5.7. ФОРМУЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКСТРУЗИИ

На производительность экструзионного агрегата и ка­ чество выпускаемой кабельной продукции существенное влияние оказывает формующий инструмент (дорн, матри­ ца), в котором происходит непосредственное формирова­ ние расплава полимера в цилиндрический слой изоляции или оболочки, а также такие технологические парамет­ ры, характеризующие процесс экструзии, как геометри­ ческие размеры червяка и цилиндра экструдера, частота

Рис. 5.27. Схемы взаим­ ного расположения дорна и матрицы.

а — плотное наложение изо­ ляции (с обжатием); б — свободное наложение изоля­ ции (трубкой); в — наложе­ ние изоляции о малым обжа­ тием.

вращения червяка, температурный режим в цилиндре и головке, скорость прохождения заготовки через головку экструдера.

Основные геометрические размеры формующего инструмента при наложении полиэтиленовой изоляции

Дм= (1+ 1,1)^113, где dU3— диаметр по изоляции, мм.

В зависимости от взаимного расположения дорна и матрицы (рис. 5.27) меняется плотность наложения изо­ ляции на токопроводящую жилу или, как обычно гово­ рят, степень обжатия, а также производительность экс­ трудера. Наиболее часто используется расположение формующего инструмента, соответствующее схеме, пред­ ставленной на рис. 5.27,а. При этом наблюдается наибо­ лее плотное наложение изоляции. При расположении, соответствующем рис. 5.27,6, наоборот, происходит свободное выпрессование слоя изоляции, который накла­ дывается на жилу без обжатия в виде трубки. Располо­ жение з соответствии со схемой, показанной на рис. 5.27,6, является промежуточным случаем — наложе­ нием изоляции с малым обжатием.

Высокая степень обжатия применяется обычно при изготовлении изоляции кабелей и проводов высокого на­

пряжения, для которых недопустимо наличие воздушных включений у поверхности жилы. В случае наложения изоляции кабелей и проводов, работающих при низком напряжении, когда наличие воздушных включений не опасно, формующий инструмент может располагаться по схеме, обеспечивающей малое обжатие (рис. 5.27,в). Свободное наложение слоя полимера обычно применяет­ ся при наложении пластмассовых оболочек, а также при

в том случае, когда токопроводящая жила движется через головку экструдера быстрее, чем выпрессовывается слой полимера. При этом происходит вытягивание полимера движущейся жилой и уменьшение радиальной толщины изоляции. Это ведет к увеличению линейной скорости, а также требует большего радиального зазора между дорном и цилиндрической частью матрицы. Выпрессование изоляции трубкой применяется в том слу­ чае, когда требуется наложить изоляцию на жилу, на­ пример секторную. В этом случае во внутреннем отвер­ стии дорна создается разрежение (так называемое «вакуумирование дорна») за счет подключения вакуум­ ного насоса через специальное приспособление 10 в дорнодержателе (см. рис. 5.15). За счет разрежения слои изоляции плотно облегает жилу.

При наложении изоляции трубкой по сравнению с плотным наложением характер течения полимера при прочих равных условиях более приближен к ламинарно­ му, так как в этом случае стенки канала, по которому течет поток, имеют меньше углов, около которых воз­ можны завихрения.

При увеличении расстояния а между дерном и цилин­ дрической частью матрицы (рис. 5.28) не только увели­ чивается степень обжатия, но и несколько увеличивается производительность. Это объясняется тем, что при этом увеличивается конусный кольцевой зазор между дорном и матрицей и соответственно увеличивается пропускная способность головки К. Свободное, без обжатия, нало­ жение слоя полимера на жилу по схеме рис. 5.27,6 объ­ ясняется тем, что на выходе из головки давление падает до атмосферного, а именно в этом месте и происходит наложение изоляции. Высокая степень обжатия при рас­ положении инструмента по схеме рис. 5.27,я объясняется.

тем, что в месте соприкосновения полимера с жилой; т. е. на выходе из дорна, давление значительно повы­ шается. Напомним (см. § 5.3), что общее падение в го­ ловке распределяется в основном по трем зонам головки* причем наименьшее значение имеет почти всегда величи­ на /С3, что соответствует наибольшему перепаду давления в зоне цилиндрической части матрицы, где окончательно и формируется слой изоляции.

