聚氨酯护套缆挤出工艺探讨.doc

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