低烟无卤电缆料挤出的探讨

关 鹏， 郑艳艳

(上海通号轨道交通工程技术研究中心有限公司，上海200072)

0 引言

低烟无卤电缆料现广为业内人士所熟悉，已成为一款基础电线电缆材料，但对低烟无卤电缆料的挤出探讨却从未停止过。使用不同基材的低烟无卤材料体系，对应的挤出工艺也是不同的，这需要使用者不断地探索。本文简单地探讨低烟无卤电缆料的挤出工艺，希望对电线电缆同行有所帮助。

1 低烟无卤电缆料的特性

低烟无卤电缆料的配方是比较独特的，在基材［如乙烯-醋酸乙烯(EVA)树脂］中添加大量的无机填充剂或有机化合物，以满足燃烧发烟量少、无卤、环保无毒、阻燃等性能。但由于低烟无卤电缆料填充量大，熔料的粘度也比较大，生产中螺杆旋转剪切，以及低分子物之间、低分子物与螺杆、机筒之间及低分子物与高聚物之间的摩擦比其他电缆材料严重，会产生大量的热，使挤出机温度迅速升高，易使阻燃剂提前分解，产生气孔。

通常，低烟无卤电缆料在80℃就会软化，在100～160℃即可挤出。而部分厂家的产品使用EVA比例较高，熔料粘度大，挤出需要较高温度。不熟悉情况的电缆厂挤出电缆时如低温低速，会造成生产速度下降，效率降低，同时材料的各项性能也不能充分地显现。

2 挤出设备

电线电缆挤塑成型设备最基本和最通用的是单螺杆挤出机。螺杆是挤出机的最主要部件，关系到挤出机的应用范围和生产效率。鉴于低烟无卤电缆料填充高，生产中，因剪切而产生热量多，这就需要一个较好的冷却系统来冷却降温。同时，与电缆相对应的挤出模具也是电缆挤出成功的关键。

2.1 螺杆

电线电缆挤出设备的主要部件是螺杆，它关系到挤出机的应用范围和生产效率，为适应不同塑料加工的需要，螺杆的型式有许多种。低烟无卤电缆料中填充大量的氢氧化镁和氢氧化铝，当挤出螺杆的压缩比大时，很容易造成聚合物的化学键断裂，产品的抗张强度和断裂伸长率等机械特性下降。同时螺杆压缩比较大，挤出机速度达不到正常水平，致使物料在机筒和螺杆间滞留时间过长，且挤出过程中熔融物料摩擦较大，会产生大量摩擦热。熔融物料在机筒内处于难以控制的高温态，从而引发阻燃剂的提前分解，在材料内部产生气泡，最终导致材料失效。

所以对低烟无卤电缆料来说，一般选用无卤料的专用螺杆，这种螺杆前端(挤出端，计量段)1/3处压缩比为1∶1，后端2/3压缩比为1.2∶1。图1为低烟无卤材料的专用螺杆。如无专用螺杆，可使用普通型的螺杆，但它的压缩比不能过大，一般在1∶1～1∶2.5之间比较适宜。

图1 低烟无卤材料的专用螺杆

部分电缆厂设备上装配的低烟无卤螺杆是非规范的，有的从末端到前端压缩比一致，为1∶1.2，没有计量段，导致生产中易出现出胶量不稳等问题。这样不如更换为普通螺杆或BM螺杆(压缩比在1∶1～1∶2.5之间比较适宜)［1］，挤出温度设置低一些，如设备冷却能力较好，挤出时作业灵活，仍能较好地挤出。

2.2 挤出机的冷却装置

在挤出过程中，因低烟无卤电缆料的特殊性，熔融物料因磨擦而产生大量的热量，这就要求挤出设备要有良好的冷却装置，才能控制工艺温度。这是一个不可忽视的问题，如果温度过高，将使线缆的表面产生很大的气孔，温度过低又会使设备的整机电流加大，容易损伤设备。我曾经见过上海某电缆厂将挤出机冷却系统的风冷改掉，换成水冷系统，变更后，升温有点缓慢，但升温平稳，冷却速度很快，系统温度稳定。

2.3 挤出模具

低烟无卤电缆料中填充材料很多，导致它在熔融状态下熔体的强度、拉伸比和粘度与其它电缆材料存在较大的差异，所以对模具的选配也有所不同。低烟无卤电缆料的机械性能没有普通型电缆料和低烟低卤的材料优越，其拉伸比小，只有2.5～3.2左右，所以在选择模具的时候也要充分考虑它的拉伸性能，这就要求模套的选配不能过大，否则电缆的表面可能不致密，且挤包比较松。

3 挤出温度设置

低烟无卤电缆料在80℃环境下就会软化，100℃即可熔融挤出。挤出温度(设备内实际温度)达到180～200℃则有阻燃剂分解的风险，超过230℃已无法使用;挤出温度过低又会使设备的整机电流增大，影响设备寿命和生产效率。同时因配方体系不同，各种低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料的挤塑工艺温度也是不同的。且同一种料在不同的挤塑设备上挤塑工艺温度也略有不同，主要随挤出机螺杆结构不同而相异。一般来说，在剪切力大的挤出机上，挤塑工艺温度要比剪切力小的挤出机上低。另外，不同温区温度对电缆挤出表面质量影响程度不同，其中机头影响最大，其次是计量段，该两区温度过高后极易引起材料分解，从而影响挤出表面质量。

