一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法技术

一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，根据聚丙烯绝缘及屏蔽材料热塑性的属性，提出了一种PP专用三层共挤生产线的设计方案，用于聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料以及聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料的三层共挤，并结合材料配方设计及装备改进方案，给出了基于不同材料组合的中压聚丙烯绝缘线芯制备工艺。三层共挤结构包括步骤：1)在导体外包裹半导电导体屏蔽层；2)再包裹绝缘层；3)再包裹半导电绝缘屏蔽层；步骤1)～3)中，半导电导体屏蔽层、绝缘层和半导电绝缘屏蔽层通过三层共挤实现。共挤实现。共挤实现。

【技术实现步骤摘要】
一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法


[0001]本专利技术创造涉及电缆
，具体是有关于一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法。

技术介绍

[0002]由环保要求提高，应该考虑电缆到达寿期后或者过程中替换之后随之而来的材料污染问题。XLPE分解速度慢，基本无法达到工业级的回收再加工利用。虽然现在采用TR
‑
XLPE绝缘的电缆也越来越多，其增强电缆抗水树性能，延长电缆的使用寿命，但是仍无法解决材料回收再加工利用的问题。
[0003]传统XLPE绝缘电缆已经应用多年，加工过程中需专门的硫化管道进行交联，设备费用昂贵，安装成本高；生产工艺复杂，绝缘料易产生预交联颗粒，交联度控制难度大；长期在潮湿环境下使用易产生水树枝、电树枝，通常使用寿命为15～20年。
[0004]聚丙烯材料环保可回收，不需要交联，材料成本及生产设备成本投入较XLPE低，生产中能耗减少，生产周期缩短，可以大幅度的降低碳排放。聚丙烯材料用于电缆会对电缆行业产生革命性的变化。
[0005]由于聚丙烯材料用于中压电力电缆生产国内尚无研究公开，无经验可循。如何采用聚丙烯类电缆料生产中压电力电缆绝缘线芯，是所要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]经研究，聚丙烯类电缆料包裹在导体外的制造过程中，主要存在如下技术困难：
[0007](1)提供适宜聚丙烯材料的高温挤出环境；目前XLPE绝缘挤出温度在80℃到120℃之间，而聚丙烯绝缘及屏蔽材料的挤出温度在80℃到240℃之间；
[0008](2)保证聚丙烯类电缆料在高温挤出条件下，稳定、均匀挤出，即热态外径的稳定性；
[0009](3)设备需具备聚丙烯绝缘线芯高温挤出后冷却定形功能，冷却效率可根据材料配方进行调节；
[0010](4)需实现材料挤出过程的在线监测，保证绝缘线芯结构尺寸的实时记录及调整。
[0011]本专利技术创造首先对用于挤出聚丙烯绝缘料的挤出设备进行改造，其挤出螺杆等结构可使绝缘料的熔融充分。还对挤出设备的温区参数进行针对性设计，使三层共计得到的三层结构稳定。同时，对冷却设备的冷却温度、电缆料配方以及生产线速度进行匹配，使产品充分冷却，不再发生收缩变形。
[0012]最后，设计特定的聚丙烯类电缆料，配以特定的挤出工艺，制成高性能、高质量的绝缘线芯。
[0013]综上，本专利技术创造提出了用于聚丙烯类电缆料的通用的三层共挤生产方案，用于聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料以及聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料的三层共挤。还结合聚丙烯电缆料，立足于既有生产设备装备特点，设计了可行的加工工艺。
[0014]聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料和聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料，这些材料均为热塑性材料，具有环保、能耗少，生产周期短，可回收再利用等特点。
[0015]本专利技术的一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，步骤包括：1)在导体外包裹半导电导体屏蔽层；2)包裹绝缘层；3)包裹半导电绝缘屏蔽层；
