Главная  Производство кабелей 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ 32 ] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50]

5.10. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ФТОРПОЛИМЕРОВ И ПОЛИАМИДОВ

Особенности переработки термопластичных фторполимеров обусловлены спецификой их свойств. Из-за высоких температуры плавления и вязкости расплава необходимо, чтобы нагреватели экструдера обеспечивали нагрев до температуры 400-450° С, для чего их мощность должна составлять 4~~ 4,5 Вт/см. Фланец, соединяющий головку с цилиндром, также должен быть обогреваемым. Близость температуры переработки и разложения, а также высокие требования к стабильности проводов и кабелей обусловливают необходимость высокой точности поддержания температурного режима: колебания не должны превыщать + Г С. Следует также непосредственно контролировать температуру расплава. Экструдеры для фторполимеров не отличаются в принципе от обычных и выполняются из специальных коррозионно-стойких сплавов, так как продукты, выделяющиеся при переработке фторполимеров,. вызывают интенсивную коррозию обычных сталей, а железо, входящее в их состав, является катализатором разложения фторполимеров. Для частей экструдера, контактирующих с расплавом, применяют хромоникелевые и никель-молибденовые сплавы с небольшим содержанием железа, например, марок ХН 77ТЮР (ЭИ-473Б) и 47 НХМ. Применяют червяки как с короткой, так и с большой длиной зоны сжатия; последнее- главным образом, для ПВДФ; степень сжатия 2,5-3.

Хорошие результаты дает червяк барьерного типа. Для равномерного прогрева расплава глубина канала в дозирующей зоне не должна превышать 6% диаметра червяка. Охлаждение червяка обычно не применяют. Частота вращения червяка, как правило, не превышает 50 мин что ограничивается невысокими критическими скоростями сдвига. Решетки и сетки обычно не применяют, но, если есть необходимость увеличить сопротивление (при большой толщине изоляции), улучшить гомогенность расплава (при применении наполнителей или концентратов красителя) или проводить фильтрацию при экструзии, то сетки и решетки должны быть изготовлены из коррозионно-стойких сплавов и не создавать застойных зон.

Поскольку фторполимеры негигроскопичны, то нет необходимости в предварительной подсушке материала. Однако влага может конденсироваться на поверхности гранул, а также сорбироваться пигментами концентратов красителей; в этом случае может потребоваться либо предварительная сушка в течение 8-16 ч при 120-160° С, либо обдув горячим воздухом перед подачей гранул в бункер экструдера.

Как указывалось вы,ше, скорость переработки термопластичных фторполимеров обычно ограничивается наступлением ре-

194

ясимов неустойчивого течения. Используют два пути увеличения скорости: повышение температуры расплава и снижение максимальной скорости сдвига. Первый путь реализуется как путем увеличения температуры на матрице и на головке, так и путем сокращения отвода теплоты к дорну и заготовке. Это достигается установкой в дорн либо обогревателя либо теплоизолирующей втулки, что обычно может быть реализовано при относительно больших размерах изготовляемого кабеля и соответственно дорна.

Второй путь - это свободное наложение изоляции. Такой способ применяют при переработке всех фторпластов, однако ЭТФЭ и ПВДФ, имеющие более высокие критические скорости сдвига, могут быть переработаны и способом с обжатием. фторопласт-40Ш,. характеризующийся относительно высокой критической скоростью сдвига и низкой способностью к вытяжке, накладывают на жилу обычно с обжатием. Выбор конкретных размеров формующего инструмента ведется в порядке, указанном в § 5.7; критические скорости сдвига, рекомендуемые степени вытяжки и температуры переработки приведены в гл. 2 и 5.

Цилиндрическая часть дорна обычно выступает из матрицы на 0,5-1,5 мм; для ФЭП и ПФА длина формующей части составляет 50 мм, длина конуса расплава-10-50 мм. При большем конусе может возникнуть нестабильность толщины изоляции, овальность и увеличиться внутренние напряжения, а чрезмерно короткий конус может привести к нарушению нормальной вытяжки. Длину конуса можно регулировать путем вакуумирования дорна.

При переработке фторполимеров практически всегда следует применять предварительный подогрев заготовки до температуры не менее 150-180° С. Это не только снижает охлаждение расплава, но также повышает- адгезию, снижает усадку и внутренние напряжения, способствует увеличению относительного удлинения при разрыве. Если фторопластовую оболочку накладывают на заготовку, способную сорбировать значительное количество влаги, то заготовку во избежание образования пузырей следует предварительно подсушить. С этой же целью иногда применяют обогрев конуса расплава после его выхода из головки. Для охлаждения используют как горячую, так и холодную воду в зависимости от требуемых свойств, а часто, особенно когда толщина изоляции превышает 0,5-0,8 мм, и воздушное охлаждение.

