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聚氨酯护套缆挤出工艺探讨
聚氨酯护套电缆挤出工艺探讨
130
化学工程与装备
ChemicalEngineeringamp;Equipment
2011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(lt;
2)的螺杆并不适宜TPU的挤出.笔者曾使
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