挤塑工艺(学生培训版-XXXX)[67P][175MB]

电线电缆制造工艺·挤塑３１第二部分挤塑工艺第一节热塑性塑料一、聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯塑料是以聚氯乙烯树脂为基础，加入各种配合剂混合而成的，其机械性能优越，耐化学腐蚀、不延燃、耐气候性好、电绝缘性能好、容易加工、成本低，因此是电线电缆绝缘和护套用的好材料。（一）聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂是由聚氯乙烯聚合而成的线型热塑性高分子化合物，其分子结构如图2-1：…………图2-1聚氯乙烯树脂分子结构图从该分子结构来看，聚氯乙烯具有以碳链为主链，呈线型，且含有氯原子的C-CL极性键等特性。聚氯乙烯树脂具有下列基本特性：1、是热塑性的高分子材料，可塑性和柔软性较好；2、由于C—CL极性键的存在，树脂具有较大的极性，因此介电常数ε和介质损耗的正切值较大，在低频情况下，有较高的耐电强度，另外由于极性键的存在，分子间的作用力较大，机械强度较高。3、分子结构中含有氯原子，树脂具有不延燃和较好的耐化学腐蚀性和耐气候性。氯原子能破坏分子的晶体结构，树脂的耐热性及耐寒性较差，加入适量的配合剂，就能改善树脂的性能。（二）聚氯乙烯树脂的主要性能1、电绝缘性能聚氯乙烯树脂是一种极性较大的电介质，电绝缘性能较好，树脂的体积电阻率大于1013Ω·m，树脂在25℃和50Hz频率下的相对介电常数ε为3.4~3.6，聚氯乙烯介质电线电缆制造工艺·挤塑３２损耗角的正切tgδ为0.006~0.2，树脂击穿场强不受极性影响。聚氯乙烯的介质损耗较大，因此不适用于高频或高压的场合，而通常广泛应用在6KV以下低压电线电缆的绝缘和护套材料。2、老化稳定性能从分子结构来看，氯原子都与仲碳原子相连，因而具有较高的耐老化稳定性，但在生产过程中，由于温度的直接影响和机械力的作用，易放出氯化氢，在氯的作用下，产生降解或交联，导致材料变色发脆，物理机械性能显著下降，电绝缘性能恶化。因此聚氯乙烯老化，为改善聚氯乙烯的老化性能，应添加适量的稳定剂。3、机械性能聚氯乙烯树脂为无定型聚合物，在不同温度下具有玻璃态、高弹态和粘流态，为了满足使用要求，加入适量的增塑剂，就能调节其玻璃化程度，增加塑性，达到柔软性要求，使机械性能增强。（三）树脂的种类和技术要求氯乙烯的聚合方法有：悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合四种。聚氯乙烯树脂的制造目前主要采用悬浮聚合方法，电线电缆用聚氯乙烯树脂就是采用悬浮聚合法制造的。聚氯乙烯悬浮聚合过程中所用树脂的结构形状有：疏松型树脂（XS型）和紧密型树脂（XJ型）。疏松型树脂质地疏松，吸油性大，易于塑化，加工操作控制方便，品种少，因此电线电缆用的树脂均是疏松型。树脂的特性见表2-1。表2-1树脂的特性项目疏松型（XS）树脂紧密型（XJ）树脂粒子直径颗粒外形颗粒断面结构吸收增塑剂塑化性能50~10μm不规则，由多球合并而成疏松多孔，微粒间间隙大快塑化速度快20~100μm球形，表面光滑呈单球，微粒间间隙小慢塑化速度慢（四）聚氯乙烯塑料的组分电线电缆制造工艺·挤塑３３1、树脂聚氯乙烯树脂是聚氯乙烯塑料的基础，它的种类、性能和用量对塑料性能影响很大，按电线电缆的使用特点和性能要求，采用悬浮聚合法生产树脂，要求树脂纯度高，电导率要低，为了改善加工性能和提高电绝缘性能，选用疏松型（XS型）树脂。2、增塑剂（1）性能要求：1）相容性好；2）塑化性能好；3）增塑率高；4）电气绝缘性能好；5）耐热、耐寒、耐光性能好；6）耐迁移性、耐油性好；7）非燃性能好。（2）增塑剂对聚氯乙烯塑料性能的影响增塑剂的种类、结构和用量对聚氯乙烯塑料的电气绝缘性能、物理机械性能、耐老化性能、耐油性、耐迁移性及加工性能都有很大的影响。3、稳定剂稳定剂是聚氯乙烯塑料重要的配合剂，它能抑制聚氯乙烯树脂在加工和使用过程中由于热和光作用而引起的降解和变色。（1）对稳定剂的要求1）能吸收氯化氢，与氯化氢形成的产物是中性物质。