护套挤出方式和挤出模具的设计

光纤与电缆及其应用技术 2008年第4期 !!墼至!!!!堕!垒旦譬堕!篁!!!! !!!；! !!!! ，+-+。+。—+-。、 {生产} k．—-．+-+一+·J ‘线缆护层挤出方式及挤出模具的设计 陶景升 (中国电子科技集团公司第八研究所，安徽淮南23200ll 【摘要]在线缆制造过程中，线缆护层的挤出占据了十分重要的地位。线缆护层挤出方式以及挤出模具对 挤出护层质量至关重要。目前挤出方式有很多种，但都是由三种基本挤出方式单独作用或组合而成。介绍了线缆 的三种基本挤出方式的优缺点及其适用范围，以及挤出模具的设计原理，给出了部分的拉伸比和拉伸平衡比。 并以挤管式模具设计为例，详细介绍了模具设计方法及其相关典型参数，最后简要介绍了模具的装配规则。 [关键词]电缆；模具；挤管式；挤压式；半挤管式 [中图分类号]TM248[文献标识码]B[文章编号丁1006—1908(2008)04一0016一03 CableSheathExtrusionMethodsandExtrusionToolsDesign TA0Jing-sheng (11伦8thR鹤earchI璐titute，c]E1℃，Huailm23200l，AIIhlli，China) Abstract：Theextrusionofcablesheathplaysaveryimportantroleinthecablenlanufacturin舀Thechoiceofthe extmsionnlethodsandthedesignofextmsiontoolsarecriticaltothequalityoftheextrudedsheathNo、ⅣadaySthere arernanyextrusionmethods，butallofth唧comefromthreebasicextrusionrnethodsindividuallyor咖bimtively． Theadvantagesanddisadvantages，andtheapplicationscopesofthesethreebasicextrusi曲methodsareintroduced， thedesigllprincipleofextrusiontoolsispresented，andthedraw-do、mratio(Ⅸ)R)anddrawratiobalance(DI诏)of severalⅡlaterialsareprovided．TakingthedesignoftubingextrusiontoOlsastheex锄ple，thedesignmethoda耐 relevanttypicalparameterarepresente也FinallytheinStallationnlles．forextrusiontoolsareexplainedbriefly． Key啪稠s：cable；extrusiont001；tubingextrusion；squeeziIlgextrusion；s嘲i-tubingextrusion 1线缆挤出方式 现今线缆制造过程中，必然要涉及到线缆塑料 护层的挤出，护层的好坏在很大程度上取决于挤出 方式的选择及模具的设计。一般线缆护层的基本挤 出方式有三种：挤压式、挤管式、半挤管式。这三种 挤出方式各有特点，其模具也有所不同。图1示出 了三种挤出模具的结构。这三种模具的结构基本相 同，其区别仅仅在于模芯前端有无管状承径或装配 时管状承径部分与模套的位置不同。 1．1挤压式 目前绝大部分的电线电缆包覆层采用挤压式挤 出，少部分采用挤管抽真空方式和半挤管式挤出。 如图1a)所示，挤压式模具的模芯没有管状承径部 分，模芯缩在模套承径后面，熔融的塑料(以下简称 [收稿日期] [作者简介] [作者地址] 2008一01—31 陶景升(1979一)，男，中国电子科技集团公司 第八研究所师． 