淺析穩(wěn)相電纜FEP護套擠塑工藝

引言

穩(wěn)相電纜是相控陣雷達、電子對抗、導航天線、導引頭等相敏電子系統(tǒng)的關鍵傳輸元件,常暴露于極端高低溫、低氣壓、潮濕、電磁干擾等復雜環(huán)境中。護套作為穩(wěn)相電纜的重要結構,作用是保護電纜,使其不受溫度、機械、環(huán)境等因素的影響,聚全氟乙丙烯(FEP)因具有耐溫等級高、耐應力開裂、耐磨及易于加工等優(yōu)點,常用作穩(wěn)相電纜護套材料。FEP在其熔融可流動范圍內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擠出加工對設備和工藝要求較高,如選擇不當,容易出現熔體模內流動不穩(wěn)定性和熔融狀態(tài)破裂等現象,影響護套外觀和性能。為保證FEP護套擠出質量,擠出設備和工藝參數的選擇尤為關鍵。本文將結合多年的生產經驗,對穩(wěn)相電纜FEP護套擠塑工藝進行討論。

1FEP材料擠出特性

FEP樹脂的熔點為260~280℃,380℃時的熔體黏度為103~105Pa·s。高溫擠出加工中,當螺桿剪切速率超過某一臨界值時,將出現熔體流動不穩(wěn)定的情況,即熔體破裂,導致電纜護套表面光潔度、圓整度下降,出現橫向裂紋,抗應力開裂、抗老化性能等環(huán)境適應性大幅下降等問題,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。

2擠出工藝

2.1擠出模具

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

(1)產生足夠的擠出壓力,保證產品致密,通過配模系數(DRB)控制。DRB>1:緊包:DRB=1:平衡拉伸:DRB<1:松包。當DRB>1時,擠出速度快,樹脂經過一定的拉伸與芯緊密包覆,護套機械強度提高,對實際生產具有指導意義。DRB通常取1.05~1.15,若DRB過大(>1.20),容易出現熔體破裂[1]。

(2)在模具出口處,保證料流面各點的流速相近,通過拉伸比(DDR)控制。從提高護套的擠出質量來看,DDR小一些為佳。因為拉伸比大,即套孔徑大,拉伸嚴重,制品表面粗糙無光澤:拉伸比小,內應力較小,表面質量好,還可避免收縮現象。經過模具拉伸后,FEP分子鏈沿拉伸方向進行重排,結構規(guī)整度提高,有利于結晶,且拉伸比越大,取向度越高,材料結晶度也越高,材拉伸強度也相應提高。故選取合適的拉伸比,對于提高護套的性能也非常重要。對于穩(wěn)相電纜FEP護套擠望模具,DDR通常取5~30。

在選擇模具時,首先應保證DRB符合更求,其次再考慮DDR。

2.2擠出機螺桿

加工過程中,樹脂熔融所需的熱量來源于螺桿、機筒及物料分子間的內摩擦,故螺桿參數非常重要。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。螺槽深度也非常關鍵:過小,剪切熱過大,熔體溫度過高,樹脂過度降解,護套性能下降:過大,剪切熱較小,達不到加工溫度要求,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,擠出過程中應根據環(huán)境條件進行充分的溫度補償,以保證溫度恒定,同時要求擠出溫度設定合理,以保證塑化充分、均勻。設定工藝溫度過低或過高都會對護套性能造成影響。如溫度過低,未達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合較差,結合處機械強度低,易出現護套開裂。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套表面不圓整、鯊魚皮、疙瘩、竹節(jié)等缺陷,嚴重影響產品質量。如果溫度過高,會加速樹脂分解,護套機械強度下降,也容易引起護套開裂。由此可見,擠出溫度的設定和控制非常重要。

通常,FEP高溫擠出機分為送料段、壓縮段、均化段、(機筒與機頭)過渡段、機頭和模口共6個區(qū)段。各區(qū)段的溫度由送料段至機頭逐漸升高,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、機頭和模口的溫度應設置基本一致。對于常規(guī)的穩(wěn)相電纜,推薦的擠出溫度設置分別如下:280~320℃、320~350℃、330~380℃、350~390℃、350~390℃、350~390℃。機頭溫度控制尤為重要,波動應不超過2℃。在實際加工過程中,擠出溫度還應根據護套壁厚、線徑大小、樹脂熔融指數、螺桿轉速、環(huán)境溫度等因素適當地調整。當擠出護套壁薄、線徑大、樹脂熔融指數低、螺桿轉速高、環(huán)境溫度低時,應適當提高擠出溫度設置,反之則應降低擠出溫度。建議在樹脂不分解的前提下,適當提高溫度,可降低樹脂的熔融黏度,提高生產效率。

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

脂的結晶,提高護套的強度。

2.4擠出速度

擠出速度受擠出溫度、模具配置(配模系數、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有如下關系:

式中,DDR為拉伸比:H為(D-d)/2,其中D為模套內徑,d為模芯外徑。

實際擠出過程中護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,容易出現偏心或色差等情況,影響產品的合格率。

3結論

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

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

（3）螺桿關鍵參數為螺桿形式、壓縮比、各區(qū)段長度和螺槽深度。

（3)擠出溫度應根據樹脂特性、芯線規(guī)格進行合理設定,各區(qū)段溫度保持恒定。

（4)擠出速度應根據擠出溫度、模具配置和熔體流動速率進行合理設定。