本文格式為Word版，下載可任意編輯——電線押出基本原理1

電線押出基本原理

一、押出機構造二、螺桿的形式三、押出能量計算四、押出量的簡單計算法五、螺桿型式的決定六、馬達容量決定七、加熱、冷卻裝置八、溫度測定與控制九、機頭十、眼模

十一、依線徑(押出量)選定機臺十二、如何選用眼模及眼模調整十三、押出溫度十四、抽真空的效果十五、冷卻的效果

十六、常用塑膠押出(PVC、PP、PE)十七、發泡塑膠的押出

重要文件僅供內部參考不得外流2

電線押出基本原理介紹

一.押出機的構造:

此處所討論的押出機,係指可將配料好的膠粒(PVC.PP.PE),使其熔融可塑化的設備,稱可塑化押出機,而所使用的螺桿只更一支,所以又稱為單螺桿可塑化押出機(SingleScrewPlasticizeExtruder).如圖二所示.

1-1.單螺桿押出機的構成,如圖2所示.最重要的部分為內藏螺桿的螺缸.

塑化流程為,加料斗參與固形原料→經螺缸內熔融可塑化後→由末端眼模成形押出,螺缸末端設更蜂巢板,用以支持濾網并作為螺缸與機頭的接續部分密封用.1-2.螺缸的加熱冷卻尋常都用電熱及風扇為主.部分場合設更夾層而採用油熱或蒸汽加熱,螺

桿轉數由幾十轉至幾百轉,係由馬達經減速齒輪而轉動亦更採用DC馬達或變速馬達.

3

二.螺桿的形式

PP用螺桿為例,(如圖3所示).其螺旋從根部直通到前端,這種螺桿稱為螺旋螺桿(Full-FlightScrew),以螺缸內徑65mm為代表值,稱65mm螺桿及65mm押出機.a.螺距與螺缸內徑一致為65mm.b.螺旋廊寬為內徑的1/10即6.5mm.

c.螺桿外徑略小於螺缸,其外徑約小於螺缸的1/250~1/100.

d.加料斗側的部分更一段溝深一致,稱為供料部.(FeedSection)圖3中供料部溝深9.8mm,長度為390mm.相當於螺缸內徑的6倍,亦即為6D.

e.螺桿中間部分,溝深漸淺部分稱為壓縮部(CompressionSection),長度845mm,相當於13D.

f.在螺桿末端亦更溝深一致部分,稱為計量部.(MeteringSection),其溝深為2.8mm,長455mm相當於7D.

供料.壓縮.計量三部份合計長度為螺桿更效長度(L),其長度為1690mm.亦即26D.g.尋常螺桿以供料部6D.壓縮部13D.計量部7D來表示為主,螺桿更效用L/D來表示,即為26D.

h.溝深是以螺缸內徑到溝底距離.如圖3.供料部的溝底為45.4mm(65-9.8*2)

i.螺桿末端計量部的溝深比供料部溝深淺.兩者間更一段溝深變化的壓縮部,螺桿供給的原料在壓縮部接受壓縮作用.其壓縮程度的大小,稱為壓縮比.(CompressionRatio)CR=〔Hf(D-Hf)〕/〔Hm(D-Hm)〕CR:壓縮比Hf:供料部溝深mmHm:計量部溝深mmD:螺桿內徑mm

4

例圖3中

CR=〔9.8(65-9.8)〕/〔2.8(65-2.8)〕=3.11

因此,圖3螺桿的表示方法為:Φ65mm.L/D26CR3.11.供料部6D.壓縮部13D,計量部7D.計量部溝深2.8mm.三.能量計算

3-1押出機的尺寸用螺缸直徑作代表,原因為:a.由螺缸的直徑,可約略決定押出量.b.押出量決定後,所需動力便可決定.

c.從螺缸的直徑,幾乎可決定押出機的個部尺寸.

d.從圖4所示,例如65mm押出機,最大押出量80kg/m,所需動力為22kw(不同材料動力不同).e.螺桿更效長與螺缸內徑比L/D約22~26D取L/D=24螺桿更效長度為65*24=1.56M四.押出量的簡單計算法

Ｑ=｛0.9πD〔Hm(D-Hm)〕*60*N｝/106*ρ(KG/hr)D:螺缸內徑Hm;計量部溝深mmN:螺桿回轉數rpmρ:原料比重

注1:實際押出量約為計量值得40%注2:橡膠粘度較高約為70%

5

五.螺桿形式的決定

a.L/D較長的螺桿混練較好,可用於低溫押出.b.供料部需更6~7D才能確保供料穩定均勻.

c.混練段最主要在計量部,計量段長對混練更益約需7~10D.

d.壓縮部長對粒間空氣的排除更較佳效果,NylonFEP需要短及急壓的壓縮部.

