低烟无卤阻燃聚烯烃材料的挤出工艺浅析

>> 杭州富通电线电缆有限公司 黄桂领 赵育苗 何战江



低烟无卤阻燃聚烯烃材料的挤出工艺浅析

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低烟无卤阻燃聚烯烃电缆料因其具有的无卤、低烟、阻燃特性而为业内人士所认可，已逐渐发展成为电线电缆主要的绝缘、护套材料之一。特别在入户、商场、基站、地铁等场合，已经成为用户指定必须使用的电缆护层材料。

虽然，低烟无卤阻燃聚烯烃材料在电线电缆行业已经得到广泛的运用，但其加工性能与传统的PVC、PE材料有很大区别，下面本人利用生产中的碰到的一些实际情况并结合理论分析对低烟无卤阻燃聚烯烃挤出加工进行阐述。

1 低烟无卤阻燃聚烯烃的材料特性

低烟无卤阻燃聚烯烃的配方，较PVC和PE材料来说相对复杂。通常，低烟无卤阻燃聚烯烃的基材一般以乙烯和醋酸乙烯（EVA）为主，再填充一部分阻燃剂、润滑剂、交联敏感剂量等，来降低发烟量，提高阻燃性能，提高挤塑性能，可交联性等。但由于其填充材料的比重较大，根据材料厂家提供数据，根据阻燃等级的不同，其阻燃剂的含量高达60%～70%。阻燃剂为不可融化的金属氢氧化物，熔料的粘度十分大。生产过程中，螺杆旋转产生的剪切力也相当大。材料分子之间，材料与螺杆，材料与螺筒的摩擦比其他材料相对严重，会产生大量的热，使挤出温度迅速升高，导致成品的阻燃性能下降，材料的机械性能下降，外观不良等不合格现象产生。这就决定了其对挤出设备、工艺的特殊要求。

2 挤出设备

电线电缆挤塑成型设备基本为单螺杆挤出机。挤出机中影响挤出性能主要有螺杆、冷却系统、模具、挤出温度。

2.1 螺杆

螺杆为挤出机的主要部件。它直接关系到挤出机的应用范围和生产效率。为适应不同材料的加工需要，螺杆的形式有很多种。由于低烟无卤阻燃聚烯烃采用大量阻燃剂进行填充，挤出时，其粘性较大，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。当螺杆压缩比较大时，挤出机速度无法提高，材料在挤塑机内滞留时间过长，同时温度急剧上升，导致阻燃剂分解，材料失效，成品外观不良。一般在挤出低烟无卤阻燃聚烯烃时，都需使用无卤专用螺杆，这种螺杆基本为剪切力较小的单螺纹型，压缩比一般在1.1～1.5左右。小设备选择压缩比大一些，如50机、65机。大设备选择压缩比小一些，如90机、120机。当然，螺杆的长径比对塑料的成型、混炼影响也很大。若长径比过大，材料受热、受压时间较长，容易分解，若长径比过小，材料会塑化不良。挤出低烟无卤阻燃聚烯烃，使用长径比20～25的螺杆相对理想。

2.2 冷却装置

由于低烟无卤阻燃阻燃聚烯烃粘性较大，在挤出过程中，螺筒内部压力较大，摩擦升温明显，此时需关注设备的冷却装置是否在正常运行。如常规风冷不能满足冷却要求，可对设备进行改进， 增加水冷装置，或者增设可水冷螺杆等。

2.3 挤出模具

低烟无卤阻燃聚烯烃由于其特性，其拉伸性能相对较差。在配模时，尽可能选用挤压式模具或者半挤压式模具。如生产线径较小的单芯绝缘线，可使用挤压式模具，生产线径较大的外形圆整的RF缆，可使用半挤压式模具。如使用挤管式模具时，需充分考虑其拉伸比，通常选择拉伸比为2.0左右。如外模较大，则电缆表面可能不致密，且包覆较松、较空。