[0016]所述步骤1)在导体外包裹半导电导体屏蔽层：
[0017]半导电导体屏蔽层是由挤包的聚丙烯基半导电(导体屏蔽)料构成；
[0018]或者，半导电导体屏蔽层是先在导体外先绕包半导电带，再在半导电带外包裹聚丙烯基半导电导体屏蔽料构成；
[0019]所述步骤2)包裹绝缘层：
[0020]绝缘层是由聚丙烯绝缘料挤包构成；
[0021]所述步骤3)包裹半导电绝缘屏蔽层：
[0022]半导电绝缘屏蔽层是挤包可剥离或不可剥离的聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料构成；
[0023]所述步骤1)～3)中，半导电导体屏蔽层的聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料和聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料是通过三层共挤工艺包覆在导体上；三层共挤工装及工艺要求为：
[0024]聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料以及聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料三层共挤系统是在现有XLPE绝缘三层共挤系统的基础上，根据聚丙烯绝缘及屏蔽料性能，特殊设计及制造的PP专用三层共挤生产线，它包括：放线架、储线器、3台配有独立供料系统的挤塑机、配有独立加温系统的三层共挤机头、在线测偏系统、冷却系统、搓线机、收线器和牵引系统；
[0025]3台配有独立供料系统的挤塑机分别是用于挤出聚丙烯基半导电导体屏蔽料的第一挤塑机(机筒、螺杆)、用于挤出聚丙烯绝缘料的第二挤塑机(机筒、螺杆)、用于挤出聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料的的第三挤塑机(机筒、螺杆)；
[0026]其中第二挤塑机用于改性聚丙烯绝缘料的挤出，受聚丙烯材料本身性能影响，为使改性聚丙烯绝缘，达到更好的出胶稳定性，设计了聚丙烯绝缘料专用挤出螺杆。根据材料挤出性能，选用分离型螺杆，此螺杆是根据熔融理论，从促进塑料熔融出发而设计的。在螺杆熔融段的螺棱旁再加一道辅助螺棱，于是将螺槽主螺棱的前缘一边分为熔体槽，而将其后缘一边分为固体槽。辅助螺棱与机筒的间隙为0.38mm～0.76mm，只能容许固体槽中由固体床生成的熔体流进熔体槽，而不能使未熔化的塑料进入。同样，辅助螺棱不仅能使熔体受到少量的高剪切作用而使其进一步融化，同时也有助于内压力的增加。螺杆结构的几何形状如图2所示。其主要参数有螺杆的直径、长径比、压缩比等。
[0027]用于本改性聚丙烯绝缘料挤出的专用螺杆主要参数设定如下：
[0028]螺杆的直径Ds：150mm，为目前中压电缆绝缘挤出机常用螺杆直径。
[0029]螺杆长径比L/D
S
:25～28，较大的螺杆长径比利于改性聚丙烯绝缘料的混合和塑化，使绝缘料在机筒中受热的时间增长，使绝缘料的塑化将更充分、更均匀，从而提高挤塑质量。但大的螺杆长径比，对螺杆与机筒的加工和装配要求较高，螺杆及机筒的加工精度应严格控制。
[0030]螺杆的几何压缩比：ε＝2.5～4，取值由聚丙烯绝缘材料的物理压缩比——即制品的密度与进料的表观密度之比来决定。选用较大的压缩，目的是为了使绝缘粒子能充分塑
化、压实。
[0031]螺距、螺槽宽度、螺槽深度、螺旋角、螺杆与机筒之间的间隙等参数设定，可以根据绝缘材料性能及机筒尺寸，在保证螺杆主要参数设定符合要求的前提下，进行正常设计。另外螺杆材质的选择，应充分考虑聚丙烯绝缘挤出的高温特性(＞200℃)及螺杆本身的热膨胀情况，避免螺杆在高温环境下使用时，由于耐温性能不过关，从而发生变形及膨胀系数考虑不到位，造成螺杆及料筒损坏。上述的螺杆设计保证了聚丙烯材料在高温挤出条件下，较好地出胶稳定性，从而保证了聚丙烯绝缘线芯热态外径的稳定性；
[0032]本三层共挤系统的3台聚丙烯类电缆料挤塑机料筒机身温度在70℃～280℃稳定且可调。
[0033]配有独立加温系统的三层共挤机头，通过3台高温模温仪，实现机头部位的加热，加热温度最高可以达到300℃，提供了适宜聚丙烯材料的高温挤出环境。