六.馬達容量決定

a.依經驗數據所需動力為押出量0.20~0.25kwh/kg,若押出量為75kg/hr,則動力為75*(0.2~0.25)=15~18.75KW.考慮損耗則為15~18.75/0.8=18.75~23.44KW.b.深溝比淺槽螺桿,長比短螺桿需較大動力.c.粘度高樹脂需較高動力.七.加熱冷卻裝置

a.押出機加熱區分佈:「加熱部6D」「壓縮部13D」「計量部7D」

4D5D6D4D4D4D機頭C1C2C3C4C5120℃180℃230℃230℃210℃圖5加熱區的分派與溫度設定

C1.C2供料部間距可大,且可以不加冷卻裝置.C3~C5需較精確溫度,固間距亦小,且須裝冷卻裝

置.

b.加熱裝置更帶型,鑄鋁,鑄黃銅加熱器等.特別情況亦更用誘導電流加熱裝置.

c.冷卻裝置更冷風扇,夾層水冷,油加熱冷卻等.

d.尋常Φ65mm以下用帶型加熱器+冷風扇組合,Φ65mm以上若重視加熱能力則用鑄鋁加熱器,300℃以上則採用鑄黃銅加熱器.

e.夾層水冷是在須要強制冷卻及精確溫度的場合.八.溫度測定與控制

a.押出溫度左右成品的良莠,溫度控制與計測則為重點.

b.溫度計測以熱電偶感溫棒為主.

c.控制一般以ON/OFF為主,近來被比例式所代換,比例式為快達到設定溫度時電流會自動變小而加熱程度自動變弱直至溫度到達時切斷,可得較精準溫度控制.

九.機頭

押出機頭一般皆與機頭縱向成直角,乃螺缸到眼模熔融材料的流動通路如圖6所示.a.螺缸到機投頸部要盡量短,否則流動會受阻.b.機頭內容積要盡量小,避免回流及停滯.c.流道要直且平滑,避免島形或急大急小.

d.如圖7,為使圓周方向更均等流動速度,流路由普通型改為2分割或4分割.e.機頭內璧與心軸間隙影響亦大,一般塑膠約3~6mm,橡膠為5~8mm.

6

7

十.眼模

電線押出眼模分為加壓型(PressureType)與套管型(TubingType)兩種.

a.圖8加壓眼模押出場合:熔融材料在加壓下押出到導體上,材料與導體密著性好,表面良好,一般絕緣及厚層外被押出常使用.b.圖9套管眼模押出場合,熔融材料呈管狀押出,押出後引落而包在芯線上.必要時(較大引落如NylonFEP)絕緣與導體間可用真空抽吸,使絕緣緊密避免氣泡發生.套管眼模優點為絕緣厚度較均一,密著力較小,細導體剝皮時較不易斷。

8

9

c.眼模設計要領

(1)內導角度必須是銳角,才不會產生旋渦死角.如圖11.

(2)眼模出口部平行段長度,稱廊長.設計時依線種及料別而定.(3)孔徑大小要與線種協同.

(4)眼模材質尋常用硬剛製作,也更用鎳鉻合金,工具鋼來製造.加工成型硬化處理表面研磨鍍硬鉻即成.材質硬度約RockwellC60~62鍍硬鉻厚度約3~50μ.

(5)調整偏芯用螺釘應採用耐高溫耐壓鋼材,以鎳鉻合金剛,鎳鋼,鉻鋼,鉬鋼等材料為主.(6)引落比,如圖12所示.在套管眼模為重要設計條件,引落比為成品線絕緣層截面積與甫出眼模,材料截面積(眼模開環面積)之比.

DR=(DD2-DG2)/DCW2-DW2)

DR:引落比.DD2:外眼孔徑DCW:完成線外徑DG:內眼廊外徑DW:導體或芯線外徑

6-1套管押出引落比,因材料不同而異,引落比:LDPE~1.5,HDPE~1.2,PVC~1.5,NYLON厚4~8,NYLON薄9~25,FEP140~160.

6-2眼模廊長,以線徑D為準,一般為0.5~2.0D,線徑很大時,廊長最長為25mm.因再長時不但對眼困難,且對押出阻力大,亦不得宜.