2.4 挤出温度

根据材料厂家配方的不同，挤塑机的不同，需要设置恰当的挤出温度。挤出温度的设置在保证生产效率的同时，还需确保材料的性能、外观满足要求。挤出温度较低时，出料速度较慢，生产速度无法提高，伸长率较差。 挤出温度较高时，材料气化、分解，外观发毛，阻燃剂析出、流涎。一般挤塑低烟无卤阻燃聚烯烃时，下料段温度为90～110℃，熔融段温度为120～150℃，塑化段温度为150～160℃。在挤出之前，设备需空车升温至设定温度，并恒温2～3h，确保螺筒内部以及机头、模具内部达到要求温度，方可开机排料。另外，设备在低速生产时，材料在螺筒内部受剪切力较小，压力较小，可适当提高挤出速度；当设备逐渐升速，并达到正常生产速度时，此时材料在螺筒内部受剪切力较大，压力上升，摩擦致使温度上升，此时需适当调低生产温度，必要时可直接关掉加温，特别是塑化段，以确保材料性能满足要求。

3 常见问题分析

3.1 绝缘、护套表面毛糙

首先查看材料的生产、出厂日期。低烟无卤阻燃聚烯烃与其他料相比，更容易吸水受潮，若存放时间较长，必须进行烘干处理。烘干温度为60～70℃，时间为3小时。烘干时间不宜较长，以免料筒内部结块。

其次，查看挤出温度。如挤出温度过高，材料会发生分解，尤其是阻燃剂。氢氧化物阻燃剂，高温时会分解出水，导致绝缘、护套表面有气孔、毛糙。特别是增加辅机，进行双色挤出时，材料在模具口压力增大，下料段、机头处温度上升，严重时会出现模具口喷出水气，或者发出爆炸声，此时需降低模具口的温度，更换模具。相反的，如果挤出温度过低，材料会塑化不良，表面毛糙，亚光，伸长率较小，此时需适当提高塑化段温度，直至排料时，材料表面光滑，拉伸良好，

3.2 绝缘、护套外径波动大

首先查看螺筒压力。由于低烟无卤阻燃聚烯烃材料粘性较大，在挤出时，如果挤出速度不当，此时会出现牵引电机电流增大，螺杆打滑，出料不稳，电缆外径波动。如出现此情况，需跟踪记录在同样时间内，相同挤出速度下，出胶量是否不同。如不同，则需跟踪设备出胶量情况，找出最适合的挤出速度。

3.3 绝缘、护套螺旋状

首先查看挤出温度。挤出温度过低时，材料塑化不良。伴随缆芯的晃动，在模具口形成不规则的螺旋状。如使用挤管式模具，模具配比较大，材料在模具口拉伸距离较长，现象会更加明显。此时需要增加挤出温度，降低螺杆转速，选择定径较短的外模，减小材料在模具口的拉伸距离。

其次查看螺杆是否匀速稳定运转，如出现上述螺杆打滑时，也可导致绝缘、护套螺旋状。

再询问材料厂家，在材料配方中，是否有配有润滑材料。如润滑较差，材料在模具口摩擦，也可引起螺旋状。

在产品检测时，上述不良现象会集中反映为材料性能下良，突出表现为机械性能，如拉伸强度、断裂伸长率不合格或者间断性不合格。这就需要时刻关注材料在挤出时的状态，适时调整，减少不良现象产生，确保产品性能。

虽然低烟无卤阻燃聚烯烃的挤出性能与PVC、PE相比，其挤出温度范围窄、设备负荷高、挤出效率低，但只要在生产过程中注意选择合适的模具与设备，与材料厂家沟通，掌握材料的基本性能。

低烟无卤阻燃聚烯烃以其优异的低烟、低卤、阻燃性能，已经赢得了广大用户的青睐，在发达国家，低烟无卤阻燃聚烯烃材料已逐渐取代PVC材料，其发展潜力巨大，市场前景广阔，可以为企业带来更好的经济效益与社会效益。本文对低烟无卤阻燃聚烯烃的加工使用及其挤出性能，进行了简单的分析，希望能对同行朋友有所帮助。