[0034]冷却系统为三层共挤后的热态绝缘线芯提供冷却。所述的冷却系统包括两种冷却系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，用于在导体外包裹自内而外的半导电导体屏蔽层、绝缘层和半导电绝缘屏蔽层；三层共挤生产系统采用具有独立供料系统的三台挤塑机分别对三个层所用电缆料进行熔融和挤出；挤出的电缆料经各自挤塑机的机颈段到达三层共挤生产系统的三层共挤机头；其特征是半导电导体屏蔽层所用电缆料是聚丙烯基半导电导体屏蔽料；绝缘层所用电缆料是聚丙烯绝缘料；半导电绝缘屏蔽层所用电缆料是聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料；采用第一、二和三挤塑机分别挤出聚丙烯基半导电导体屏蔽料、聚丙烯绝缘料和聚丙烯基半导电绝缘屏蔽料；三层共挤机头通过独立的加温系统，实现机头部位的加热，加温系统应提供三层共挤机头最低不小于200℃的挤出环境；三层共挤的步骤包括：1)设备装配及检查：将供料系统、挤出系统、冷却系统、控制系统、测偏系统依次连接、启动；供料系统包括：洁净料房、专用输料管道、吸料器、料位报警装置、料斗；挤出系统包括：第一挤塑机、第二挤塑机、第三挤塑机、三层共挤机头、模具、挤塑机的加温系统和三层共挤机头的加温系统；塑料通过挤出系统塑化成均匀的熔体，并在这一过程中建立压力，被螺杆连续地挤向机头；冷却系统包括：第1冷却系统或第2冷却系统；控制系统包括：传动控制和温度控制，实现对挤塑工艺包括温度、压力、螺杆转速、螺杆冷却、机筒冷却、制品冷却和外径即挤包厚度的控制，以及牵引速度、整齐排线和保证收线盘上从空盘到满盘的恒张力收线控制；测偏系统包括：在线测偏仪；2)塑化和挤出第一挤塑机：导体屏蔽料通过供料系统到达挤塑机，挤塑机自进料到出料方向，挤塑机的机身温度设定：80℃～200℃；挤塑机的机颈段温度为190℃～200℃；第二挤塑机：绝缘料通过供料系统到达挤塑机，挤塑机自进料到出料方向，对于共混改性聚丙烯绝缘料挤出时，挤塑机的机身温度设定：80℃～210℃；对于共聚改性聚丙烯绝缘料挤出时，挤塑机的机身温度设定：80℃～240℃；挤塑机的机颈段温度为195℃～240℃；第三挤塑机：绝缘屏蔽料通过供料系统到达挤塑机，挤塑机自进料到出料方向：对于可剥离聚丙烯半导电绝缘屏蔽料挤出时，挤塑机的机身温度设定：100℃～220℃；对于不可剥离聚丙烯半导电绝缘屏蔽料挤出时，挤塑机的机身温度设定：80℃～200℃；第三挤塑机的机颈段温度为190℃～220℃；第一挤塑机、第二挤塑机、第三挤塑机均配有独立的循环冷却系统；三层共挤系统的三层共挤机头，温度为215℃～275℃；三台挤出机各区温度，应结合材料配方特点，根据实际挤出料温及表观质量在上述温度范围内进行调整；3)冷却：对于挤出后的线芯：采用第1冷却系统先采用氮气冷却，再采用冷水冷却；
或者采用第2冷却系统直接水冷却。2.根据权利要求1所述的一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，其特征是所述第二挤塑机中的螺杆是分离型螺杆，在挤出机机筒的熔融段对应的螺杆的主螺棱旁再加一道辅助螺棱，螺槽主螺棱的前缘一边划分为熔体槽，而将螺槽主螺棱后缘一边划分为固体槽；辅助螺棱与机筒的间隙为0.38mm～0.76mm，仅容许固体槽中由固体床生成的熔体流进熔体槽，而阻挡使未熔化的电缆料进入；电缆料进入挤塑机的螺槽和料筒内壁时，被压实形成固体床；第二挤塑机的螺杆结构参数设定如下：螺杆的直径Ds：150mm；螺杆长径比L/D
S
：25～28；螺杆的几何压缩比：ε＝2.5～4。3.根据权利要求1所述的一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，其特征是通过3台高温模温仪和辅助电加热环来实现三层共挤机头的加热；加温系统提供了三层共挤机头最低不小于200℃的挤出环境。4.根据权利要求1所述的一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，其特征是在机头的出口与冷却铸造之间设有测偏仪用于线芯的在线测偏。5.根据权利要求1所述的一种中压聚丙烯绝缘线芯的三层共挤生产方法，其特征是所述的第1冷却系统，分为第1冷却段和第2冷却段；在第1冷却段内通过加压氮气进行冷却，冷却氮气压力不少于8Mpa，氮气温度设定从100℃～20℃；第2冷却段通过冷却水进行再降温，冷却水的水温是10℃～40℃；第1冷却系统适用绝缘层的厚度范...

【专利技术属性】
技术研发人员：周兵兵，李斌，刘雄军，祝军，凌国桢，梁福才，韩啸，
申请(专利权)人：江苏上上电缆集团新材料有限公司，
类型：发明
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