引言

穩(wěn)相電纜是相控陣?yán)走_(dá)、電子對抗、導(dǎo)航天線、導(dǎo)引頭等相敏電子系統(tǒng)的關(guān)鍵傳輸元件,常暴露于極端高低溫、低氣壓、潮濕、電磁干擾等復(fù)雜環(huán)境中。護(hù)套作為穩(wěn)相電纜的重要結(jié)構(gòu),作用是保護(hù)電纜,使其不受溫度、機(jī)械、環(huán)境等因素的影響,聚全氟乙丙烯(FEP)因具有耐溫等級高、耐應(yīng)力開裂、耐磨及易于加工等優(yōu)點(diǎn),常用作穩(wěn)相電纜護(hù)套材料。FEP在其熔融可流動范圍內(nèi)具有較低的熔融黏性和熱穩(wěn)定性,適宜采用高溫擠出的方法加工成型。FEP擠出加工對設(shè)備和工藝要求較高,如選擇不當(dāng),容易出現(xiàn)熔體模內(nèi)流動不穩(wěn)定性和熔融狀態(tài)破裂等現(xiàn)象,影響護(hù)套外觀和性能。為保證FEP護(hù)套擠出質(zhì)量,擠出設(shè)備和工藝參數(shù)的選擇尤為關(guān)鍵。本文將結(jié)合多年的生產(chǎn)經(jīng)驗,對穩(wěn)相電纜FEP護(hù)套擠塑工藝進(jìn)行討論。

1FEP材料擠出特性

FEP樹脂的熔點(diǎn)為260~280℃,380℃時的熔體黏度為103~105Pa·s。高溫擠出加工中,當(dāng)螺桿剪切速率超過某一臨界值時,將出現(xiàn)熔體流動不穩(wěn)定的情況,即熔體破裂,導(dǎo)致電纜護(hù)套表面光潔度、圓整度下降,出現(xiàn)橫向裂紋,抗應(yīng)力開裂、抗老化性能等環(huán)境適應(yīng)性大幅下降等問題,影響電纜的使用。熔體破裂主要與剪切速率、模具配置、擠出溫度和速度等加工因素有關(guān)。

2擠出工藝

2.1擠出模具

模具是FEP擠出加工最關(guān)鍵的影響因素之一,因FEP樹脂熔融黏度和拉伸力較大,應(yīng)采用擠管式模具。模具與機(jī)頭應(yīng)呈流線型,流道表面光滑,避免死角的出現(xiàn),以保證出膠的穩(wěn)定性,如模具配置不當(dāng),容易出現(xiàn)熔體破裂、表面粗糙、裂紋、機(jī)械強(qiáng)度低等缺陷。FEP擠管式模具的選用,主要遵循以下原則:

(1)產(chǎn)生足夠的擠出壓力,保證產(chǎn)品致密,通過配模系數(shù)(DRB)控制。DRB>1:緊包:DRB=1:平衡拉伸:DRB<1:松包。當(dāng)DRB>1時,擠出速度快,樹脂經(jīng)過一定的拉伸與芯緊密包覆,護(hù)套機(jī)械強(qiáng)度提高,對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。DRB通常取1.05~1.15,若DRB過大(>1.20),容易出現(xiàn)熔體破裂[1]。

(2)在模具出口處,保證料流面各點(diǎn)的流速相近,通過拉伸比(DDR)控制。從提高護(hù)套的擠出質(zhì)量來看,DDR小一些為佳。因為拉伸比大,即套孔徑大,拉伸嚴(yán)重,制品表面粗糙無光澤:拉伸比小,內(nèi)應(yīng)力較小,表面質(zhì)量好,還可避免收縮現(xiàn)象。經(jīng)過模具拉伸后,FEP分子鏈沿拉伸方向進(jìn)行重排,結(jié)構(gòu)規(guī)整度提高,有利于結(jié)晶,且拉伸比越大,取向度越高,材料結(jié)晶度也越高,材拉伸強(qiáng)度也相應(yīng)提高。故選取合適的拉伸比,對于提高護(hù)套的性能也非常重要。對于穩(wěn)相電纜FEP護(hù)套擠望模具,DDR通常取5~30。

在選擇模具時,首先應(yīng)保證DRB符合更求,其次再考慮DDR。

2.2擠出機(jī)螺桿

加工過程中,樹脂熔融所需的熱量來源于螺桿、機(jī)筒及物料分子間的內(nèi)摩擦,故螺桿參數(shù)非常重要。一般采用單頭全螺紋、等距、突變壓縮型螺桿,螺桿頂端呈圓錐形,以防止樹脂停滯分解。螺桿直徑D為小25~65mm,螺桿長徑比(L/D)為20~25,壓縮比為3。螺桿由加料段、壓縮段、均化段構(gòu)成,各段長度分別為(15~19)D、0.5D、(4~5.5)D。螺槽深度也非常關(guān)鍵:過小,剪切熱過大,熔體溫度過高,樹脂過度降解,護(hù)套性能下降:過大,剪切熱較小,達(dá)不到加工溫度要求,容易引起塑化不完全。螺槽深度由壓縮段向均化段逐漸變淺,均化段螺槽深度最淺。螺桿轉(zhuǎn)速一般為5~15r/min。

