电线电缆印字方法的分类及应用

2015-02-18王国志钟建军

电线电缆 2015年1期

陈卫，李璇，王国志，廉辉，钟建军

(特变电工股份有限公司新疆线缆厂，新疆昌吉831100)

0 引言

无论是国内还是国外的电线电缆产品，都要求其表面打印制造厂名、产品型号、额定电压等连续标志。一般来说，电缆表面打印要求应符合相应的电缆产品标准要求，国内电线电缆产品表面打印还应符合GB/T 6995—2008《电线电缆识别标志》。目前电缆产品表面标识方法主要有:接触式和无接触式，其中接触式标识方法有油墨印字轮方式、色带印字机和热压印字轮热压印字;无接触标识方法有喷码机印字方式和激光机印字方式。

本文将叙述几种国内外常用的电缆产品表面印字方法，分析这几种印字方法的优缺点以及适应的不同种类的产品，重点介绍热压印字和激光打标法。

1 油墨印字轮印字

1.1 优缺点及适用范围

油墨印字方式是采用油墨印字装置将油墨印在电缆表面上，多用于不打印米数的电缆产品。

优点:印字效果较好且耐擦，可实现一机多色。

缺点:(1)对印字轮的需求量较大;(2)油墨耗材费用大，根据电缆材料的不同，应使用不同类型的油墨材料;(3)油墨对人身体健康有一定的影响;(4)不能打印动态变化的米数;(5)易出现印字不清楚、不完整、表面有脏油墨印迹等质量问题。

油墨印字方式的适用范围主要包括:GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011等标准中相应的产品的绝缘和护套表面的印字。

1.2 注意事项

在使用此方法时需注意以下几个问题:

(1)印字轮在购买时一定要对其表面的粗糙度及硬度做出规定，以保证印字轮使用的寿命。

(2)为保护印字轮，应考虑刮墨刀片的材料，通常采用高耐磨的尼龙类材料。

(3)使用印字轮时要求正确装配，其表面应与出来的水平线保持切线状态。

(4)选取油墨时要求注重油墨质量，以保证印到电缆表面上的字迹清晰、牢固。

(5)应根据电缆表面材料的不同，选用不同的油墨，如在交联聚乙烯(XLPE)材料表面印字时应采用专用于该材料的油墨，不能使用在聚氯乙烯(PVC)材料表面印字时所用的油墨。在选择油墨时，要考虑油墨本身光泽、色相、着色力、遮盖力，应特别注意油墨的着色力。

(6)印刷环境的温度、湿度。在湿度高、温度低的情况下，进行塑料凹版印刷时，由于溶剂挥发速度快(通常1 min内墨膜表面就已干燥)，所以吸收墨膜周围热量而造成该处空气中水蒸汽急剧冷凝，使印刷墨膜表面形成雾气，致使墨层失去光泽。在梅雨季节中，要特别注意控制印刷环境的温度与湿度，以保证良好的印刷效果。

1.3 油墨印字质量的提升方法

为了提高印字的附着性，将等离子技术应用到油墨印字中。即用户在不改变现有使用墨水的情况下，根据特定的工艺需求，采用等离子表面处理设备，将其产生的等离子体轰击至绝缘材料表面，使材料表面变得粗糙，从而大幅提升材料表面的附着力，彻底解决墨水擦拭脱落的问题。因为等离子体技术在塑料元件的改性工艺中，提高了塑料的润湿率，所以用该方法进行电缆表面印字具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、节能环保等特点。

2 喷码机印字

2.1 优缺点及适用范围

喷码机喷印方式是利用喷码机将专用机型的油墨喷印在电缆产品表面，多用于电缆绝缘和护套表面的标识喷印，其具有自动化程度高、操作方便等特点，但也存在产品表面标识易受外部环境因素影响而脱落的问题。

优点:操作便捷，打印效果好，打印内容及字体大小易改变，能打印动态变化的米数等，可实现同时打印多行的要求。

缺点:(1)专用油墨且价格高，正常使用情况下，一台喷印机一年所需费用在1万元以上;(2)一机单色;(3)对于生产速度快的小规格电缆，表面印字效果较差，另外使用喷码机喷印小字体时，由于受一定的限制且喷头与电缆产品有一定的距离会造成印字失真现象。

一般情况下，对于电缆外径较小且敷设环境为室内的电缆，护套表面标识采用喷码机喷印较好，因为室内环境相对温和，电缆护套标识基本不受外部环境影响而脱落。该方式的适用范围主要为:GB12706/T—2012标准中规定的相应的产品类，对于PVC、聚乙烯(PE)、低烟低卤PVC料、低烟无卤聚烯烃料、乙丙胶(EPR)、氯化聚乙烯(CPE)、硅橡胶等材料均可使用此印字方式。但XLPE材料表面的印字使用喷码机喷印时，其牢固性不能符合工艺要求。

2.2 注意事项

喷码机喷印印字方式应用范围广泛，是目前电线电缆护套表面标识最为常用的方式之一，在实际生产使用过程中应注意:

(1)由于电缆生产过程中一直处于运动状态，电缆在生产过程中摆动较大，在护套表面印字时，常常出现字体大小不一、字体变形、字迹不清等现象，需要在喷印机喷头处，设置使电缆保持平稳运动的装置，以满足喷头与电缆产品的距离基本不变，保证印字清晰、稳定。

(2)喷码机的零部件非常昂贵，一般电缆厂家的维修人员仅能对简单的机器故障进行维护，若出现较为严重的故障时，只能等待厂家人员前来维护;若维修周期过长，将会影响电缆交货期。所以在购置喷码机时，应尽量选择售后服务快速的厂家，并在条件允许的情况下，配备并培训喷码机专业维护人员。

(3)喷码机喷印方式所采用的油墨和稀释剂是易挥发性、腐蚀性较强的液体，使用过程中会挥发出强烈的刺激性气味，会影响操作人员的身体健康，因此应注意为操作人员配备一定的防护措施。

此外，为了提高印字的附着性，同样可将等离子技术应用到喷码印字中。

3 热压色带印字

3.1 优缺点及适用范围

热压色带印字方式是将色带通过热压的方法固定于电缆表面的标识方式。其优点是印字清楚且耐擦，能打印动态米数;但缺点是需要较多的印字块、色带耗材费用大及耗电能大。

热压色带印字方式的适用范围包括GB/T 12527—2008和GB/T 14049—2008标准中规定的相应的架空类产品。

3.2 注意事项

(1)购买印字块时应考虑通用性，同时需要注意印字块的材质及粗糙度，一般铜材质的印字块耐用性较差，通常应选表面镀铬的钢材质印字块。

(2)选用色带时要注重质量，避免出现色带自身分层的情况，并要注意对色带的储存。

4 热压印字

4.1 优缺点及适用范围

热压印字方式主要适用于外径较大的电缆，其印字内容要根据要求进行雕刻，不同型号规格的电缆需要制作不同的热压轮，一般国外先进国家均要求电缆产品的印字是热压印方式。

热压印印字是把印字装置放在电缆外表面，通过调整热压轮与线缆表面的压力来实现凸凹印字。优点:印字字迹清楚、标识保持时间长、不存在字体脱落、无耗材、易维护。缺点:(1)当电缆产品的型号规格较多时，采用热压印印字方式将会增加印字轮加工成本;(2)印字时会出现不完整现象;(3)不能打印动态变化的米数;(4)由于电缆在生产过程中存在摆动，操作不当时易压伤、刮伤电缆护套;

热压印印字方式的使用范围包括:GB/T 12706—2008、GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011标准中的产品，其护套为PVC、XLPE、PE、低烟无卤阻燃聚烯烃、低烟低卤PVC料、EPR、CPE等材料均可使用该方法。

4.2 注意事项

对于出口产品，较多情况下客户要求成品电缆护套的印字采取热压印方式，并且对字体高度要求较高，一般要求字高为8～13 mm。当字体高度小于8 mm时，压印在电缆表面的字迹清晰、字体完整，且印有字体的电缆表面不会出现护套变簿的现象;当字体高度超过8 mm时，若要保证压印后护套表面上的字体的完整性和清晰度，就要采取一些相应的措施和方法。热压印印字方式对印字轮要求较高，在使用该方法对电缆标识时，需注意的地方较多，根据所要印字的电缆护套材料不同，压印装置及工艺控制点也略有不同。

4.2.1 PVC、XLPE、PE、低烟无卤阻燃聚烯烃、低烟低卤PVC料等材料表面热压印

(1)热压印的装置

热压印装置是根据杠杆原理设计的，有的厂家制做得复杂，有的厂家制做得简单，其中“Z”字形是最简单的装置型式，如图1所示。

图1 “Z”字形热压印装置

(2)热压印字的方式及选用的材料

热压印字轮分整体式结构和组合式结构(分体式)，如图2所示。

整体式结构的印字轮的材料可采用粗钢管、铝合金、全铝材质等，是将字体直接刻在热压印轮表面。印字轮的表面有两种方式:一种是平面形式的(如图3)，当字体高度超过8 mm时若使用这种方式，字体深度的均匀性将达不到标准要求;另一种是弧形的(如图4)，即印字轮的表面与电缆表面具有相近的弧形结构，可保证印字标志完整、清晰，以及印字深度的均匀。

图2 热压印字轮

图3 平面形式的印字轮

图4 圆弧面形式的印字轮

组合式结构(分体式)的印字轮又分两种:一种是将热压印内容先刻制在铜条上，然后镶嵌在圆柱体表面上;另一种是将热压印的内容采用字块方式镶嵌在圆柱体表面上。

整体式结构的印字轮的热压印印字的效果比组合式结构的要好，这是由于采用组合式结构印字轮印字时，电缆护套表面会出现字块或字条的外轮廓线，从而影响表面质量。

(3)热压印字体刻制

制造热压印轮时，需要明确字体的线条深度和宽度参数。热压印轮上的字体刻制型式有凸形和凹形两种。较多用户要求压印在护套表面的字体为凸字形式，而热压印轮雕刻字体应选择凹字形式。