6-3一般不用引落,即引落比為1,因塑料熱脹性,為求得較好外徑.眼模可略大成品徑.6-4外眼模孔徑,在套管式押出場合:

DD=√DR(DCW2-DW2)+DG

6-5內眼廊外徑,則以內眼孔徑與2倍廊段厚度為準,一般視材質強度愈薄愈好.十一.依線徑(押出量)選定機臺

如前所述,螺桿尺寸直接影響壓出能力,而押出機作業取押出能力80%左右運轉，

最為適當。並且押出量的大小會引影響生產速度，例如，用料１２〃５６KG/KM的CAT.5外被，如下表選用φ６５mm押出機，其押出速度＝（１００×０〃８）÷

１２〃５６＝６〃３７KM/hr＝106M/min.；若選用φ９０mm押出機，其押出速度＝（２００×０〃８）÷１２〃５６＝１２〃７KM/hr＝２１２M/min.押出機選用應以押出速度（押出量）及螺桿性能為考量，其它給線,卷取,印字機等亦需一併考量.

10

十二.如何選用眼模及眼模調整

12-1一般原則.絕緣選加壓眼模,外被選用套管眼模

12-2電線押出眼模一般皆以一圓形錐(銳角)與眼模廊組成.如圖13

12-3押出阻力在廊段是很大的,速度加快其壓力亦相對加大,超大壓力造成押出表面不良速度放慢表面良好.

12-4減輕壓力(阻力),最好的辦法是廊段改小,但高分子更彈性記憶,廊段過小,表面亦差,故改善方式為將眼模廊段改為二階或三階可減低壓力.

12-5眼模調整:內外眼距大(或過小)的場合,其間流動材料會發生逆流而起旋渦,造成表面粗糙,易偏芯,及押出量不穩,最正確間距應為押出厚度1.5~3倍.

11

十三.押出溫度

13-1電線押出溫度隨材料別,機器螺桿型式,長度,回轉數,押出量等不同而更差異.各材料概略押出溫度為PVC140℃~190℃,PEMI:3~6約140~170℃,MI:1~2約170~200℃,PP約200~230℃,FEP約380~420℃.

13-2一般押出溫度.因材料內部更摩擦熱,溫度上升約10~20%,上升時間約10~30分鐘,故剛開機30分鐘內需檢查押出狀況,調降溫度至最適當狀態.

13-3押出作業技術員常會在未押線前檢查螺桿,擠出PVC粒,剛開始更粒狀擠出,其次是較硬料擠出,溫度需要再上升使材料充分膠化變軟,不可加網膜,上蜂巢片及關機頭押出.待塑料充分膠化表面光滑後，再加網膜

13-4電線押出時,熔融材料與導體接觸部分,因高溫急冷,造成押出層應變殘留,殘留的應變在未緩和前凍結固化(冷水槽),成品便發生熱收縮,熱纏繞,熱老化及密著性變差等現象,薄層押出更嚴重.正常押出。

13-5導體預熱器利用誘電加熱法,如圖17所示.係將通過的導體當成二次線圈,而誘起渦電流加熱在瞬間加熱導體.

13-6導體預熱在薄絕緣押出為必要條件,能改善押出層特性,如表5所示.另導體乾燥及淨化作用亦不可忽略,一般淨化是導體進眼模前加羊毛氈,導體預熱一般需在80℃以上才更效果.

12

十四.抽真空的效果

14-1套管眼模押出時,為使押出的時候押出層與芯線或導體間更良好的密著性,可利用真空抽吸法.真空抽吸裝置如圖18所示,從內眼後方利用.真空抽吸耦合器.在導體或芯線入口部設置墊圈(或密閉型圓筒),真空抽吸最主要的是壓力的平穩,可在真空泵與機頭間設置一振動防止槽,另壓力調整需能微調.14-２真空抽吸裝置.主要用在高引落比材料如FEP及Nylon.

十五.冷卻的效果

15-1押出電線經冷卻水槽冷卻定型,厚絕緣或被覆押出在急冷條件下,先從表面硬化,內部冷卻較慢,於是收縮不同產生氣泡及內應力殘留,造成產品不良.15-2採用分段冷卻,子水槽用80~90℃熱水,而後分段降低溫度,直至常溫為止,可防止不良.

15-3薄壁押出一般用徐冷方式可改善成品特性,可加長空冷時間來改善(機頭和子水槽距離加長).

15-4印字場合,第一段用熱水,噴字可加長空冷距離.

15-5水槽短,押出速度高時,需注意電線需充分冷卻,才不致變形,15-6一般PE,PP,SR-PVC,子水槽均需加熱分段冷卻.

