含氟聚合物挤出模具的选配与应用

2013-02-18盛金伟

电线电缆 2013年5期

盛金伟，徐静，周泽

(远东电缆有限公司，江苏宜兴214257)

0 引言

含氟聚合物耐高温电缆已在发电、化工、电子、石油等行业广泛采用，生产厂家也越来越多。众所周知，含氟聚合物材料具有耐高温、耐油、耐酸碱等特性，但是也是一种冷流性差、容易开裂的材料。如何去克服这一缺点，当然改变材料结构是一种方法，但这种改性的材料，在改性过程中或多或少带走了原有的部分优点，同时开裂现象虽然减轻了，但还是不可避免。我们知道，材料挤出加工后的性能不仅与材料本身有关，同时与挤出的模具、挤出工艺息息相关。本文从挤出模具的设计和选用来探讨如何避免含氟聚合物耐高温电缆的开裂问题。

1 含氟聚合物挤出模具材料的选用

长期以来，含氟聚合物挤出模具均采用传统低碳钢为基材。其优点是加工简便，可用普通的车床、铣床等来实现。但缺点是显而易见的，首先含氟聚合物为高温高强度材料，其挤出温度一般都在360～400℃，对低碳钢有变形作用，因此要经常更换模具。其次是在高温状态下材料容易氧化腐蚀，在模具边缘产生氧化物质脱落，挤出时夹杂在绝缘中，严重影响产品质量。近年来，含氟聚合物电线电缆的需求量越来越大，为了保证产品的质量，我们选用了一种镍基合金模具。该合金模具具有经久耐用、不会变形、耐热系数高、不会出现氧化腐蚀等优点。

2 含氟聚合物挤出模具设计

聚全氟乙丙烯(FEP)挤出模具是由模芯和模套组成。模具大小与挤包外径、挤出速度等有关。挤包外径越大，选用模具就越大。在生产同一规格产品时的线速度越快，则要求模具的外径也越大，以确保材料的流量。

含氟聚合物模具设计原则:

(1)凡和塑料接触的模具表面应光滑，光洁度要高。特别是模套的承径区，更应光洁，保证塑料成型的表面光洁度。

(2)熔融塑料流动的道路要流畅，料流道路上无突变和突起等阻挡，也不能有死角。

(3)塑料模具内具有一定压力，模套角度必须大于模芯角度。

(4)模具应有互换性，应考虑各部位的尺寸公差要求。

(5)模具应使用合金材质，因为氟塑料具有高腐蚀性，一般的45#材料不耐用，容易变形、腐蚀。

在塑料挤出过程中起决定性作用的两个主要参数是配模系数与拉伸比。

2.1 配模系数K

美国杜邦公司研制生产了FEP，为了推广应用该树脂，在1973年3月出版了一份资料《熔融挤出工艺》。在此资料中首次提出了拉伸平衡度，模具结构如图1所示，拉伸平衡度在现代电线电缆生产中又称为配模系数K，即

图1 模具结构示意图

变换公式可得:

式中，D大为模套内径;d大为挤包外径;D小为模芯承径部分外径;d小为电线线芯外径。

当K＞1时，挤包紧密;当K=1时，挤出过程为平衡拉伸;当K＜1时，挤包较松。

2.2 拉伸比S

挤管式配模时另一个主要依据就是挤出塑料的拉伸特性，在电线电缆行业中称为拉伸比。拉伸比S是指塑料离开挤出模口时圆环截面积与冷却后包覆在线芯表面塑料绝缘或护套的圆环截面积之比。

对于不同的塑料，根据其熔融下的粘度、流动特性及其用途、所需厚度的不同，其拉伸比是不同的。从提高挤出电线绝缘或护套的质量来看，希望S小一些为佳。因为拉伸比大，即模套孔径大，塑料拉伸严重，制品表面粗糙无光泽。拉伸比小，表面质量就好，还不会产生收缩现象。同时由于拉伸小，可以降低绝缘或护套的内应力，降低氟塑料开裂的几率。例如，有的家用布电线剪断后，绝缘在短时间内就缩进去较多，使铜丝裸露较长，这就是塑料拉伸过大造成的，降低拉伸比就可以避免此缺点。再如，生产的钢带铠装低烟无卤护套电缆，电缆弯曲时会由于钢带滑动把护套拉破，这就是由于配模系数过大，护套包制太紧，减小了护套与钢带之间的滑动性。如果减小配模系数，降低护套与钢带之间的附着力，就可以减少护套开裂。

在实际配模中，我们首先考虑的是配模系数，然后再考虑挤包材料选用多大的拉伸比。由于在实际生产中，电缆挤包前外径和挤包后外径都是预先设计好的，所以首先选择模芯承径外径D小，再选定配模系数K，通过式(2)计算求出模套内径D大。

在式(2)中D小是机动的，根据不同材料的拉伸比要求来调整其数值大小，以达到一个理想的拉伸比。氟塑料电缆挤出中常用的塑料配模系数及拉伸比见表1。