2）不损害机械性能和电气绝缘性能。3）加工性能好，与树脂、增塑剂相溶性好，加工时不易发生表面析出。（2）稳定剂的类型1）铅系稳定剂：价格低廉，稳定效果好，电气绝缘性能优越，吸水性小，适用于潮湿环境，铅盐稳定剂的种类有：三盐基性硫酸铅、二盐基性亚磷酸铅、铅白、二盐基性苯二甲酸铅、二盐基性硬脂酸铅等。2）金属皂类稳定剂：具有热稳定性或光稳定性，同时还具有润滑作用，是电缆料配方中的润滑剂，常用品种有硬脂酸钙、硬脂酸铅、硬脂酸钡等。4、抗氧剂为防止塑料在加工过程和长期使用过程中，由于氧的作用而产生降解、交联，在电线电缆制造工艺·挤塑３４塑料中常加入抗氧剂，加抗氧剂一是防止树脂的氧化裂解；二是保护增塑剂免受氧化，抗氧主要是双酚A（二酚基丙烷），其用量宜为0.25~0.5分。5、填充剂使用填充剂的目的，一是为了降低成本，起到增量的作用；二是为了改善某些性能，如电气绝缘性能、耐热变形性能、耐光与热稳定性能等，但添加填充剂会便塑料的抗拉强度、拉断延伸率、耐低温性能和柔软性能有不同程度的下降，因此，在配方设计中应加以考虑。（1）对填充剂的要求1）价格低廉；2）对塑料的物理机械性能损害少；3）在水、油、溶剂中的溶解量少；4）对塑料的电气绝缘性能无不利影响，是塑料电性能的改良；5）纯度高，不应含有对聚氯乙烯起老化有害作用的成分，如铁盐、锌盐等。（2）填充剂的类型电线电缆常用的填充剂有：碳酸钙、陶土、锻烧陶土、炭黑、滑石粉、白炭黑和钛白粉等。（3）填充剂的选用用作护层的塑料中采用碳酸钙，对塑料的物理机械性能影响小，能降低塑料的成本，减少树脂和增塑剂的损耗。护层级加入少量炭黑，对提高其耐大气性能有效。在绝缘塑料中采用锻烧陶土，能提高电气绝缘性能。6、着色剂线芯着色是为了使制品有鲜艳的色泽，除满足美观要求外，还具有改进耐气候性，延长使用寿命的作用。对通信电缆、电力电缆等，赋予线芯不同颜色，也是为了便于安装、使用和检修。电线电缆所用着色剂分为无机颜料和有机颜料两种：（1）无机颜料它包括氧化铁红、铬黄、钛白粉、锌钡白、炭黑等。（2）有机颜料它包括立索尔大红、立索尔宝红、酞菁绿、颜料绿、酞菁蓝等。（五）电线电缆用聚氯乙烯塑料电线电缆制造工艺·挤塑３５聚氯乙烯塑料是多组分塑料，根据使用的不同要求，改变配合剂的品种用量，就能够制成不同品种的塑料，在设计时，应考虑不同品种的要求、材料的来源、价格及挤出工艺要求等到方面。1、聚氯乙烯绝缘料（1）聚氯乙烯绝缘料分类及性能见表2-2。（2）聚氯乙烯绝缘料的技术要求见表2-3。2、护层用聚氯乙烯塑料（1）护层用聚氯乙烯塑料的分类及性能见表2-4。（2）护层用聚氯乙烯塑料的技术要求见表2-5。表2-2聚氯乙烯绝缘料的分类及性能类别性能要求使用温度主要用途绝缘级电绝缘性能较好，有一定的耐热性和柔软性70℃通信、控制、信号、低压、电压电力电缆。普通绝缘级一定的电绝缘性能，较好柔软性及耐大气性，价廉70℃室内固定敷设的电线、500V农用电缆绝缘及仪表安装线绝缘。耐热绝缘级有较好的耐热老化性和耐热变形性，电绝缘性能较好80℃105℃要求耐热较高的船用电缆、航空导线、电力电缆及安装用线的绝缘。高电性能绝缘性较佳的电绝缘性能，绝缘电阻高，介电性能好，耐热性好70℃电压这6~10kv级电力电缆的绝缘级。耐油耐溶剂绝缘具有较好的耐油性、耐溶剂性和柔软性70℃用于接触油类和化学物质的电线电缆表2-3聚氯乙烯绝缘料的技术要求电线电缆制造工艺·挤塑３６表2-4护层用聚氯乙烯塑料的分类及性能项目指标绝缘级普通绝缘级耐热绝缘级高电性绝缘级80℃105℃体积电阻率（×10-2C.m）≥70℃80℃105℃击穿场强（kv/mm）≥介质损耗角正切tgδ≤介质损耗因素εtgδ≤抗拉强度（×0.1MPa）≥断裂延伸率（%）≥低温冲击压缩温度（℃）≤200℃热稳定时间（min）≥软化温度（℃）热老化性能老化温度（℃）老化时间（h）拉断强度K1（%）≥拉断伸长率K2（%）≥失重（%）≥1×1011——20——120200060170~19011056—706.01×1010——20——170220－1060170~19011056—757.0—5×1011—