浅析稳相电缆FEP护套挤塑工艺

引言

稳相电缆是相控阵雷达、电子对抗、导航天线、导引头等相敏电子系统的关键传输元件,常暴露于极端高低温、低气压、潮湿、电磁干扰等复杂环境中。护套作为稳相电缆的重要结构,作用是保护电缆,使其不受温度、机械、环境等因素的影响,聚全氟乙丙烯(FEP)因具有耐温等级高、耐应力开裂、耐磨及易于加工等优点,常用作稳相电缆护套材料。FEP在其熔融可流动范围内具有较低的熔融黏性和热稳定性,适宜采用高温挤出的方法加工成型。FEP挤出加工对设备和工艺要求较高,如选择不当,容易出现熔体模内流动不稳定性和熔融状态破裂等现象,影响护套外观和性能。为保证FEP护套挤出质量,挤出设备和工艺参数的选择尤为关键。本文将结合多年的生产经验,对稳相电缆FEP护套挤塑工艺进行讨论。

1FEP材料挤出特性

FEP树脂的熔点为260~280℃,380℃时的熔体黏度为103~105Pa·s。高温挤出加工中,当螺杆剪切速率超过某一临界值时,将出现熔体流动不稳定的情况,即熔体破裂,导致电缆护套表面光洁度、圆整度下降,出现横向裂纹,抗应力开裂、抗老化性能等环境适应性大幅下降等问题,影响电缆的使用。熔体破裂主要与剪切速率、模具配置、挤出温度和速度等加工因素有关。

2挤出工艺

2.1挤出模具

模具是FEP挤出加工最关键的影响因素之一,因FEP树脂熔融黏度和拉伸力较大,应采用挤管式模具。模具与机头应呈流线型,流道表面光滑,避免死角的出现,以保证出胶的稳定性,如模具配置不当,容易出现熔体破裂、表面粗糙、裂纹、机械强度低等缺陷。FEP挤管式模具的选用,主要遵循以下原则:

(1)产生足够的挤出压力,保证产品致密,通过配模系数(DRB)控制。DRB>1:紧包:DRB=1:平衡拉伸:DRB<1:松包。当DRB>1时,挤出速度快,树脂经过一定的拉伸与芯紧密包覆,护套机械强度提高,对实际生产具有指导意义。DRB通常取1.05~1.15,若DRB过大(>1.20),容易出现熔体破裂[1]。

(2)在模具出口处,保证料流面各点的流速相近,通过拉伸比(DDR)控制。从提高护套的挤出质量来看,DDR小一些为佳。因为拉伸比大,即套孔径大,拉伸严重,制品表面粗糙无光泽:拉伸比小,内应力较小,表面质量好,还可避免收缩现象。经过模具拉伸后,FEP分子链沿拉伸方向进行重排,结构规整度提高,有利于结晶,且拉伸比越大,取向度越高,材料结晶度也越高,材拉伸强度也相应提高。故选取合适的拉伸比,对于提高护套的性能也非常重要。对于稳相电缆FEP护套挤望模具,DDR通常取5~30。

在选择模具时,首先应保证DRB符合更求,其次再考虑DDR。

2.2挤出机螺杆

加工过程中,树脂熔融所需的热量来源于螺杆、机筒及物料分子间的内摩擦,故螺杆参数非常重要。一般采用单头全螺纹、等距、突变压缩型螺杆,螺杆顶端呈圆锥形,以防止树脂停滞分解。螺杆直径D为小25~65mm,螺杆长径比(L/D)为20~25,压缩比为3。螺杆由加料段、压缩段、均化段构成,各段长度分别为(15~19)D、0.5D、(4~5.5)D。螺槽深度也非常关键:过小,剪切热过大,熔体温度过高,树脂过度降解,护套性能下降:过大,剪切热较小,达不到加工温度要求,容易引起塑化不完全。螺槽深度由压缩段向均化段逐渐变浅,均化段螺槽深度最浅。螺杆转速一般为5~15r/min。

2.3挤出温度

FEP挤出温度较高,与环境温度相差悬殊,热损失大,温度控制较为困难,挤出过程中应根据环境条件进行充分的温度补偿,以保证温度恒定,同时要求挤出温度设定合理,以保证塑化充分、均匀。设定工艺温度过低或过高都会对护套性能造成影响。如温度过低,未达到熔融挤出所需的工艺温度,在胶体中存在塑化不完全的生胶,因其与充分熔融的胶体的结合较差,结合处机械强度低,易出现护套开裂。此外,塑化程度不同的胶体,流动性和拉伸性能亦不相同,挤出过程因流速不同易形成护套表面不圆整、鲨鱼皮、疙瘩、竹节等缺陷,严重影响产品质量。如果温度过高,会加速树脂分解,护套机械强度下降,也容易引起护套开裂。由此可见,挤出温度的设定和控制非常重要。

通常,FEP高温挤出机分为送料段、压缩段、均化段、(机筒与机头)过渡段、机头和模口共6个区段。各区段的温度由送料段至机头逐渐升高,区段间的温差一般为10~20℃。因树脂在过渡段已基本完成塑化过程,为保证良好的流动性,过渡段、机头和模口的温度应设置基本一致。对于常规的稳相电缆,推荐的挤出温度设置分别如下:280~320℃、320~350℃、330~380℃、350~390℃、350~390℃、350~390℃。机头温度控制尤为重要,波动应不超过2℃。在实际加工过程中,挤出温度还应根据护套壁厚、线径大小、树脂熔融指数、螺杆转速、环境温度等因素适当地调整。当挤出护套壁薄、线径大、树脂熔融指数低、螺杆转速高、环境温度低时,应适当提高挤出温度设置,反之则应降低挤出温度。建议在树脂不分解的前提下,适当提高温度,可降低树脂的熔融黏度,提高生产效率。

挤出模具外增加加热环,减缓护套的骤冷,同时,在冷却水温的选择上,应控制在50~80℃,可降低内应力,并改善树

脂的结晶,提高护套的强度。

2.4挤出速度

挤出速度受挤出温度、模具配置(配模系数、拉伸比)和熔体流动速率等的影响。挤出速度⑦与剪切速率y有如下关系:

式中,DDR为拉伸比:H为(D-d)/2,其中D为模套内径,d为模芯外径。

实际挤出过程中护套外径还受模具出口处树脂熔体锥体长度的影响,如速度过低,锥体长度会增加,因护套尚未冷却定型,在重力作用下,锥体无法保持沿线各处均匀圆整,容易出现偏心或色差等情况,影响产品的合格率。

3结论

稳相电缆FEP护套挤塑工艺关键因子为模具配置、螺杆参数、挤出温度和速度:

（1）关于模具配置,采用挤管式,配模系数为1.05~1.15,拉伸比为5~30。

（3）螺杆关键参数为螺杆形式、压缩比、各区段长度和螺槽深度。

（3)挤出温度应根据树脂特性、芯线规格进行合理设定,各区段温度保持恒定。

（4)挤出速度应根据挤出温度、模具配置和熔体流动速率进行合理设定。