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1、聚氨酯护套电缆挤出工艺探讨130化学工程与装备ChemicalEngineering&Equipment2011年第5期2011年5月聚氨酯护套电缆挤出工艺探讨汪必全(昆明电缆集团股份有限公司,云南昆明650100)摘要:聚氨酯(TPU)作为电线电缆护套材料具有突出的优点.现正逐步取代PVC,PE,各种合成橡胶等作为电缆的外护套,用于各种恶劣的环境中.本文介绍了聚氨酯电缆护套材料的基本性能,并对该材料的加工设备,加工工艺及加工模具进行了具体论述,给出了较优的加工工艺和条件,并对常见质量问题提供了参考解决方案.关键词:聚氨酯;电缆;护套;螺杆:挤出工艺引言聚氮醢是一种
2、分子链上含有许多重复的—NH—c0O—基团的聚合物,通常称为聚氨基甲酸酮,简称聚氮酯,常用TPU表示.由于其优良的特性,在多个领域得到了广泛应用.聚氨酯在电缆工业的应用始于6o年代早期,但由于当时国产TPU性能不稳定,产量低,而且价格昂贵,限制了其在电缆工业的应用.9O年代初期.随着国产TPU的性能有了进一步提高,生产技术日趋成熟,被用到了一些特殊场合使用的电缆上.发展到现在,TPU在电线电缆上的应用已比较普遍,主要是用作一些特殊电缆的护套.本文对TPU的性能特点作简要介绍,并结合生产实践,对11)U挤出工艺的控制进行探讨.1TPU电缆护套性能电线电缆的外护套的主要作用是保
3、护电缆的导体以及绝缘层免受机械,环境,气候,水解作用的影响以及其它物理破坏,而影响正常使用".目前,电线电缆的护套材料主要有PE,PVC,各种天然或合成的弹性体等,此类材料,因各种环境因素的影响,长期使用后.易发生老化变硬,应力开裂等现象,导致电缆的电气性能和耐环境性能降低,而且在一些使用环境恶劣,要求较高的场合,如要求耐磨,柔软,耐侯性好且在一6o℃低温情况下,仍能保持良好的弯曲性能等.常规电缆护套材料是无法满足要求的,因此在一些使用要求较高的场合,如矿用,油井用,核电站用,风电用,舰船用以及一些军用野战电缆.都可以采用聚氨酯材料作为护套,以满足使用要求.TPU具有许多不
4、同于其它热塑性弹性体的优异性能,在以下几个方面优为突出Ill~(1)优异的耐磨性能,其磨耗值是所有塑料中最低的:(2)突出的物理机械性能,聚酯型TPU的抗拉强度近60Mpa,伸率近400%,聚醚型TPU抗拉强度近50Mpa.伸率≥300%.是其它弹性体材料无法相比的;(3)极好的耐油性能,1IPU的耐油性能甚至优于丁腈橡胶,有极好的耐油寿命:(4)较宽的温度使用范围,可在-40℃一l25℃的温度范围使用;(5)硬度范围宽.且在邵氏硬度A85甚至以上时.TPU仍保持弹性,这是其他弹性体所没有的特性,所以TPU具有高负载支撑能力和良好的吸振效果:(6)抗撕性能优异,特别适宜矿山
5、使用:(7)在耐气候老化,耐水解性以及耐紫外辐射等都有不俗的表现.由于聚氯醋的上述突出优点,现在聚氨醣材料正逐步取代PVC,PE,各种合成橡胶等作为电缆的外护套.用于各种恶劣的环境中.用作电缆护套热塑性聚氮酶的分子链是由硬段部分和软段部分相互交替嵌段共聚而成,硬段部分主要由短键的二元醇和异氰酸酯成分构成.软段部分由长链的二元醇和异氰酸酶成分构成,聚氨醢的硬度取决于硬段所占比例的大小其中,软段具有很好的拉伸性能和较低的玻璃化转变温度,硬段具有商的熔点.因此,可通过调整软硬段的比例,来获得不同的材料性能.铡如:强度,刚度,拉伸性和低温韧性等,可在很宽的范围内变化.通过区分分子中
6、所含多元酵的不同,聚氮酯分为聚醢墅和聚醚型,由于聚酯型TPU易发生水解,电缆行业多选用硬度为80A—9oA的聚醚塑聚氨酯作为电缆护套.2挤出设备2.I挤出机螺杆汪必全:聚氮醢护套电缆挤出工艺探讨13l电线电缆挤出成型设备多数为单螺杆挤出.螺杆是挤出机的主要部件,关系到挤出机的应用范围和生产效率,众所周知螺杆结构特征的基本参数对塑科的塑化和成型效果影响较大.而螺杆的长径比与压缩比直接决定了材料能否顺利挤出和挤出质量的好坏,一般而言,材料粘度高,流动性差.摩擦生热快,且对温度较为敏感的材料,宜选用大长径比,低压缩比的螺杆,材料流动性好,加工温度范围宽的材料,为提高效率,宜选用长
7、径比和压缩比稍大的螺杆H.就TPU材料的挤出而言,使用压缩比为2.5左右,长径比L/D为25,30:1的单螺杆挤出机即可顺利挤出.需特别注意的是,由于在低温(150℃以下)时,TPU的粘度对温度的依赖性较小,需要施加剪切力才能使其熔融,而在高温时TPU对温度又极为敏感,温度稍高就会产生热降解,因此低压缩比(<2)的螺杆并不适宜TPU的挤出.笔者曾使用压缩比为1.8的螺杆挤制TPU电缆护套,发现材料塑化效果较差,很难通过调温度加以改善,而且效率也很低.若使用屏障型螺杆挤出TPU,会得到满意的挤出效果.2.2冷却
