一. 发泡分为两种方式：物理髮泡&化学发泡

1. 物理发泡是选择合适分子量的HDPE,在使用过程中用专用N₂压缩设备N₂混入螺缸中融熔

在料里.经螺杆搅拌均匀,并产生较大压力在挤出后瞬间膨胀,形成质轻多孔的发泡PE.

2. 化学发泡是在HDPE中添加了发泡剂,其主成份一般为氨类化合物,其在高温时会分解并产生

N₂,利用较小的外模,使其机头内获得较大压力.当挤出后,因压力释放,而使其内部N₂膨胀成气

孔,成为发泡PE.因在其中添加了发泡剂,利用化学反应来达到发泡效果,故称为化学发泡.

二. 发泡的目的及优点

1.使制品轻量化,同时可以降低材料成本,但降低材料的介电系数才是主要目的.

2.介电常数小、介质损耗低、高频衰减低、性能稳定、防水防潮和弯曲性好、电缆外径小、

使用寿命长等优点.

3.机械性能和电性性能良好.

三. 发泡的缺点.

机械强度小、易损伤;不耐磨,耐热性能差,对导体附着力小、易燃.

四. 发泡的原理

1. 物理发泡是利用塑料挤出过程中直接注入气体或液态气体来实现发泡绝缘,物理发泡的制造

方法是采用不产生损耗的气体用发泡齐,所以消除了化学发泡剂的弊端,即绝缘内不存在化学

发泡方法产生的残余物或水份,使绝缘的介质损耗大幅度下降,物理发泡可消除化学发泡的许

多工艺加工限制,易于制得泡孔微小、发泡均匀的优质绝缘,特别是可制得发泡高达80%的绝缘,而化学发泡绝缘的发泡度仅40%左右.

2. 物理发泡绝缘材料是由于基本树脂(绝缘塑料)、发泡剂和成核剂构成,物理发泡法主要应用

于聚乙烯,也同样应用于氟塑料.进行物理发泡时,聚合物(即PE绝缘料)应同成核剂混合,同时

把气态或液态的发泡剂注入熔融的聚合物中,并令其从熔解状态析出,使之在挤出过程中不

断产生凝聚中心与气泡,成核剂能使气泡的大小及分布变得均匀.

3. 氮气发泡是通过压缩空气启动注入泵,在一定的压力下使氮气高压泵升压,并通过稳流阀行

控制,然后从喷头把氮气注入挤出机中,当氮气在高压作用下,像雾状一样喷入挤出机内熔融的聚乙烯之中,同时与聚乙烯中的成核剂发生核化,挤出后在空气中形成发泡绝缘.氮气物理发泡的主要过程就是将氮气溶解于熔融的聚乙烯(PE)之中,形成微细的泡孔结构,在挤出机螺缸内,含有少量成核剂的PE料经加热搅拌充分塑化后,将氮气注入.

4. 物理发泡过程中为了易于泡孔生成,还在PE材料中添加一定量的成核剂,常用的主要成份为

偶氮二洗胺.

五. 工艺设备及工艺设计

1. 高压氮气注射系统,范围50~700bar,其稳定性、密封性要好.

2. 内导体预热设备要有足够的功率,能实现导体温度调节范围在常温50℃．

3. 芯线的牵引要稳定而有力,冷却水槽要有足够的长度.

4. 由于成核剂分解诱导期较长且具有突发性,挤出后仍有残余,故模口温度要低,否则在高温环境中,绝缘层的内部会出现泡孔过度生长,导致泡孔破裂、并泡,大小不均,甚至产生开孔状态破坏绝缘结构.

5. 工艺实践中发现成核剂含量0.5%左右即能满足要求,且单对发泡度而言,PE发泡料产品在

恰当工艺条件下均右达到80%以上.

6. PE发泡料的熔体温度一般为180℃,实际上由于注气段之前塑化段较短,温度应设置得高一些,以实现熔体较充分的塑化.机头区域温度要降低,整个温度设置由前到后逐步收敛,呈类似正弦波分布曲线,效果较好.

7. 氮气的注入位置在机身的中段,其工艺参数的设置对能否实现高发泡度至关重要,由分子热力学原理可知分子热动力越快(温度高),密度越大,其表现出来的压力越大.随着熵的增加,分子热运动不一样的两个系统发生交流后,将趋于均衡.

8. 由于物理发泡绝缘层厚度为泡沫结构,冷却时由外向内逐步固化,过程很慢,故应采用压力式或半压力式模具.

六. 物理发泡绝缘的隔层挤出技术

1. 三层绝缘

与传统的线缆发泡绝缘技术不同的是,隔层挤出工艺可使绝缘获得内层、发泡层和外层的三

层结构.各层均有特别的作用,其中：

1).内层挤包在导体上,这是一层很薄的实心层,标称厚度为10um,它使得导体和绝缘层间有良

好的附着性,因厚度很薄,故对绝缘整体的性能影响很小,内层应尽可能薄,导体上的内层厚度越薄,则要求挤出机的挤出量越稳定.

2).发泡层作为绝缘介质,要求其发泡度尽可能高,对于线缆而言,计算和实际生产均倾向要求有

60%的发泡度；对于较厚的绝缘层(如小同轴电缆),发泡度高达70%,聚乙烯通常用作发泡层

的材料.

3).外层则可保证机械强度和良好的表面质量,提高整个绝缘层的耐磨性,目前线缆绝缘用的聚

乙烯也适用于表层材料,外层的厚度约为50um,它取决于电缆的结构和要求.