Качество изоляции характеризуется уровнем физико-механических характеристик и отсутствием трещин при одновременном воздействии теплоты и механических напряжений. При-еняют экспресс-метод, в соответствии с которым образцы Провода, навитые на пятикратный (или однократный) диаметр,

•3* 195



помещают на 5 мин в кремнийорганическую жидкость, натре, тую обычно до + 200° С, а затем осматривают на наличие трещин или проверяют испытательным напряжением.

Экструдируемые материалы на основе полиамидов применя-ют в кабельной промышленности, главным образом, для создания тонких покрытий - толщиной от 0,05 до 0,20 мм. Технология их переработки определяется рядом специфических свойств. Прежде всего, следует учитывать высокое влагопоглощение полиамидов. Если в материале содержится свыше 0,2% влаги, то она будет выделяться, образуя пузыри в экструдате и ускоряя деструкцию материала. Поэтому перед переработкой обычно требуется подсушка материала. Количество влаги в материале определяется общепринятыми способами, на что необходимо существенное время.

На практике можно использовать экспресс-метод: гранулы в количестве нескольких штук нагревают до температуры переработки (например, на головке экструдера), если после расплавления в грануле образовались пузыри, то материал следует дополнительно высушить; отсутствие пузырей свидетельствует о возможности переработки. При высушивании гранул следует учитывать не очень высокую стойкость полиамидов (ПА) к окислению. Поэтому в целях сокращения длительности сушки ее следует проводить во вращающихся цилиндрических камерах в вакууме. Вращение камеры обеспечивает равномерный нагрев гранул, а вакуум уменьшает количество кислорода и сокращает время сушки благодаря повышению ее интенсивности.

Температура стенок камеры должна быть около 100- 140° С, а остаточное давление - не более 2,5 кПа. Длительность сушки зависит как от условий сушки, так и от исходной и конечной влажности, а также от объема загружаемого материала, и обычно составляет несколько часов. Поскольку горячий материал увлажняется быстрее, то в конце периода сушки следует сначала снизить температуру, а затем поднять давление. После сушки материал следует хранить в герметичной таре, не допускающей попадания влаги, так как на открытом воздухе материал снова увлажнится через 5-15 ч (в зависимости от влажности окружающего воздуха).

Следующая особенность связана с узким темпера! урны.м диапазоном плавления и резкой зависимостью механических свойств от температуры. В отличие от большинства применяемых в кабельной технике полимеров, например ПЭ и ПВХ-пластиката, гранулы которых при температурах, приближающихся к температуре плавления, размягчаются и могут быть относительно легко деформированы в канале червяка, гранулы полиамидов почти до самой температуры плавления сохраняют довольно высокую твердость. Если такие нерасплавленные гранулы полиамида подойдут к зоне сжатия червяка, то этР 196

приведет к пульсациям расхода, возрастанию нагрузки на червяк ,{ даже к остановке экструдера. Поэтому профиль нарастания температуры в цилиндр должен быть таким, чтобы к зоне сжатия подходил только расплав, не содержанщй нерасплавленных гранул. Следовательно, хотя и может быть применен червяк с LlD=\5, но лучшие результаты получаются при LjD не менее 20. Желательно использовать червяки с короткой зоной сжатия, равной (0,5-\)D, и с дозирующей зоной дашной (5-6)2).

Очень важной особенностью полиамидов является низкая вязкость расплава, достигающая 10~-10~* МПас. Столь низкая вязкость хотя и способствует увеличению производи-,ельности, но одновременно приводит к ряду затруднений. Во-первых, снижается давление, развиваемое червяком, увеличивается его склонность к созданию пульсаций. Поэтому следует применять червяк с небольшой глубиной канала в дозирующей зоне и сетки для создания противодавления. Во-первых, особо жесткие требования предъявляются к размеру зазора между червяком и цилиндром, так как при большом зазоре возрастающий поток утечки, который обычно в расчетах не учитывают, может заметно снизить производительность.

Кроме того, из-за низкой вязкости расплав может под воздействием противодавления перетекать назад в направлении к загрузочному бункеру и при соприкосновении с гранулами застывать, образуя в экструдере «пробку». Этот аномальный режим возможен особенно при остановке экструдера. Описанные особенности обусловливают специфику пуска и остановки экструдера. При пуске следует сначала установить температуры на цилиндре на 15-20° С выше номинальных, обеспечив заполнение экструдера при скорости вращения червяка не более 2-5мин~. После этого следует установить номинальную температуру и скорость, следя за нагрузкой на двигатель экструдера. При перерывах в работе остановку червяка нужно проводить плавно, постепенно снижая скорость и давление; при кратковременных перерывах лучше вообще не останавливать червяк, а только замедлить его вращение. При плановом прекращении работы или длительных перерывах следует заменить ПА в тщлиндре на другой материал, например ПЭВП, "iTo облегчит чистку экструдера.