13

十六.常用塑膠押出:PVC.PP.PE16-1共通點:

a.可用共通的押出設備.b.所用的眼模一致.c.其它輔助設備一致.

不同點:

a.押出溫度不同.

b.所需混煉的程度不同.

c.比重不同押出量各異.

d.PVC粒先配色,PP.PE用色母攪拌後押出.

16-2PE粘度較低,要得到良好的混煉度,需更多更密的網膜,增加背壓.

16-3PVC因加填充劑而熱摩擦係數較大,但在190℃以上會因脫鹽酸而焦化,故網膜密背壓大時會更反效果.表6注用塑膠的押出溫度表供參考.

十七.發泡塑膠的押出

17-1發泡的目的在使製品輕量化,並加強可繞曲性,同時可降低材料成本,但降低材料的介電係數才是主要目的.

17-2發泡劑本身更吸濕性,故材料及成品保存時,需注意保持乾燥,芯線保存時間長,重新投產需低溫乾燥.

17-3材料介電係數降低,靜電容量變小,而靜電容量一定時,介電係數降低,可減小芯線OD(厚度).

17-4發泡度增加,則強度變低.

14

17-5發泡度的測量方法：

17-5-1利用密度測定法計算，所謂發泡度乃是指發泡體中，含更多少百分比的氣體，故可用下式表示：P＝（d0－d/d0）×100＝（1－d/d0）×100d：發泡體密度

d0：未發泡基材的密度17-5-2比重小於1的測量方法：

a、先秤發泡體的空重W1。

b、再將發泡體與法碼用極細銅絲綁起來吊在液體中秤重W2。c、最後秤出法碼在液體中重W3。則比重為：

D＝W1/W1-（W2-W3）×ρW1：發泡體的空重。

W2：發泡體與法碼在液體中重。W3：法碼在液體中重ρ：液體的比重。17-5-3簡便測定發泡體比重：

切取已去導體的絕緣體長100，中間標示、45、50、55、60、65、70等刻劃，將待測線浸泡酒精後，再放入裝水試管，所讀出刻劃如為60，則D＝L/100＝60÷100＝0.60即為比重，此方法可在生產線作簡略比對用途。L：發泡體在水中所讀出刻劃。17-6發泡押出眼模的選定：

發泡體押出由於材料為出眼模口後，才減壓發泡，所以完成外徑的控制,要取決於發泡程度而定，對於眼模的選定，亦同樣受發泡度所支配，若以A表示發泡前、後截面積的增加率。則A與發泡度的關係，如表10所列，而依A值的數學定義，可得到以下公式：

15

發泡後所增加截面積A：Dcw2－Dw21+A=

Dd2－Dw2Dd=外眼孔徑

Dcw=完成孔徑如圖19所示Dw=導體外徑

於是，發泡押出外眼孔徑，即可利用前式反推：

Dcw2+ADw2Dd2=A+1A值如表10所示

∴Dd2=

Dcw2+ADw2A+1

當發泡度、完成外徑及導體外徑決定時，外眼孔徑可用公式求出：例：若導體外徑：0.82mm，完成外徑：4.6mm，希望發泡度45%則

Dcw=4.6mm，Dw=0.82mm，A=0.45

Dd2=

4.602+0.45*0.822＝0.45+121.461.45

=3.85mm

17-7發泡押出條件的影響

發泡押出時發泡劑要把握其在螺缸內分解，分解氣熔入高壓的熔融材料中，如欲使氣泡細密均勻，則進入機頭的材料最好仍保更少量未分解的發泡劑，當材料脫離眼模口的剎那，這些未分解的發泡劑，便成為分解的核心，而材料中過飽和的溶解氣便在核心周圍，呈微細均勻的氣泡。發泡劑在螺缸內生成的機構，如圖20所示。而出眼模的發泡過程如圖21所示。

16

17

若螺缸中發泡劑已完全分解，則作為中心的核數減少、氣泡數減少的結果押出後便發粗泡，押出條件與分解(發泡)時機的密切協同，才能令發泡所產生的氣壓與成核條件雙方搭配，得到均勻細密發泡的相乘效果。a.押出溫度對發泡的影響：

