含氟聚合物擠出模具的選配與應用

盛金偉，徐 靜，周 澤

(遠東電纜有限公司，江蘇 宜興214257)

0 引言

含氟聚合物耐高溫電纜已在發電、化工、電子、石油等行業廣泛采用，生產廠家也越來越多。眾所周知，含氟聚合物材料具有耐高溫、耐油、耐酸堿等特性，但是也是一種冷流性差、容易開裂的材料。如何去克服這一缺點，當然改變材料結構是一種方法，但這種改性的材料，在改性過程中或多或少帶走了原有的部分優點，同時開裂現象雖然減輕了，但還是不可避免。我們知道，材料擠出加工后的性能不僅與材料本身有關，同時與擠出的模具、擠出工藝息息相關。本文從擠出模具的設計和選用來探討如何避免含氟聚合物耐高溫電纜的開裂問題。

1 含氟聚合物擠出模具材料的選用

長期以來，含氟聚合物擠出模具均采用傳統低碳鋼為基材。其優點是加工簡便，可用普通的車床、銑床等來實現。但缺點是顯而易見的，首先含氟聚合物為高溫高強度材料，其擠出溫度一般都在360～400℃，對低碳鋼有變形作用，因此要經常更換模具。其次是在高溫狀態下材料容易氧化腐蝕，在模具邊緣產生氧化物質脫落，擠出時夾雜在絕緣中，嚴重影響產品質量。近年來，含氟聚合物電線電纜的需求量越來越大，為了保證產品的質量，我們選用了一種鎳基合金模具。該合金模具具有經久耐用、不會變形、耐熱系數高、不會出現氧化腐蝕等優點。

2 含氟聚合物擠出模具設計

聚全氟乙丙烯(FEP)擠出模具是由模芯和模套組成。模具大小與擠包外徑、擠出速度等有關。擠包外徑越大，選用模具就越大。在生產同一規格產品時的線速度越快，則要求模具的外徑也越大，以確保材料的流量。

含氟聚合物模具設計原則:

(1)凡和塑料接觸的模具表面應光滑，光潔度要高。特別是模套的承徑區，更應光潔，保證塑料成型的表面光潔度。

(2)熔融塑料流動的道路要流暢，料流道路上無突變和突起等阻擋，也不能有死角。

(3)塑料模具內具有一定壓力，模套角度必須大于模芯角度。

(4)模具應有互換性，應考慮各部位的尺寸公差要求。

(5)模具應使用合金材質，因為氟塑料具有高腐蝕性，一般的45#材料不耐用，容易變形、腐蝕。

在塑料擠出過程中起決定性作用的兩個主要參數是配模系數與拉伸比。

2.1 配模系數K

美國杜邦公司研制生產了FEP，為了推廣應用該樹脂，在1973年3月出版了一份資料《熔融擠出工藝》。在此資料中首次提出了拉伸平衡度，模具結構如圖1所示，拉伸平衡度在現代電線電纜生產中又稱為配模系數K，即

圖1 模具結構示意圖

變換公式可得:

式中，D大為模套內徑;d大為擠包外徑;D小為模芯承徑部分外徑;d小為電線線芯外徑。

當K＞1時，擠包緊密;當K=1時，擠出過程為平衡拉伸;當K＜1時，擠包較松。

2.2 拉伸比S

擠管式配模時另一個主要依據就是擠出塑料的拉伸特性，在電線電纜行業中稱為拉伸比。拉伸比S是指塑料離開擠出?？跁r圓環截面積與冷卻后包覆在線芯表面塑料絕緣或護套的圓環截面積之比。

對于不同的塑料，根據其熔融下的粘度、流動特性及其用途、所需厚度的不同，其拉伸比是不同的。從提高擠出電線絕緣或護套的質量來看，希望S小一些為佳。因為拉伸比大，即模套孔徑大，塑料拉伸嚴重，制品表面粗糙無光澤。拉伸比小，表面質量就好，還不會產生收縮現象。同時由于拉伸小，可以降低絕緣或護套的內應力，降低氟塑料開裂的幾率。例如，有的家用布電線剪斷后，絕緣在短時間內就縮進去較多，使銅絲裸露較長，這就是塑料拉伸過大造成的，降低拉伸比就可以避免此缺點。再如，生產的鋼帶鎧裝低煙無鹵護套電纜，電纜彎曲時會由于鋼帶滑動把護套拉破，這就是由于配模系數過大，護套包制太緊，減小了護套與鋼帶之間的滑動性。如果減小配模系數，降低護套與鋼帶之間的附著力，就可以減少護套開裂。

在實際配模中，我們首先考慮的是配模系數，然后再考慮擠包材料選用多大的拉伸比。由于在實際生產中，電纜擠包前外徑和擠包后外徑都是預先設計好的，所以首先選擇模芯承徑外徑D小，再選定配模系數K，通過式(2)計算求出模套內徑D大。

在式(2)中D小是機動的，根據不同材料的拉伸比要求來調整其數值大小，以達到一個理想的拉伸比。氟塑料電纜擠出中常用的塑料配模系數及拉伸比見表1。

表1 氟塑料配模系數及拉伸比

3 模具配置實例

例:FF46 1×6聚全氟乙丙烯絕緣電線，絕緣外徑3.76 mm，導體選用直徑2.76 mm的單絲，求絕緣擠出時的模芯、模套的結構尺寸。

已知:d大=3.76 mm，d小=2.76 mm。因為擠出方式為擠管式，如果配模系數太小容易松動，配模系數太大容易造成擠包對內應力過大，所以一般選擇配模系數K=1.1。

在式(1)和式(3)中，d大、d小、K都是已知的，而D小是機動的，可以自由調節。因為是小截面單芯線，拉伸比可稍大，以提高工作效率。

因此取S=92.5，從而計算出D小=22 mm。配模結構尺寸見表2。

表2 配模尺寸表

模具的設計并不是絕對的，在實際生產中，有時一副模具可以同時適用幾種型號規格電纜絕緣或護套的擠出。

4 結束語

以上講述的是含氟聚合物擠出模具的選配。隨著各行各業對用電安全意識的加強，對電纜性能的要求也越來越高，耐高溫阻燃電纜的使用也是與日俱增。在實際生產過程中，如何達到客戶滿意度，不光從質量方面考慮，外觀質量控制也是一大重點。配制一副合適的模具，對提高產品質量有著重要的作用。

［1］洪永華.塑料電線擠出模具設計［M］.光電線纜行業協會，1989.

［2］馬金駿.塑料擠出模具設計圖冊［M］.北京:輕工業出版社，1982.