随着技术的不断进步，目前市场上比较成熟的低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料工艺温度范围还是比较宽的，一般各区温度控制在110～170℃范围内，均能得到光洁细腻的电缆表面。低烟无卤电缆料在 90挤出机的温度设置，推荐:第1区125～140℃;第2区 130～150℃;第 3区 150～165℃;第 4区155～170℃;法兰160～175℃;机头160～175℃;模口155～170℃。一般情况下，低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料比聚氯乙烯、非阻燃及含卤阻燃聚烯烃电缆料工艺温度范围窄。相应地，挤出温度设置，应该有温度梯度，这样可使低烟无卤电缆料能更好地塑化、挤出。

挤出温度设置与挤出设备有关，小型挤出机温度设置偏高一些，大型挤出机温度设置低一些。以 90挤出机为例，第1区的温度不能太高，温度高会使电缆料在第1区塑化，导致推力不匀，模口出料不均，甚至导致螺杆与机筒不同心，螺杆蹭机筒，发出异常响声;第4区为螺杆的计量段，电缆料要在这里完全塑化，温度不宜过高，否则会导致阻燃剂提前分解，产生气泡;法兰段温度不宜低于第4区，否则对电缆料挤出后性能会产生不利影响;模口的温度不宜过高，否则会产生模口外翻现象，俗称“流涎”或“流延”。

4 冷却方式

低烟无卤的护套在挤出时收缩更急剧，导致护套外层已冷却定型，而内层电缆料还处于高温未定型状态，进而埋下应力集中的隐患，甚至最终导致电缆外护套的应力开裂。为减少生产过程中的应力集中，建议在护套挤出过程中，采用分段冷却的方式进行冷却。如热水冷却(循环水)—温水冷却—空气冷却—冷水冷却。在电缆冷却过程中，尤其要注意的一点是:从模口出来后进入水槽的电缆，必须完全浸泡在冷却水中，否则除应力集中问题外，还可能在电缆表面出现一系列的小圆点，使电缆外护套的表面出现坑坑洼洼，影响电缆外观［2］。

5 常见问题处理

生产过程中，会有各式各样的问题出现。现对几种常见的挤出问题做简单探讨。

5.1 护套表面毛糙

护套表面毛糙、不光亮是生产中常见的问题。首先，看一下产品生产日期和包装，如不是铝塑包装，存放时间较长，或是南方的“黄梅天”生产的，产品可能受潮，检验一下低烟无卤电缆料的水分含量即可确定。无卤料内填充的无机材料易与水形成水合物，所以无卤料与其他料相比，容易吸水受潮。通常，非铝塑包装的无卤材料存放3个月需在使用前烘干:烘干温度80℃，烘干时间为3 h。其次，查看挤出温度:挤出温度过高，小分子物分解，易使表面毛糙，不光滑;挤出温度过低，塑化不好，表面也毛糙、不光滑。最后，查看挤出速度和拉伸比。挤出速度快，拉伸比大，表面不光滑。应将拉伸比控制在适合的范围内，寻找适合的挤出速度生产。

5.2 挤出速度慢

挤出速度是工艺要求的重点，挤出速度快，生产效率高，节约成本，有利于获得更大的利润。但在实际生产中，由于某些原因，使速度提不起来。通常产生这一问题的主要原因是温度设置不合理，材料塑化不好，一提高速度则产品表面变差。对此，最好的解决方法是根据设备温度情况(一般仪表显示温度低于材料在机筒内部的温度，但也有特例)，将各区的温度设置在适合的区间内。

5.3 出胶不稳

出胶不稳最显著的影响是外径波动。首先要确定材料塑化后伸长程度如何，可用手拉扯，看伸长状态。其次，看流动性如何，可装上模具空排料，记录单位时间(如1～2min)内在不同主机转速下的出胶量，绘图，看主机转速与其单位时间内出胶量是否呈线性。中间直线部分则为这台设备最适合的主机转速。超过这一转速，则会出胶不稳。最后，查看第1区温度，温度过高，易使出胶量不稳和外径波动，建议第1区不要超过145℃。

5.4 机械强度不足

电缆护套挤出后，检测机械强度，若降低程度超过原材料检测数据的5%，则可能是有异常的。通常是挤出温度低或挤出温度过高导致的，调整挤出温度可以改善这一情况。

6 结束语

虽然低烟无卤电缆料与普通聚氯乙烯、聚乙烯材料相比，其挤出温度范围窄、设备负荷高，而且螺杆转速低、出胶量小，挤制较为困难，但只要在挤制中注意选择合适的模具与挤塑设备，掌握材料的性能与挤出特性，是完全可以克服不利因素，稳定提升产品质量的［2］。

随着科学技术进步和国民经济发展，阻燃、低腐蚀性、低毒电线电缆会广泛用于发电厂、核电站、隧道、高层建筑等重要建筑，其潜力很大。因此，低烟无卤电缆料凭借其低烟、低毒、阻燃等优异性能，有着广阔的市场前景，能为企业带来良好的经济效益与社会效益。

［1］陈凤霞.低烟无卤阻燃电缆的工艺特点［J］.智能建筑与城市信息，2010(4):43-45.

［2］余晓富，习有建，罗绍武.低烟无卤阻燃电缆及护套挤制工艺的探讨［J］.电线电缆，2003(3):41-43.