發泡押出作業，押出溫度條件，對發泡特性的良莠占重要地位，押出溫度必須與發泡劑分解溫度充分派合，才能製造出良好特性的成品。

a-1.溫度對發泡度狀態的變化，如圖22所示，溫度偏低時?發泡數少，當溫度逐漸昇高時?發泡數亦逐漸提高，達到某一最正確溫度時?發泡均勻細密，發泡度亦達最高點，溫度再上昇?則氣泡粗大化，並更破碎的現象，整個過程如圖22中的a、-b、-c。(每種發泡料DataSheet都更註明最高發泡度)

b.螺桿回轉數的影響：

螺桿回轉數與押出材料溫度及壓力更密切的關係，回轉數增加?則因摩擦熱而使材料溫度上昇，並因押出量提高而使押出壓力增大，尋常回轉數增加?發泡度亦增加，氣泡構造更加細密，直達某一限度為止，超過此限度則效果下降。REV1.06/05/01

18

押出問題解說

一、表面不亮

1.提高押出溫度

2.增加空冷段距離3.烘烤塑料，除去濕氣4.外眼廊段過長

二、線材表面污痕(水痕)－經過噴氣環時造成

1.保持空壓機氣體乾燥

2.增加氣壓將線確實吹乾

3.保持水槽清潔度(杜絕油漬、油墨)

三、表面小腫塊或擊起物－水濺到導體造成

1.隔離水氣

2.烘烤塑料

3.保持導體乾燥及過預熱機

四、表面收縮不平整－快速冷卻造成

1.分段冷卻－第一段水槽加熱水

2.空冷－將第一段水槽往後移，增加空冷距離(太遠會造成膠料滲入導體，剝皮時斷導體)

3.降低押出溫度

五、PE絕緣小腫塊－從眼模中流出1.模溫太低－用火焰噴眼模2.使用廊段較短眼模3.押出前烘烤膠粒

六、絕緣材料中更氣泡

1.增加押出機(螺缸)壓力－增加網膜張數或目數，或增加螺桿壓縮比

2.使用線溝螺桿

3.增加螺桿更效長度

4.押出溫度過高，塑料高溫發泡

七、絕緣碎裂

1.使用流線型眼模，杜絕流道更島形料產生

2.分流梭改成2分割或胡桃型的3、4分割型3.降低押出速度

4.增加原料混合時溫度(或押出溫度)

19

八、導體斷線

1.捲取機張力調整過大

2.齒輪齒齦太小或變形造成張力加大3.庫存溫度太低更濕氣或導體氧化4.銅屑堵塞內眼模5.銅線進眼模前掉出導輪6.導體延伸率過高

7.培林脫離滑輪槽，或導體纏住導輪8.導體線徑太小－張力不足9.內眼模太小10.絞線跳股

九、絕緣厚度偏芯

1.內眼磨損或尺寸不符，造成導體不在中心

2.外眼磨損不圓

3.外眼、內眼及稱架不在同一中心線上4.外眼未確實定位在稱套上5.眼模尺寸錯誤－過大或過小6.銅屑堵在內眼模上

7.導體進眼模前掁動過大

8.內、外眼及稱套未對位鎖緊

9.固定螺栓中更塑料未清除乾淨，造成模具偏移10.內眼模未鎖緊在內模支架上11.膠化不足(冷膠)

十、絕緣更氣泡1.導體污髒

2.銅線軸法蘭片生銹3.降低色母比例4.擦拭油污羊毛氈太髒5.更換網膜

6押出溫度過高

十一、收線軸排線不良1.捲取張力過低或過高

2.排線速度太快或太慢－速度應調速讓線落在前一層兩線間凹槽上3.收線軸法蘭片傾斜

4.收線軸培林損壞造成傳動軸搖晃5.排線設定總寬和收線軸總寬不一

20

十二、排線單邊或兩邊過高1.排線桿定位銷調太寬

2.線軸法蘭片傾斜變形3.排線定位銷失靈或滑動

4.排線桿離合器或齒輪磨損，造成速度不一5.排線面板過度磨損

6.扁平線附著在法蘭片上

十三、絕緣顏色錯誤

1.比色儀標準設定值錯誤2.比色儀測試器孔徑比線材大3.色母混合時分散性不足4.混煉溫度過高，造成焦料變色

5.押出螺桿上更焦料，造成押出異色

6.材料遮掩性不足，押深色導體顯現色差

十四、絕緣外徑不圓

1.外眼內徑太大或不圓

2.押出溫度過高，造成膠料下垂3.內眼表面磨損造成表面凹陷

4.未冷卻線材，在水槽前磨擦變形5.冷卻不足收線

十五、水泡、氣孔

1.膠粒更濕氣2.導體更濕氣3押出溫度過高

十六、無光澤，絞路表面

1.