绝缘用的聚乙烯也适用于表层材料外层的厚度约为50um它取决于电缆的结构和要求. 七.模具的选择 1.绞合外径:dn1.155d2.外模:dxd20.5d20.5经验得出 发泡芯线内模:ddkk0.61.5 d-内模孔径d-导体外径 k-内模放大值单支导体放大值较小多支导体放大值较大 发泡模套计算方法:dx1-fd2-d2d21/2kdx-模套尺寸mmf-发泡度d-芯线外径mmd-导体外径或内芯外径mmk-系数0.951.0内模、模套间距l1.52.5dl-间距d-模套孔径 八.发泡的控制方法及成品电性关系 控制方法:1.温度2.模具3.氮气流量4.导体预热5.绝缘内层 电性关系: c单芯同轴线c24.13lg复合线 zo c电容d导体直径绝缘的介电常数d绝缘外径 k导体系数dw编织导体odzo阻抗 导体条数导体系数绝缘物料介电系数 11.000发泡ldpe1.870.939发泡hdpe2.2190.970发泡pvc5.0370.980发泡pp1.8610.985化学发泡pe1.8910.988物理发泡pe1.5 九.发泡注意事项 1.前水槽根据室温尽量使水槽水温不超过50线材由于水温过高而继续发泡. 2.机器开正常以后尽可能不要调节引取速度和主机转速这样使芯线od不稳及发泡度也不稳导致水中电容有变异. 3.如断线后应去挤料因螺缸里的料通过氮气的分解使发泡料过度导致外观粗糙并有断胶现象. 4.导体需过预热预热时温度不可太高会导致外径不圆并有发黄现象. 5.需过内层pe增加附著力. 6.发泡印环机要尽量靠近机头以免水中电容的差距才不会太大. 7.od控制或电容控制可移动前水槽跟眼模的距离. 十.物理发泡线生产常见问题解决 1.表面粗糙、破裂 原因分析: 1.1材料熔体流动速率较小ldpe0.5g/10minhdpe0.21.0g/min开机速度较快易引起熔体破裂。 1.2ldpe与hdpe相混合熔体流动速率不均匀从而产生不均匀的内应力出模口时应力恢复引起熔体破裂。 1.3温度过低压力增大剪切应力增加开机速度超过塑料的临界剪切速率ldpe一般为506001/s 1.4出模口压力太小或太大。 1.5模套入口角太大临界剪切速率变小。 1.6氮气压力太大进一步增大塑料挤出压力剪切应力增加临界剪切速率降低。 1.7模套太小导致内应力增大。 1.8内模、外模不光滑高速时摩擦力较大易于引起熔体破裂。 1.9螺杆长径比太小螺槽深度太浅。 1.10加速太快已引起熔体破裂。 解决方法: 1.1改用熔体流动速率较大的材料不同的ldpe料熔体流动速度可相差几倍。 1.2适当增大hdpe的混合量hdpe的熔体流动速率较大但此方法易使线芯抗拉性能减弱易折断一般不适于实芯挤出如hdpe混合量太大螺杆内部压力较低氮气进气量增大且进气不稳定易造成发泡度过大而扁线、表面发毛或外径不稳定。 1.3提高熔体温度。 1.4调节内模与模套间距模套间距:l1.52.5dd模套孔径。l偏小时压力较小l偏大时压力较大。压力调节以观察到出模口芯线刚好离模发泡时为准出模口时较透明压力较小时模内发泡表面易粗糙压力较大易发生扁线及机身温度自动升高。 1.5减小模套入口角内模斜度与模套壁应一致尽量保持塑料层流。 1.6适当降低氮气压力。一般较小外径芯线氮气压力可减小较大时适当增大并非所有线都采用同一压力。 1.7适当放大模套减小出模口前内应力。 1.8用砂纸砂光内模、模套壁提高挤出的临界剪切速率。 1.9增大螺杆长径比加深螺槽深度。 1.10适当降低开机速度螺杆内的料排完后再慢慢加速。熔体表面张力有一个临界范围如超过临界上限值要恢复到不破裂时需降低速度到临界下限值以下因此临界剪切速率为表面张力的下限值时的速率。如果从临界表面张力下限值上升需达到上限值时才会引起熔体破裂因此只要在达到一定的开机速度其表面由应力而产生的破坏力比其临界表面张力小都不会发生熔体破裂。 2.线径大小不一 原因分析: 2.1塑料在滤板处旋转挤出时带动杂质旋转因此杂质堵住滤网的目数在随机变化导致塑料流量大小变化。 2.2氮气压力太大挤出时充入的氮气不均匀发泡度变化。 2.3online测控公差设置太小导致牵引电机速度变化较快变化过程中产生惯性导致速度不稳. 2.4牵引电机反馈动作延迟。 2.5主电机转速不稳塑料挤出时流量变化。 2.6模套太小挤出发泡时的变化量与压力的关系较大。 2.7放线张力不均匀导致线速度变化。 2.8温度调节不当氮气与塑料混合不均匀。 解决方法: 2.1经常更换滤网增加滤网层数。 2.2适当减小氮气压力。 2.3适当增大online的测控公差设置。 2.4调节变频器参数。 2.5适当增大模套。 2.6调节放线张力。 2.7调节加热温度。 如下图例所示45机为七段加热区第3、4区之间为进气孔氮气冲入时将向压力较低即温度较高的区域的区域流动45机螺杆较短可能氮气与熔体未充分混合就挤出从而引起外径大小不均匀因此需降低第三区温度升高第四区温度使氮气回渗混合后再挤出即从操作上增大混合段长度让氮气与塑料能充分混合从而均匀发泡使外径相对稳定。 3.如确认氮气进气气路畅通氮气气量充足后氮气进气仍较困难 原因分析: 料铜内压力太大与氮气压力基本相当氮气无法进入料筒。 解决方法: 3.1清除滤网上的杂质使塑料畅通挤出。 3.2检查模套是否太小或内模、模套间距是否太小从而增大了螺杆压力。 3.3适当升高进气孔旁进料端加热器温度升高2030度为宜。 4.氮气进气孔堵塞 原因分析: 料筒内压力较大时释放氮气气管内压力大大降低如进气阀的逆向阻碍不良塑料易回渗至气管内从而堵塞气体进