九. 发泡注意事项

1. 前水槽根据室温尽量使水槽水温不超过50℃,线材由于水温过高而继续发泡.

2. 机器开正常以后,尽可能不要调节引取速度和主机转速,这样使芯线OD不稳及发泡度也不稳,导致水中电容有变异.

3. 如断线后,应去挤料,因螺缸里的料通过氮气的分解使发泡料过度,导致外观粗糙,并有断胶现象.

4. 导体需过预热,预热时温度不可太高,会导致外径不圆并有发黄现象.

5. 需过内层PE,增加附着力.

6. 发泡印环机要尽量靠近机头,以免水中电容的差距才不会太大.

7. OD控制或电容控制可移动前水槽跟眼模的距离.

十. 物理发泡线生产常见问题解决

1. 表面粗糙、破裂

原因分析：

　 1.1材料熔体流动速率较小（LDPE≤0.5g/10min，HDPE 0.2~1.0g/min），开机速度较快易引起熔体

破裂。

　1.2 LDPE与HDPE相混合，熔体流动速率不均匀，从而产生不均匀的内应力，出模口时应力恢

复引起熔体破裂。

　 1.3温度过低,压力增大,剪切应力增加,开机速度超过塑料的临界剪切速率(LDPE一般为50~6001/s）

　1.4 出模口压力太小或太大。

　 1.5模套入口角太大，临界剪切速率变小。

　 1.6 氮气压力太大，进一步增大塑料挤出压力，剪切应力增加，临界剪切速率降低。

　 1.7 模套太小，导致内应力增大。

七. 模具的选择

1. 绞合外径：d=√N×1.155×d

2. 外模：DX=√D²×0.5+d²×0.5 (经验得出)

发泡芯线内模： D=d+k(k=0.6~1.5)　　　　

D—内模孔径　　　d—导体外径　

k—内模放大值,单支导体放大值较小,多支导体放大值较大

发泡模套计算方法：Dx=[(1-F)*(D2-d2)+d2]1/2*k

Dx—模套尺寸 mm　　 F—发泡度　　 D—芯线外径 mm　　

d—导体外径（或内芯外径）mm　　k—系数 0.95~1.0　内模、模套间距 L=1.5~2.5D　

　 L —间距　 D—模套孔径

八. 发泡的控制方法及成品电性关系

控制方法：1).温度 2).模具 3).氮气流量 4).导体预热 5).绝缘内层

电性关系：

C→电容 d→导体直径 ε→绝缘的介电常数 D→绝缘外径

K→导体系数 dW→编织导体OD Zo→阻抗

七. 模具的选择

1. 绞合外径：d=√N×1.155×d

2. 外模：DX=√D²×0.5+d²×0.5 (经验得出)

发泡芯线内模： D=d+k(k=0.6~1.5)　　　　

D—内模孔径　　　d—导体外径　

k—内模放大值,单支导体放大值较小,多支导体放大值较大

发泡模套计算方法：Dx=[(1-F)*(D2-d2)+d2]1/2*k

Dx—模套尺寸 mm　　 F—发泡度　　 D—芯线外径 mm　　

d—导体外径（或内芯外径）mm　　k—系数 0.95~1.0　内模、模套间距 L=1.5~2.5D　

　 L —间距　 D—模套孔径

芯线在水中通过电容测试管，电容测试仪便能在线检测出线材的电容值，根据电容测试仪显示出的电容值，再对挤出工艺进行调整便可以控制线材的电容，从而使线材达到电气性能要求：

当电容测试仪检测到化学发泡绝缘的芯线电容值不合格时，可以通过对生产工艺进行调整：

1：在芯线外径公差允许范围内调整挤出机主机螺杆转速或牵引轮转速，使线材的水中电容值达到要求；如当线材水中电容值偏小时，在外径公差允许的范围内，调慢挤出机主机螺杆转速或调快牵轮引的转速，使芯线水中电容值达到要求。

2：调整外径不能使线材电容值达到目标要求时，芯线绝缘材料绝缘性能可能有问题，可以通过调节冷却水温度或移动冷动水槽，使线材发泡度改变从而改变材料等效绝缘介电常数，使芯线性能达标。

3：调整挤出机机头温度能改变发泡度改变材料的绝缘性能，但因挤出机机头温度对发泡度影响非常敏感，尽量不要通过调整机头来调节发泡度，并且改变机头温度还会影响其它工艺参数的变化。

4：当上述外径调整及发泡度调节都不能使线材的水中电容值达到目标要求时，线材的结构很可能存在问题，需检查芯线是否有偏心、放线、收线张力是否过大导致铜丝被拉细等，从而把各挤出工艺条件调整到最佳状态。

当电容测试仪检测到物理发泡绝缘的芯线水中电容值不合格时，可以通过下面步骤对挤出工艺进行调整：

1：在线材外径公差允许范围内，调整挤出机主机螺杆转速或牵引轮转速，使线材的水中电容值达到要求；如当线材水中电容值偏小时，在外径公差允许的范围内，调慢挤出机主机螺杆转速或调快牵轮引的转速，使水中电容值达到要求。

2：调整外径不能使线材水中电容值达到目标要求时，说明芯线绝缘材料绝缘性能有问题，可以通过调节氮气注入系统氮气压力、调节冷却水温度、移动冷动水槽使线材发泡度改变从而改变材料等效绝缘介电常数，使芯线性能达标。

3：当上述外径调整及发泡度调节都不能使线材的水中电容值达到目标要求时，线材的结构很可能存在问题，需检查芯线是否有偏心、放线、收线张力是否过大导致铜丝被拉细等，从而把各挤出工艺条件调整到最佳状态

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