Слишком большое расстояние между дорном и мат­ рицей может привести к обрыву токопроводящей жилы, а также способствует ухудшению центровки жилы в ци­

грева слоя полимера за счет на­ гретых поверхностей дорна и матрицы этот угол целесо­ образно делать небольшим (0—10°).

Диаметр цилиндрической части матрицы £>м опреде­ ляет наружный диаметр Д 13 выпрессовываемого слоя по­

факт, что ряд материалов после выхода из головки экструдера и последующего охлаждения меняет свои размеры. Так, полиэтиленовая изоляция в процессе охлаждения имеет усадку, т. е. уменьшается Д 13. Поэто­ му диаметр матрицы берется несколько больше, чем Д 13. Это увеличение достигает до 10% и зависит как от Дз, так и от толщины слоя изоляции.

Невулканизованная резиновая изоляция после выхода из головки экструдера несколько увеличивает свои раз­ меры, что связано с наличием высокоэластических де­ формаций в этом материале. Поэтому диаметр матрицы

отверстия дорна жила может оборваться из-за проник­ новения в этот зазор находящегося под избыточным дав­ лением полимера.

На производительность экструдеров и качество изго­ тавливаемых с их помощью кабелей и проводов, кроме параметров формующего инструмента, существенное влияние оказывают такие технологические параметры процесса экструзии, как форма и размеры червяка, тем­ пературный режим в зонах цилиндра и головки, темпера­ турный режим охлаждения и др.

Рис. 5.29. Формующий инструмент для наложения полиэтиленовой изоляции.

а — дорн; 6 — матрица; в — двухконусная матрица.

Размеры и формы червяка зависят от типа экструде­ ра и от вида перерабатываемого материала. Обычно основным параметром червяка является его диаметр по нарезке D (рис. 5.30). Остальные размеры чаще всего выражаются относительно величины D. Для таких тер­ мопластичных полимеров, как полиэтилен, поливинил­ хлоридные пластикаты, обычно применяют червяки боль­ шой длины с относительно небольшой глубиной h на­ резки. Длина L этих червяков (рис. 5.30) составляет от 15 до 25D, причем в последнее время предпочтение отдается более длинным червякам.

Г л у б и н а нарезки hn в дозирующей зоне для пласт­ масс обычно выбирается в пределах (0,05—0,15)Д а степень сжатия (компрессия), определяемая отноше­ нием глубин нарезки в зоне загрузки h3 и зоне дозирова­ ния hn, в зависимости от перерабатываемого материала лежит в пределах 2—4,5. Чем меньше h, тем материал более равномерно прогревается, а следовательно, наблю­ даются большие стабильность вязкости в канале червяка

уменьшение глубины нарезки червяка в дозирующей зо­

из соотношения

tg ф= tjnD .

Ши р и н а г р е б н я е нарезки обычно лежит в пре­

делах (0,1—0,15)/).

З а з о р б между гребнем нарезки и сгенкой цилиндра должен быть как можно меньше и составлять (0,001—0,002)/). В процессе работы допускается некото­ рое увеличение величины б до 0,004/).

На качество изготавливаемого кабеля (провода) ока-

Существуют насадки различной формы, которые крепят­ ся на резьбе к торцевой части червяка и способствуют лучшему продвижению материала из цилиндра в голов­ ку. Для переработки поливинилхлоридного пластиката часто используются конусообразные насадки с винтовой нарезкой, входящие в канал головки, по которому рас­ плав полимера поступает из цилиндра к дорнодержателю (рис. 5.31). Такая насадка препятствует образованию мертвых зон в конце цилиндра и начале головки, в кото­ рых возможен застой, перегрев и разложение полимера. При такой насадке решетка и сетки делаются кольцевой формы. Имеются насадки и других форм.

Температура в зонах цилиндра и головки экструдера и в охлаждающем устройстве оказывает большое влия­ ние на качество изоляции и производительность экстру­ дера. Выше отмечалось, что температуры стенки цилинд­ ра tn и поверхности червяка /ч в загрузочной зоне

выбираются такими, чтобы обеспечивался наибольший коэффициент трения между полимером и стенкой ци­ линдра и наименьший — между полимером и поверхно­ стью червяка (см. рис. 5.4). В дозирующей зоне важное значение имеет однородность свойств полимера по всему объему канала нарезки червяка, что обеспечивается рав­ номерным его нагревом. Этим обеспечивается высокое качество изоляции, выражающееся в однородности свойств по толщине слоя изоляции.