安徽省淮南市lOl信箱，232001 料流)是靠压力通过模套在缆芯周围成型的。挤出 的塑料层结构紧密，外表平整，可以使整根线缆成为 一个整体，故而此种挤出方式多用于电线电缆的绝 缘挤出、骨架槽的挤制等。模芯与模套间的夹角决 定料流的压力(即挤出压力)，影响塑料层质量及挤 出线缆的质量。模芯及模套的尺寸及其表面光洁度 也直接决定了挤出线缆的形状、表面质量和线缆质 量。模套孔径的确定既要考虑挤出膨胀效应，又要 考虑挤出后冷却收缩效应。由于是压力挤出，塑料 在模口处产生较大的反作用力，因此挤压式出胶量 要比挤管式少得多，影响了生产效率的提高。此外， 挤压式挤出时偏心不易调节，因而挤出包覆层的厚 度较难控制。 1．2挤管式 如图1b)所示，挤管式模芯有承径部分，装配时 模芯承径的前端伸出模套口端面或与模套口端面齐 平。由于模芯管状承径部分的存在，挤管式挤出时 料流不是直接压在缆芯上，而是压在管状承径部分 先形成管状，然后再通过拉伸包覆在缆芯上。 万方数据 陶景升：线缆护层挤出方式及挤出模具的设计 ·17· a)挤压式模具 c1半挤管式模具 图1三种挤出模具的结构 挤管式相对于挤压式有很多优点：乱挤出速度 快。挤管式充分利用塑料的可拉伸性，出胶量由模 芯与模套间的环形面积决定，远远大于挤压式挤出 时包覆于缆芯上的塑料层的厚度。因此，可以根据 塑料拉伸比(DDR)和缆芯的尺寸来提升生产线速 度。b．操作简单。由于挤出时包覆层厚度径向的均 匀性只由模芯与模套的同心度决定，不会因为缆芯 的任何弯曲而使包覆层偏心，因而偏心发生的可能 性较小，且偏心调节方便。c．模芯内孔与芯线间隙 合适，使模芯磨损减小，延长了模芯的使用寿命，同 时也减小了缆芯在模芯中摇摆出现的挤出外径不均 匀现象。d．配模方便。因为模芯内孔与缆芯的外径 间隙范围较大，使模芯的通用性增大。同一套模具， 可以通过调整拉伸比的方法，挤制不同直径和包覆 层厚度的缆芯。e．塑料经拉伸后发生“定向”作用， 使塑料的机械强度提高，这对结晶型高聚物(PE， PBT，液晶等)的挤出十分有利，能有效提高线缆拉 伸方向的强度。f．包覆层厚度易控制。在塑料拉伸 比允许的范围内，可以通过调整牵引速度来改变并 控制挤出层的厚度。辱满足某些特殊要求，如可以 挤制光纤松套管、光缆护套等。 当然，挤管式相对于挤压式也有缺点：乱塑料层 的致密性较差。因为模芯与模套间的夹角较小，料 流在挤出时受到的压实力较小，因此不如挤压式挤 出的塑料层致密。为了克服此缺陷，可以通过增大 拉伸比的方式，使分子排列整齐而达到提高塑料层 致密度的目的。b．塑料与缆芯结合的紧密性差。一 般可以通过抽真空挤出来提高塑料与缆芯结合的紧 密性。当然，也可以增大拉伸比来提高塑料与缆芯 结合的紧密性。c．外表挤出质量不如挤压式的圆 整，缆芯的不均匀性常在护套外观表现出来。通过 适当的设计和模具的选配，可以改善护套外观，但总 体来说不如挤压式挤出外观圆整。 1．3半挤管式 如图1c)所示，半挤管式的模芯有承径部分，但 比较短，装配时模芯的承径端面缩进模套口端面。 它是挤压式与挤管式的过渡形式。由于半挤管式挤 出时料流受到一定的压力，所以塑料层的致密度要 比挤管式挤出的高，但比挤压式挤出的低。半挤管 式的缺点就是容易产生“倒料”，挤出时偏心不易调 节，故现在只有极少数线缆采用半挤管式挤出。 2挤出模具的设计原理 在塑料挤出过程中，料流是靠压力通过挤出模 具最后实现定型的，挤出模具的作用是将螺杆输送 来的料流成型为所要求的截面形状。为此，需要对 此变化过程顺畅和无滞留部位的流线型进行设计， 即模具内的料流的压力应该是均匀分布的，不会在 某个部分产生过大或者过小的压力。此时模具可以 等效为一个所要求的形状的流道，料流在此流道内 的剪切速率及剪切应力应不超过其在相应黏度下相 应值的临界值，但其还受料流温度等因素的制约，因 而理论设计时常常不可能准确地计算出模具的尺 寸。