2.3擠出溫度

FEP擠出溫度較高,與環(huán)境溫度相差懸殊,熱損失大,溫度控制較為困難,擠出過程中應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行充分的溫度補(bǔ)償,以保證溫度恒定,同時要求擠出溫度設(shè)定合理,以保證塑化充分、均勻。設(shè)定工藝溫度過低或過高都會對護(hù)套性能造成影響。如溫度過低,未達(dá)到熔融擠出所需的工藝溫度,在膠體中存在塑化不完全的生膠,因其與充分熔融的膠體的結(jié)合較差,結(jié)合處機(jī)械強(qiáng)度低,易出現(xiàn)護(hù)套開裂。此外,塑化程度不同的膠體,流動性和拉伸性能亦不相同,擠出過程因流速不同易形成護(hù)套表面不圓整、鯊魚皮、疙瘩、竹節(jié)等缺陷,嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。如果溫度過高,會加速樹脂分解,護(hù)套機(jī)械強(qiáng)度下降,也容易引起護(hù)套開裂。由此可見,擠出溫度的設(shè)定和控制非常重要。

通常,FEP高溫擠出機(jī)分為送料段、壓縮段、均化段、(機(jī)筒與機(jī)頭)過渡段、機(jī)頭和?？诠?個區(qū)段。各區(qū)段的溫度由送料段至機(jī)頭逐漸升高,區(qū)段間的溫差一般為10~20℃。因樹脂在過渡段已基本完成塑化過程,為保證良好的流動性,過渡段、機(jī)頭和?？诘臏囟葢?yīng)設(shè)置基本一致。對于常規(guī)的穩(wěn)相電纜,推薦的擠出溫度設(shè)置分別如下:280~320℃、320~350℃、330~380℃、350~390℃、350~390℃、350~390℃。機(jī)頭溫度控制尤為重要,波動應(yīng)不超過2℃。在實際加工過程中,擠出溫度還應(yīng)根據(jù)護(hù)套壁厚、線徑大小、樹脂熔融指數(shù)、螺桿轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度等因素適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。當(dāng)擠出護(hù)套壁薄、線徑大、樹脂熔融指數(shù)低、螺桿轉(zhuǎn)速高、環(huán)境溫度低時,應(yīng)適當(dāng)提高擠出溫度設(shè)置,反之則應(yīng)降低擠出溫度。建議在樹脂不分解的前提下,適當(dāng)提高溫度,可降低樹脂的熔融黏度,提高生產(chǎn)效率。

擠出模具外增加加熱環(huán),減緩護(hù)套的驟冷,同時,在冷卻水溫的選擇上,應(yīng)控制在50~80℃,可降低內(nèi)應(yīng)力,并改善樹

脂的結(jié)晶,提高護(hù)套的強(qiáng)度。

2.4擠出速度

擠出速度受擠出溫度、模具配置(配模系數(shù)、拉伸比)和熔體流動速率等的影響。擠出速度⑦與剪切速率y有如下關(guān)系:

式中,DDR為拉伸比:H為(D-d)/2,其中D為模套內(nèi)徑,d為模芯外徑。

實際擠出過程中護(hù)套外徑還受模具出口處樹脂熔體錐體長度的影響,如速度過低,錐體長度會增加,因護(hù)套尚未冷卻定型,在重力作用下,錐體無法保持沿線各處均勻圓整,容易出現(xiàn)偏心或色差等情況,影響產(chǎn)品的合格率。

3結(jié)論

穩(wěn)相電纜FEP護(hù)套擠塑工藝關(guān)鍵因子為模具配置、螺桿參數(shù)、擠出溫度和速度:

（1）關(guān)于模具配置,采用擠管式,配模系數(shù)為1.05~1.15,拉伸比為5~30。

（3）螺桿關(guān)鍵參數(shù)為螺桿形式、壓縮比、各區(qū)段長度和螺槽深度。

（3)擠出溫度應(yīng)根據(jù)樹脂特性、芯線規(guī)格進(jìn)行合理設(shè)定,各區(qū)段溫度保持恒定。

（4)擠出速度應(yīng)根據(jù)擠出溫度、模具配置和熔體流動速率進(jìn)行合理設(shè)定。