20——200180+360180~195113168—805.0——2×101120——200200—60—13616880702.55×1011——0.10.75200160+560170~18511048—700.6电线电缆制造工艺·挤塑３７类别性能要求使用温度主要用途普通护层级有足够的机械强度，耐热、光性，耐老化性及耐寒性好70℃塑料电线电缆的外护层和其它电缆外护层耐寒护层级具有较高的耐寒性，低温柔软性好70℃耐寒柔软的电线电缆的的个护层柔软护层级具有较高的柔软性，较好的耐寒性105℃耐寒柔软的电线电缆外护层耐油护层级耐油性、耐化学药品性能好70℃与油类及化学药品接触的电线电缆的外护层易撕护层级抗撕裂性低，敷设方便，价格低廉70℃室内固定敷设用绝缘电线的外护层防霉、防白蚁、防鼠护层级抗生物性好，防白蚁、防霉性好70℃热带及温热带地区用电线电缆的外护层2-5护层用聚氯乙烯塑料的技术要求项目指标普通护层级耐寒护层级柔软护层级耐油护层级耐热护层级80℃105℃体积电阻率（×10-2Ω.m）≥击穿场强（kv/mm）≥抗拉强度（×0.1MPa）≥拉断延伸率（%）≥1×101018150280-1430165~1801×101018150300-2560165~1851×101016120320-3080160~180—18150300-2560170~190—13150280-1460——18150280-1460—电线电缆制造工艺·挤塑３８低温冲击压缩温度（℃）≥200℃热稳定时间（min）≥软化温度（℃）热老化性能热老化温度（℃）热老化时间（h）拉断强度kl(%)≥拉断伸长率k2(%)≥热老化失重（%）≤耐油性能浸入机油（90℃，6h）拉断强度k1(%)≥拉断伸长率k2(%)≥11056—807——11056—807——11056—808——110568080680701002408080———1361687065———二、聚乙烯塑料（PE）（一）聚乙烯是由精制的乙烯聚合而成的，可分为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯三种。1、低密度聚乙烯在纯净的乙烯中加入极少量的氧气或氧化物作引发剂，压缩到202.6kpa左右，并加热到约200℃时，乙烯就可聚合成白色的蜡状聚乙烯。2、中密度聚乙烯中密度聚乙烯大多是高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的掺和物，也有用乙烯与丁烯、醋酸乙烯和丙酸酯等单体共聚的中密度聚乙烯。3、高密度聚乙烯在常温常压下，用特殊的有机金属化合物作催化剂，使乙烯聚合成高密度聚乙烯。它具有良好的耐热性和机械性能。电线电缆制造工艺·挤塑３９（二）聚乙烯的结构聚乙烯由100到1,000,000左右的各种分子量的分子混合物组成。聚乙烯分子结构中的分支见图2-2，聚乙烯分子结构中的双键见图2-3。图2-2聚乙烯分子结构中的分支图2-3聚乙烯分子结构中的双键聚乙烯的分子结构比较复杂，一般用高压法聚合的聚乙烯，分支较多，长支链较多，分子量分布较宽，结晶度和密度较低。而用中低压法聚合的聚乙烯，分子基本呈直链状，分子量分布较窄，结晶度和密度较高。（三）聚乙烯的特性聚乙烯是一种乳白色的塑料，表面呈蜡状，半透明，它是电线电缆较理想的绝缘和护套材料，其主要优点如下：1、绝缘电阻和耐电压强度高；2、在较宽的频率范围内，介电常数ε和介质损失角的正切tgδ值小；3、富有可挠性，而且强韧、耐磨性好；4、耐热老化性能、低温性能及耐化学稳定性好；5、耐水性好，吸湿率极低，浸在水中绝缘电阻一般不下降；6、用它制作的电线电缆质量轻，使用、敷设方便，接头容易。注：①R＇：包括CH3、C2H3、C3H7（即短支链）；②R＂：（CH2）n（即长支链。聚乙烯的缺点如下：1、触炎焰时易燃烧和熔融，并放出与石蜡燃烧时中样的臭味；2、软化温度较低。电线电缆制造工艺·挤塑４０（四）聚乙烯的一般性能见表2-6。表2-6聚乙烯的一般性能项目性能低密度聚乙烯中密度聚乙烯高密度聚乙烯密度（kg/m3透明性弹性模量（×103MPa