由于料流的剪切速率一般不大，在设计时通常 将其近似为牛顿型流体。图2为挤管式模具尺寸示 意图。我们采用杜邦公司提出的拉伸比和拉伸平衡 比公式：拉伸比DDR=(D毛一D譬)／(磁一磁)一S，拉 伸平衡比Dt也一(是)／(爱)一舍爱=K，其中D。 1⋯司1 7 黧捌一∈一≮≮P F 豸袤 肆多／T t 习 图2挤管式模具尺寸示意圈 万方数据 ·18· 光纤与电缆及其应用技术 2008年第4期 为模套内径，DT为模芯外径，d“为挤出外径，d。为 缆芯外径，以及一些其它的经验公式来估算模具的 尺寸，这样既快速便捷，又简单有效。表1示出了部 分挤出材料的DDR和DRB。 表l部分挤出材料的DDR和DRB 2．1挤管式模具 在挤管式模具设计中，首先必须保证配模系数 K符合要求，然后再考虑S。一般缆芯标称直径 d。，包覆层厚度P及成品缆标称外径db是已知的， 先选择模芯的结构尺寸DT，再选定K后，通过 DD=DTdbK／d。求出模套内径，然后再计算S，这样 反复计算几次后，直到K和S配合满意为止，最终 确定D’和DD。设计时可以借鉴一些经验公式：乱 缆芯直径较小且规则时，模芯内径 d—d。+(o．05～2．00)mm；缆芯直径较大且不规则 时，模芯内径d—d。+(3～6)mm；缆芯直径较大， 以放大比例设计时，模芯内径d一1．2d。；就光缆而 言，一般模芯内径d=d。+(o．5～1．5)mm。b．模 芯外径DT=d+2￡，其中f为模芯承径的壁厚，一般 r取0．5～2．Omm。f随挤出机大小而定，似5挤出 机，￡=0．5～1．0mm；郦5～90挤出机，￡=1．0rnm； 垂120～150挤出机，￡一1．5～2．omm。c．模芯承径 长度L1一(0．5～2．0)d，一般d>10mm取下限， d<5mm取上限。d．模芯外锥角口=10。～30。。e． 模套内径DD=DT+2P+(1～2)mm，其中P为挤 制包覆层的厚度。f．模套内锥角p一30。～50。。一 般模芯与模套锥角之间的角度差取2。～10。。 2．2挤压式模具 挤压式模具的设计与挤管式模具的设计大致相 同，只是其模芯外锥角与模套内锥角比挤管式模具 的大一点，其模芯与模套之间的角度差也相应的大 一点。 2．3模芯与模套的装配 一般挤管式模芯伸出模套口端面约o～2mm (通常取1m瑚)；挤压式模芯距模套口端面约l～3 mm(通常取2mm)。由于模具的表面直接接触熔 融的料流，所以与熔融料流接触的模具表面要很光 滑；而且当料流有腐蚀性时，模具应采用特殊的材料 (如40Cr)制作；挤制氟塑料时，模具材料一般采用 不锈钢。针对不同的挤出材料，应设计相应的模具； 对于基本性能相近的材料，可以使用相同的模具挤 出。然而好的模具通常是经验与尝试的结果，需要 设计者不断经验，才能设计出好的模具。 (上接第5页) 多模光纤因其具体使用条件及本身设计性能的特殊 性，其带宽的评估应充分考虑光源的特性(如 MPD)，从而使结果更加符合实际应用情况。顺便 指出，如果采用传统的“满注入”方法进行测试， 这类光纤带宽要求可定为1．5GHz·km，这是由于 在这种注入条件下，光纤中能够出现的全部模式均 被充分激励，带宽较上述状态当然要降低些，这在有 关标准中仅作为参考的内容。 [参考文献] [1]IE(、．IEC60793—2—10一2002opticalfibreS．Part2—10： Productspecificatiolls—sectionalspecificationfor cate90ryA1multimodefibres[s]．IEC：[S．n]，2002． [2]IBCIEC60793—1—41—2003()pticalfibreS-Partl—41 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