(4)热压印装置的安装

印字效果不仅与字体高度有关，还与印字轮安装位置有关，在生产过程中材料挤出后温度较高，还处于流动状态。当印字轮安装在靠近机头位置时，在印字轮的压力作用下易变形出现压扁现象，若压力过小则又出现印字不清晰现象;当安装靠近冷却水槽处时印字效果较好。经分析发现，当印字轮稍远离机头而靠近冷却水槽处时，挤出材料已在空气中冷却了一段时间，处于半流动状态已具有一定的抗变形能力，因此印字效果较好。另外也可将印字装置安装在冷却水槽之后，此时需要在印字装置前面加装一道加热装置，方可印字，其效果是比较好的。

4.2.2 橡皮类材料表面热压印

压印装置一般是装配在机头与硫化管之间的位置，此装置是由一套热压印支架、一个计数轮、一个热压印滚轮组成，集成在连硫线上。不锈钢的机体具有快速开闭门、快速更换压印模的特点，可进行“凸出”或“凹进”方式压印，并能根据电缆尺寸进行压印支架的高低调整，在压印轮的侧面有一手柄可调整、调节压印的压力，如果不进行热压印时，整个支架可以退后，腾出空间。橡皮类材料表面热压印具体装置图见图5。

图5 热压印装置

该装置具有简单、方便的优点，但对印字轮上所刻字体表面的光滑度要求非常高，另外由于胶的种类不同，其材料表面硬度不同，这就需要对热压印轮的字体深度进行调整。在实际生产过程中，橡胶从机头挤出包覆在成缆线芯上，在胶还处在未开始硫化的状态下，就接触到热压印轮，完成电缆表面标印。由于此种方法其热压印轮表面是弧形的，其字体雕刻在此弧面上，弧面大小与所印的电缆的外径是有一定的对应范围的，所以其印字轮的数量比较多。

5 激光打标法

5.1 原理

激光打标法印字是使用激光打码机将标识内容“打印”在电缆表面的印字方式，其工作原理和凸透镜汇聚太阳光引燃火柴的原理基本上是一样的。由激光发生器发出的激光经过一系列的处理，经透镜聚焦后将能量高度集中在一个很小的范围，如果被加工的材料对该激光的吸收较好，那么被照射区域的材料就会因为吸收了激光的能量而迅速升温。根据材料性质的不同(如熔点、沸点、产生化学变化的温度)，工件将会发生一系列的物理或化学变化，比如融化、气化、生成氧化物、变色等，从而形成“凹槽”，实现材料表面“打字”。图6为激光打标示意图。

图6 激光加工示意图

5.2 特点及适用范围

目前，将激光打标法用于电缆表面印字属于一种新型电缆标识方法。激光打标采用极细的激光光束聚焦后产生的高能量来进行加工，属于非接触性加工，“印字”过程中不产生机械挤压或机械应力，不会造成电缆变形，同时还可实现在线印字。激光打标热影响区域小，字迹清晰，印字牢固，不会轻易磨平或脱落，加工精细，成本低，易操作，无污染，可以完成一些常规方法无法实现的工艺，尤其解决了以上几种印字方法的缺点。适用的电缆表面材料为PVC、XLPE、PE、低烟低卤PVC料、低烟无卤聚烯烃料、硅橡胶、氟塑料、尼龙、EPR、CPE、钢材表面，可实现表面印字和有一定深度的热压印的效果，达到了表面印字和热压印的效果。表1为激光打标法印字和普通油墨喷印印字的对比分析表。

表1 激光打标法与普通油墨喷印法对比分析表

还可以通过调整设备功率打印出不同深度的字体(与热压效果类同)，且不影响电缆的外观。另外，根据所选用的激光发生器(与波长有关)不同，可实现在PVC、XLPE、PE、低烟低卤PVC料、低烟无卤聚烯烃、乙丙胶、CPE、EPR、氟塑料等不同材料表面的印字。该方法适用于所有塑力缆和橡缆，也可用于柔性防火电缆、铝合金电缆、潜油泵电缆的铜、铝、铝合金、钢金属护套上雕刻字体，解决了特殊材料的印字问题。

激光打码机的安装位置与一般喷码机位置相同，即放置在收线之前，如图7所示。

图7 激光打码机示意图

5.3 注意事项

在使用激光打标法印字时，应注意激光发生器的选择。不同材料对不同波长的光吸收率有差异，因此不同材料的产品应选用不同的激光发生器，例如光纤激光器和半导体激光器产生的是1 064μm波长的激光，金属材料吸收得很好，所以应用于金属打标;CO2激光器产生的是红外10.6μm波长的激光，所以非金属材料吸收得好，所以线缆用其标记效果最好;当然也有一些特殊材料(1 064μm波长激光标记后无颜色，而10.6μm的红外激光标记后又会融化)需要用532μm(绿光)或者是355μm(紫外激光)波长的标记。由于材料的差异，所以任何产品需要用激光标记前要打样，特别是一些特殊的材料。