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低烟无卤阻燃电缆及护套挤制工艺

摘要:本文介绍了在低烟无卤阻燃电缆的开发中,低烟无卤护套料的选用,以及护套挤制中应注意的几个问题,并给出了成品电缆的测试结果。

关键词:低烟无卤阻燃聚烯烃电缆;性能测试;挤出工艺


一、引 言

随着现代科学技术的发展和人们生活水平的提高,对电线电缆产品的安全性、环保性提出了更高的要求,20世纪90年代后期国内高分子材料的应用技术与合成树脂及其共混改性技术发展较快,积极推动着线缆行业又进入一个新材料的应用时代。低烟无卤阻燃材料是近几年来出现的一个新型品种,其性能符合IEC92-359标准中对热塑性材料的规定,所生产的低烟无卤阻燃电缆已广泛应用于机电、地铁和高层建筑等人员比较集中的公共场所。目前,

国内外大公司正集中力量开发低成本的低烟无卤聚烯烃电缆用系列材料,以满足激烈市场竞争的需求。和普通PVC阻燃材料相比,以聚烯烃为基料的低烟无卤材料在着火燃烧时不会产生大量的黑色烟雾与有害的HCl气体,可以避免对人体健康及监控设备造成严重危害,减少火灾二次损失。为了达到低烟无卤与阻燃的技术要求,各厂家在低烟无卤阻燃材料的配方中加入填充料(CaCO3)、无机消烟剂、含结晶水的Al(OH)3、Mg(OH)2及无机阻燃剂(硼酸锌、MoO3、Al(OH)3)等助剂,由于各成分用量不一,粒径大小及表面活化处理的效果也有差异,致使各厂低烟无卤阻燃材料的密度差别较大,性能参差不齐,而且材料的流动性较差,挤出性能远不如普通PVC、PE料,在挤制过程中带来了不少问题。本文对我公司开发生产低烟无卤阻燃聚烯烃电缆的过程进行总结分析与探讨,以便于与同行交流。


二、电缆设计依据

根据公司项目开发计划,我们查阅了国内外相关资料及试验标准,并收集市场反馈信息,结合公司多年来开发电力电缆的相关经验,经过多方论证,设计开发了铜芯交联聚乙烯绝缘低烟无卤聚烯烃护套A类阻燃电缆(YJY-DYWL-ZR(A)-0.6/1 kV 3×25),铝芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装低烟无卤聚烯烃护套C类阻燃电缆(YJLY23-DYWL-ZR(C)-0.6/1kV 4×95)。


三、原材料的选择及性能的对比

原材料质量的优劣对电线电缆产品质量与挤出工艺有着直接的影响,因而选择合适的绝缘料与护套料较为重要。经过对比分析,绝缘料选用交联聚乙烯(XLPE),而开发低烟无卤阻燃电缆最为关键的是低烟无卤聚烯烃护套料的选用。针对这一关键材料,我们从相关生产厂家选用了部分材料来进行性能测试及工艺探索,最终确定了性能优异、挤制性能良好的低烟无卤聚烯烃护套料。表1为我们对三个不同厂家生产的三种低烟无卤聚烯烃护套料进行了

性能测试的对比。


四、护套挤制工艺的分析


1、挤制设备

由于各厂生产的低烟无卤护套料性能的差异及其所含填料与阻燃剂的种类及份量各异,因而所选用的挤制设备对护套挤出性能及产品质量的影响较大。在试生产中我们选用不同长径比与压缩比的单螺杆挤塑机进行护套挤制,经试生产证明采用长径比为25∶1,压缩比为1∶25的XJ-65型挤塑机和长径比为15∶1,压缩比为1∶28的XJ-150型挤塑机挤制护套,其塑化效果好,螺杆负荷较小,护套表面质量较优。

2、模具的选配

采用挤塑模具进行挤制,模具的选配可按下式计算:

