温度对电缆塑料绝缘及护套挤出质量的影响

铁路信号电缆适用于铁路信号自动闭塞系统、计轴、车站电码化、计算机联锁、微机监测、调度集中、调度监督、大功率电动转辙机等有关信号设备和控制装置之间，传输控制信息、监测信息和电能等。铁路信号电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式制成的，挤出设备采用单螺杆挤出机。在挤出过程中，装人料斗中的塑料借助重力或加料螺旋进入机筒，在旋转螺杆的推力作用下向前推进，同时塑料受到螺杆的搅拌和挤压，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下，转变为粘流态，在螺槽中形成均匀连续的料流，在到达机头时，经模芯和模套间的环形间隙挤包于线芯周围，形成连续密实的绝缘或护套层。整个挤出过程可分成3个阶段，即：混合、熔融和均化；挤压成型；冷却和固化。

一、挤出温度的控制

在塑料挤出的过程中，物料聚集态的转变以及物料的粘度都取决于温度，温度对制品的产量和质量影响很大，特别是塑化情况，更能直接影响制品的物理机械性能和外观。为使固体物料熔化成熔体，挤出物的最终温度应大于物料的粘流温度，其上限温度应小于物料的分解温度。

1．若在低温下挤出有如下优点：低温下挤出的物料粘度大，容易保持原来的形状，不易变形；由于挤出物中热能小，所需冷却时间短，可以缩短冷却水槽的长度；此外，温度低还可以减少聚合物降解。低温下挤出的缺点：挤出温度低，临界剪切应力、临界剪切速率也低，这样易形成熔体破裂，造成表面粗糙，光亮度差。铁路信号电缆通常用聚乙烯，如果聚乙烯在挤出过程中温度过低，其结晶度增大，那么结晶相与无定形相的边缘上产生的内应力就会增大，将导致绝缘或护套后期的开裂。另外温度低，物料熔融段延长，从均化段出来的熔体中会夹杂有固体物料，这些未熔物料和熔体一起成型于制品上，会使绝缘或护套的机械性能和电气性能下降，同时未充分塑化的制品的耐环境应力开裂性比充分塑化的要差。

2．若在高温下挤出有如下优点：表面质量好；机械物理性能好；挤出物粘度下降，流动性好，挤出所消耗的功率小。不过过高的温度将使聚合物的粘度大大降低，不适当的增大流动性容易引起挤出制品的形状扭曲和收缩等。另外，温度高到分解温度附近时还会引起聚合物分解，以致降低产品物理性能或引起外观不良等。因此物料的粘流温度和分解温度一样是聚合物材料进行成型加工的重要参数。综上，塑料挤出采用适当的低温会比较合适。 

二、挤出温度的设置

根据物料物态在机筒中的变化过程，挤出螺杆可以分为加料段、熔融段、均化段3段。根据螺杆各段的工作原理及物料在各段的变化，分别设定各段的温度。 

1．在加料段，首先是为颗粒状的固体塑料提供软化温度，其次是以螺杆的旋转与固定的机筒之间产生的剪切应力作用在塑料颗粒上，实现对软化塑料的破碎。而最主要的则是以螺杆旋转产生足够大的连续而稳定的推力和反向摩擦力，以形成连续而稳定的挤出压力，进而实现对塑料的搅拌与均匀混合，并初步实行热交换，从而为连续而稳定的挤出提供基础。在此阶段产生的推力是否连续均匀稳定、剪切应变率的高低、搅拌是否均匀等都直接影响挤出质量和产量，所以加料段应采用低温。该段为输送段，要产生足够的推力才可以将料向前推送，温度过高的话，塑料就会过早熔融，形不成“固体塞”，易导致塑料分解，还会造成挤出压力波动和塑化不均。

2．在熔融段，经软化并初步搅拌混合的塑料，由于螺杆的推挤作用，沿螺槽向机头移动，进入熔融段。在熔融段的温度要升高，此段热量的来源除机筒外部加热之外，螺杆旋转的摩擦热也起一定的作用。而来自加料段的推力和来自均化段的反作用力，使塑料在前进中形成了回流，该回流产生在螺槽内以及螺杆与机筒的间隙中，不但使物料进一步均匀混合，而且使塑料热交换作用加大，达到了表面的热平衡。由于此阶段的作用温度已超过了塑料的流变温度，加之作用时间较长，致使塑料发生了物态的转变，与加热机筒接触的物料开始熔化，在机筒内表面形成一层聚合物熔膜，当熔膜的厚度超过螺纹顶与机筒之间的间隙时，就会被旋转的螺纹刮下来，聚集在推进螺纹的前面，形成熔池。由于机筒和螺纹根部的相对运动，使熔池产生了物料的循环流动，这样才能保证塑料塑化。3．在均化段，温度继续升高，塑料在熔融段已大部分塑化，而其中小部分高分子组成尚未开始塑化，这部分未塑化的粒子需要更高塑化温度，因此，均化段的温度升高是使塑料进一步塑化和均化。

4．机脖温度保持均化段温度或稍有升高，因为该处多孔板变塑料的旋转运动为直线运动，并且有滤网的阻挡作用，使料流不太顺畅，温度不宜降低。 

5．机头温度应比机脖温度稍有降低，因为熔体在此处有固定表层与机头壁接触，温度高易焦烧分解。

6．模口温度升高能够提高表面光亮度，表面质量好，但模口温度过高，不但会造成表层分解，更会造成成型冷却困难，使产品难于定型，易于下垂自行形变或压扁变形；若温度降低，虽使制品定型容易，但易影响表面质量。

三、结束语

在铁路信号电缆实际生产中，通常用到不同密度的聚乙烯，尽管不同密度的聚乙烯挤出温度控制的高低不一，但有一个普遍的规律：即从加料段起到模口止，都有一个温度从低到高再到低的变化规律。如果挤出过程中温度控制的不合适，塑料绝缘或护套就会产生很多缺陷，影响电缆的表面质量。