После выхода материала из цилиндра экструдера в головку давление расплава начинает снижаться, и, как это следует цз закона Генри, снижается предельная концентрация газов которые может сорбировать в себе расплав. В результате этого газ будет стремиться выйти из расплава, и при некоторое критическом давлении р скачкообразно начинает образовы-ваться газовая фаза в виде микропузырьков. Образование начальных микропузырьков будет происходить у различных «дефектов» структуры расплава: частиц неразложившегося газообразователя, твердых продуктов его разложения, спецй-ально вводимых в композицию зародышеобразователей и пр. На этой стадии формируется количество будущих ячеек. Не вдаваясь в подробности довольно сложного процесса зарождения пузырьков, рассмотрим только основные процессы, ведущие либо к их росту, либо к гибели. Давление газа р \ заключенного в пузырьке, стремится увеличить его радиус и компенсируется внешним давлением расплава pi и лап-ласовским давлением, обусловленным криволинейной поверхностью пузыря р„. Величину р можно определить либо исходя из закона Менделеева - Клапейрона:

PrVr

= Nk,

либо из уравнения состояния идеального газа:

(5.67)

(5.68)

где Vj. и Т-объем и абсолютная температура газа в пузырьке; Л-число молекул газа в пузырьке; к - постоянная Больцмана. равная для одноатомных газов 1,38 10 Дж/К; m-масса газа в пузырьке; R - универсальная газовая постоянная (табл, 5.7).

Из (5.68) следует, что при постоянных температуре и массе Рг обратно пропорционально V. Лапласовское давление можно

Таблица 5.7. Параметры газов как порообразователей в аолимсриой изоляци* ;

Азот N2

Оксид углерода СО Аммиак NH3 Кислород О2 Диоксид углерода СО2 Воздух

Нормальна» нлогность, кг/м.

1.25 1.25 0,77 1,47 1,98 1.29

Таблица 5.9. Температурноч:коростнь

Материал изоляции

ПЭНП

ПЭНП

ПЭНП

ПВХ-пластикат

О,, мм

2,15

10,2 1,2-1.3 0,5

0,66

Скор м/мин

30-35

100-120

1200-1800

13,0 40 2,4-3,2 150-300 1,2 I 1200

/>„мм

60-90

125 90 90

Температура экс

80-100

100-110

150-155

100-105 120-140 140

90-110

110-120

110-120 130-150 150

рассчитать по известной формуле, зная удельную поверхностную энергию ст и радиус пузырька г.

Pa = 2alr.

(5.69)

Заметим, что с увеличением температуры поверхностная энергия а будет уменьшаться. Учитывая, что объем пузырька Fr=4nr, получаем в итоге

ЪЯтТ , 2ст

т = -

(5.Щ (5.71)

Из вышеприведенных формул следует, что в начальный момент, когда г очень мал, 2ст/г»/7в„, поэтому такой образовавшийся зародыш будет стремиться вытеснить из себя газ обратно в расплав полимера и погибнуть, т. е. вероятность возникновения микропузырьков близка к нулю.

В результате происходит пересыхцение расплава газом, что увеличивает вероятность образования микропузырьков. Для спонтанного образования устойчивого микропузырька необходимо скопление достаточно болыпого числа молекул газа, и только при образовании микропузырька с радиусом больше критического, когда соизмеримо с lajr, возникают условия для дальнейшего роста пузырька. Расчеты показывают, что гр равно примерно 10 -10" мкм, а число молекул газа в таком пузырьке составляет не менее 10-10. Давление-при котором возникают пузырьки с г>гр, называют критичес-202

режимы при наложенп вспенеаяой изоляции

КИМ Рхр. Далее, снижение давления ведет к росту пузырька с увеличением обтцего объема вспененного полимера.

Одновременно с ростом пузырьков сразу же начинается процесс их слияния как из-за диффузии газа из мелких в крупные, так и из-за разрушения перемычек между пузырьками. Таким образом, со временем происходит сокрахцение количества пузырьков, прежде всего благодаря поглохцению мелких. По этой причине рр должно достигаться как можно ближе к выходу экструдата из матрицы, так как в противном случае получается структура с относительно небольшим количеством крупных пузырьков. Поскольку при снижении температуры расплава о резко возрастает, особенно вблизи температуры плавления, то увеличение объема прекратцается при охлаждении изоляции. Поэтому, регулируя расстояние между головкой и охлаждающей ванной, можно в широких пределах изменять степень вспенивания, плотность, морфологию и наружный диаметр изоляции.