(1)挤制绝缘时

D1=D+(0.3~0.8) mm

D2=D1+(2.5~3)×t1mm

式中,D为导线的直径(mm);D1为模芯的内孔径(mm);D2为模套的内孔径(mm);t1为绝缘标称厚度(mm)。

(2)挤制护套时

D1′=D′+(1.2~1.5) mm

D2′=D1′+(3~3.5)×t2,

式中,D′为成缆后缆芯的外径(mm);D1′为模芯的内孔径(mm);D2′为模套的内孔径(mm);t2为护套的标称厚度(mm)。


3、挤制工艺参数

热塑性低烟无卤阻燃聚烯烃护套料是以聚烯烃树脂为基料加入优质高效经活化处理或含结晶水的无卤阻燃剂及其它改性剂经高速混合、双螺杆塑化、造粒而成。若储存时间过长容易吸湿受潮,挤出后导致护套断面有气孔,表面粗糙,因此在挤制前应进行预热,我公司选用的三种低烟无卤护套料其中2#料所含阻燃剂较少,易挤出,设备负荷较小;1#、3#料所含阻燃剂较多,挤制时易摩擦生热,挤制较为困难,设备负荷较大、出胶量也小。我们采用XJ-150型挤塑机挤制护套时,首先将护套料在60±5℃时预热干燥4 h,同时为了杜绝混入杂质物料,挤制前用本色PE料清洗机头、螺杆,避免混入其他材料而造成护套气孔、脱节、孔洞及外观差的现象,然后再加入低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。


4、挤制工艺分析

同普通PVC、PE电缆护套料相比,由于低烟无卤阻燃聚烯烃护套料中含有较高的填充料及无卤阻燃剂,其流动性能较差,塑性降低、热敏性强、且容易摩擦生热,在机身内滞留时间长易发生分解,产生大量低分子挥发物,并析出于护套的表面,导致外观有焦烧颗粒,护套断面出现气孔。因此应选择长径比与压缩比合适的挤塑机,而且应严格控制挤制工艺的参数。

我们在用1#,2#料挤制YJY-DYWL-ZR(A)-0.6/1 kV 3×25 mm2电缆护套时,在设定的挤出温度条件下,将主机转速设为600 r/min,主机电流为130 A,发现电机发热较快,且护套外观较差,多处出现孔洞及不光滑现象,后经调整工艺,对原材料进行预热并将主机升速至1200~1350 r/min,主机电流为120 A,物料能顺利挤出,产品外观光滑、断面无气孔。由于低烟无卤阻燃聚烯烃护套料性能与挤出加工特殊性,护套挤制时应注意如下几点:

(1)应选用性能优异,挤出性能良好的低烟无卤阻燃聚烯烃材料,且密度最好控制在1.41±0.02

g/cm3;

(2)挤制前应在60±5℃下预热4 h,去除材料表面吸附的水分,以免造成护套断面气孔现象;

(3)适当调整挤出滤网(2层、40+60目),减少机身压力,使物料能顺畅挤出;选用长径比、压缩比适当的挤塑机也尤为关键;

(4)根据设备负荷,调整出线速度与螺杆转速,最好把螺杆转速调至额定转速的90%,主机电流调至额定电流的80%,使物料在机身的压力不太高,塑化充分的条件下挤出;

(5)严格控制好挤出机各区段的温度及螺杆与机身的冷却,在保证物料充分、均匀的塑化的条件下适当降低挤出温度,避免因过热而导致材料中填充助剂、阻燃消烟剂分解出低分子物质,从而产生气孔及外观不光滑等现象;

(6)挤出时应尽可能减少护套拉伸,可适当增加护套的挤出厚度,避免因材料拉伸变形过度而造成护套脱节、孔洞等不良现象;出模后应及时采取分段冷却,以避免护套内应力的产生。


五、成品电缆的性能检测

将上述三种低烟无卤阻燃护套料分别试制了三种电缆,并进行了性能的对比试验可知,三种低烟无卤聚烯烃护套电缆均能满足于使

用要求,试验全部合格。

六、结束语

新材料、新技术的发展以及市场对线缆产品的安全性、环保性的需求,无疑推动了线缆行业加工技术与新材料应用的革命。虽然低烟无卤阻燃聚烯烃材料与普通PVC、PE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,但它具有低烟、低毒、阻燃等优异性能,只要在挤制中注意选择合适的模具与挤塑设备,掌握材料性能与挤出特性,是完全可以克服不利因素,稳定提升产品质量的。低烟无卤阻燃聚烯烃电缆具有广阔的市场前景,并且能为企业带来良好的经济效益与社会效益。

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