Наибольшую производительность можно получить в том случае, когда червяк имеет максимально высокую температуру. В этом случае при увеличении температуры расплава у поверхности червяка существенно снижается его вязкость рч и в соответствии с рис. 5.18 коэффициент Fi стремится к сзоему предельному значению, равному 2. Однако следует иметь в виду, что при этом ухудшается гомогенность расплава, а также имеется опасность чрез­ мерного перегрева полимера, приводящего к его разло­ жению.

В свою очередь уменьшение температуры как цилин­ дра, так и червяка из-за увеличения вязкости полимера приводит к уменьшению обратного потока Q0бр и потока утечки QyT. Это делает более пологой характеристику червяка (см. рис. 5.17) и обеспечивает более стабильную работу экструдера [т. е. меньшие колебания производи­ тельности, а следовательно, и размеров кабеля (прово­ да) при отклонении от нормы технологических парамет­ ров]. Поэтому в тех случаях, когда обеспечение стабиль­ ности размеров изготавливаемых кабелей является осо­ бенно важным, применяют охлаждение червяка и особен­ но его дозирующей зоны. Особенно это эффективно для червяков с глубокой нарезкой.

Для обеспечения особой стабильности технологиче­ ского процесса часто увеличивают число зон обогрева цилиндра до четырех и даже до пяти. Конкретные тем­ пературные режимы по зонам экструдера, головки и формующего инструмента для различных перерабатывае­ мых материалов приводятся ниже при описании техно­ логических режимов в производстве конкретных типов

кабелей и проводов.

После выхода из головки экструдера токопроводящая жила с нанесенным слоем изоляции, находящимся в со­ стоянии расплава при температуре около 200°С (поли­ этилен, поливинилхлоридные пластикаты), должна охла­

диться до температуры, при которой возможен ее прием на тяговое устройство. Необходимо эти материалы охла­ дить по крайней мере до 60—70°С, чтобы исключить возможность деформации нанесенного слоя изоляции при прохождении через тяговое устройство агрегата. В современных агрегатах обычно применяется охлаж­ дающее устройство в виде открытой ванны с циркули­ рующей охлаждающей водой, через которую движется изолированная жила.

При охлаждении полиэтиленовой изоляции приме­ няют постепенное ступенчатое ее охлаждение, для чего используется чаще всего трехсекционная ванна. Темпе­ ратура воды в первой секции 80—90°С, во второй 50— 70°С, в третьей — водопроводная вода. Такое постепен­ ное охлаждение обусловлено большой усадкой полиэти­ лена и малой его теплопроводностью.

Если поступающий в охлаждающее устройство слой полиэтиленовой изоляции, находящийся при температуре около 200°С, охлаждается сразу холодной водой, то на­ ружные слои изоляции быстро остывают и уменьшают свои размеры до определенного фиксированного значе­ ния. Из-за низкой теплопроводности внутренние слои изоляции еще не успеют охладиться и будут находиться в состоянии расплава. Постепенно будут охлаждаться и эти слои, существенно уменьшая свой объем. Однако это будет происходить при уже охлажденных и сформи­ ровавшихся наружных слоях, а поэтому во внутренних слоях изоляции и у поверхности жилы возможны появле­ ния воздушных -пустот. Эти явления более ярко выра­ жаются при больших радиальных толщинах изоляции. Наличие воздушных пузырей, пустот и мелких включе­ ний недопустимо почти во всех видах изоляции кабелей и проводов, так как существенно ухудшает электриче­ скую прочность, однородность электрических и механиче­ ских характеристик изоляции и т. п. Во избежание ука­ занных явлений и проводят постепенное охлаждение по­ лиэтиленовой изоляции.

Однако при малых толщинах слоя изоляции (менее 0,7 мм) из-за незначительного перепада температур по толщину полиэтиленовую изоляцию можно охлаждать

холодной водой.

Изоляция из поливинилхлоридцого пластиката ох­ лаждается сразу водопроводной водой. Это объясняет­ ся небольшим температурным коэффициентом объемно­