Процесс роста пузырьков, ведущий к увеличению объема расплава, характеризуется степенью (кратностью) вспенивания 8= VjVo, где Fn-объем вспененного материала, а Fq - объем исходной, невспененной композиции. Степень вспенивания можно также охарактеризовать увеличением объема AF/Fq, где V=Vn-Vo- При правильно выбранном режиме вспенивание начинается после выхода экструдата из матрицы и ведет увеличению объема и наружного диаметра. Таким образом выявляется вторая принципиальная особенность получения вспененной изоляции: диаметр изделия формируется не в матрице, а после выхода экструдата из нее при вспенивании, ост размера пузырьков и диаметра кабеля прекратится, когда Давление внутри пузырька уравновесится наружным и лап-ласовским давлением.

Основными параметрами вспененной изоляции являются структура пены и макроскопические свойства. Структура пены характеризуется средним диаметром пузырьков и распределением пузырьков по размерам, их формой, количеством пузырь-ков в единице объема изоляции, равномерностью их распределения по сечению изоляции. К макроскопическим харак-

Температурно-скоростной режим зависит от применяемого гатериала и вида кабельного изделия; типичные режимы приведены в табл. 5.9.

Основными параметрами регулирования процесса являются температура расплава, скорость вращения червяка и расстояние от головки до охлаждающей ванны, дополнительными - тем-

теристикам относятся степень вспенивания, плотность й от- „ературы червяка, предварительного подогрева и охлаждающей

носительная диэлектрическая проницаемость. Средний диаметр пузырька определяется на основании микроскопического изучения среза с поперечного сечения изоляции, при этом следует учитывать, что фактический средний диаметр будет в 4/л раз больше, чем видимый в сечении диаметр. Форма пузырьков определяется при изучении продольного и поперечного срезов и их сравнения между собой.

Важнейшим параметром структуры является количество пузырьков в единице объема, рассчитываемое по формуле N=Ns/dp, где Ns - видимое число пузырьков, на единицу площади; d-средний диаметр пузырька. Типичные параметры изоляции приведены в табл. 5.8. Там же даны основные макроскопические характеристики изоляции.

В принципе для переработки вспенивающихся композиций пригоден любой экструдер, как и для сплошной изоляции. Однако необходима повышенная точность поддержания температуры с отклонениями не более + Г С; желательно иметь также охлаждение червяка. Глубина нарезки в дозирующей зоне не должна быть очень мелкой, чтобы не допускать перегревов из-за чрезмерного сдвига. Следует использовать предварительный подогрев жилы (особенно при тонкой изоляции) до 90-110° С. Холодная жила может привести к образованию около нее невспененного монолитного слоя и к сшь жению физико-механических свойств параметров изоляции, а перегретая - к крупным ячейкам. Применяют технологический инструмент с обжатием (см. рис. 5.36, а), диаметр формующей части матрицы должен быть обычно меньше диаметра изоляции и соответствовать соотношению

D = {Dl-Di)lk+Di,

(5.72)

где к учитывает степень вспенивания и степень вытяжки и обычно составляет от 1,5 до 2,2. Для тонкостенной изоляции жил городских телефонных кабелей применяют матрицу с конической формующей частью с диаметром выхода, рассчитываемым по формуле

D = y/{Dl + Di)/l,6.

1!0ды. в OTjm4He от экструзии монолитной изоляции изменение каждого параметра регулирования приводит к изменению нескольких основных характеристик изоляции, что существенно усложняет управление технологическим процессом. Поэтому современные экструзионные агрегаты оборудованы управляющими микропроцессорами, peryJшpyющими основные параметры экструзии по заданной скорости, емкости и диаметру.

Глава шестая НАЛОЖЕНИЕ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК

6.1. СПОСОБЫ НАЛОЖЕНИЯ РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ И ОБОЛОЧЕК

Основными требованиями при наложении резиновой изоляции и оболочек на кабельные изделия являются равномерность покрытия по толщине и концентричность по отношению к заготовке кабельного изделия или к токопроводящей жиле при обеспечении монолитности.

При наложении резиновой изоляхщи и оболочек в соответствии с перечисленными требованиями могут быть использованы следующие различные способы:

а) опрессование холодными резиновыми лентами на про-дольно-покрывательном прессе с последующей вулканизацией в котле;

б) опрессование разогретой резиновой смесью в экструдере с последующей вулканизацией в котле;

в) опрессование разогретой резиновой смесью, совмещенное с процессом вулканизации на линиях кабельных непрерывной вулканизации (ЛКНВ).

Первые два способа очень старые, широко освещены в литературе по технологии кабельного производства и находят ограниченное применение в отечественной практике.

Третий способ, наиболее современный, постоянно совершенствуется и имеет следующие преимущества:

отпадает необходщмость в каландрах, свинцовых прессах " вулканизационных котлах;

исключена деформация изоляции и оболочек в процессе вулканизации, так как после формования в головке экструдера