При переработке ПА применяют инструмент для свободного Наложения (см. рис. 5.36, б); степень вытяжки составляет от до 25. Для регулирования длины конуса можно использовать Вакуумирование дорна. Охлаждение обычно проводят в водопроводной воде, при этом получается структура с Преобладанием аморфной фазы, дающая максимальную гибкость " эластичность. Высокие критические скорости сдвига ПА зволяют работать на очень высоких скоростях, начиная от "•0-300 м/мин и более.



5.11. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ВСПЕНИВАЮЩИХСЯ КОМПОЗИЦИИ!

В кабельной технике применяют несколько способов получе. ния вспененного полимерного покрытия. Так называемый физический метод вспенивания основан на том, что в полимер под давлением вводят газ, растворяющийся в нем в соответ. ствии с законом Генри: C=ph, где С-концентрация рас. творенного таза, р - давление; h-коэффициент растворимости

Введение газа можно осуществлять либо путем его подачи непосредственно в расплав полимера, находящийся в цилиндре экструдера (например, азота в ПЭ), либо путем предварительного насыщения им гранул полимера при выдержке их в течение нескольких суток в газовой среде под давлением. Так вводят дихлордифторметан (хладон-12) в ФЭП.

При изменении температуры и давления полимер оказывается перенасыщен газом, и последний начинает выделяться из расплава полимера с образованием газовой фазы в виде пузырьков, создавая ячеистую структуру.

Химический метод вспенивания основан на введении в гранулы полимера химических веществ, называемых газообразова-телями, вспениваюпщми агентами или порообразователями, которые при определенной температуре в цилиндре экструдера разлагаются с образованием газообразных продуктов. Последние, так же как и при физическом вспенивании, растворяются в расплаве полимера, а затем при снижении давления образуют пузырьки, приводящие к вспениванию расплава. Существуют три модификации этого метода: при первом методе газооб-разователи вводят в каждую гранулу полимера, при втором используют концентраты газообразователя в полимере, сме-щиваемые с чистым полимером перед экструзией, при третьем - газообразователь наносят на поверхность гранул полимера путем холодного смещения непосредственно перед экструзией.

Некоторое применение нащел также метод изготов.пения вспененной изоляции из раствора: раствор ПЭ в толуоле наносят путем окунания на токопроводящую жилу с созданием - ячеистой структуры путем испарения растворителя.

Каждый из этих методов обладает своими достоинствами и «едостатками. Физический метод применяют главным образом для кабельных изделий с относительно толстой изоляцией или в том случае, когда отсутствуют необходимые газообразователи, например для получения вспененной изоляции из ФЭП. Метод наложения изоляции из раствора ограниченно применяют некоторые фирмы для получения Очень тонкой изоляции, в частности для жил городски телефонных кабелей. Наибольщее распространение получи химический метод вспенивания, применяемый как для широкого 198

руга полимеров, так и для различных толщин покрытий. Поэтому ниже подробнее рассмотрим именно этот метод.

В процессе продвижения по цилиндру экструдера гранулы g газообразователем нагреваются, и под воздействием теплоты начинается реакция разложения газообразователя. Обычно разложение идет по реакции первого порядка, где скорость зависит от температуры. Период полураспада (т. е. время [{еобходимое для уменьшения концентрации в 2 раза) дл5 газообразователя ЧХЗ-57 зависит от температуры:

Температура, °С Время, ч

50 60 75 85 100

85 13

2,5 0,5 0,12

Таким образом, количество выделившегося газа будет зависеть как от температуры, так и от длительности ее воздействия, что следует учитывать при выборе температурно-скоростных режимов переработки: чем больше длительность пребывания материала в экструдере, тем больше количество образовавшегося газа.

Образовавшийся газ растворяется в расплаве полимера, при этом следует иметь в виду, что газовой фазы еще не образуется, а молекулы газа распределены между молекулами полимера. В соответствии с законом Генри чем выше давление и ниже температура расплава, тем больше газа при данной температуре может раствориться в полимере. Если же давление мало, что может быть на практике при неправильно выбранной конструкции червяка и температурно-скоростном режиме (например, при чрезмерно низкой скорости вращения червяка), то часть газа не сможет раствориться в полимере и будет стремиться выйти в атмосферу через загрузочный бункер экструдера.

Насыщение газа расплавом начинается в зоне плавления червяка и особенно интенсивно происходит в дозирующей зоне. Именно режим работы этой зоны ответствен за количест-о образовавшегося газа и равномерность его распределения " расплаве. Желательно, чтобы основная часть газообразователя разложилась в этой зоне, так как газообразователь, разлагающийся в головке, будет распределяться в расплаве енее равномерно. Поэтому процесс чаще всего регулируют "Утем изменения температуры последней зоны цилиндра, вставляя другие температуры неизменными. Таким образом.

Выявили первую особенность переработки вспенивающихся композиций, заключающуюся в том, что температурный режим чреждг ----- ------

le всего устанавливают в зависимости от температуры

скорости разложения газообразователя.



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [ 32 ] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50]

0.0008