Наложение полимерных покрытий на экструзионных линиях — наиболее распространенный способ при производстве кабельных изделий.

 В основе метода экструзии лежит способность термопласти­чных полимеров в расплавленном состоянии протекать через уз­кие отверстия под действием выдавливающего усилия. Экструзия широко применяется для таких «хорошо текучих» материалов, как полиэтилен, поли­пропилен, полиамиды, поливинилхлоридные пластикаты, неко­торые виды фторопластов, а также для различных резиновых смесей.

Экструзия обеспечивает высокую производительность и непре­рывность процесса, что дает возможность выпускать продукцию большой длины, совмещать изолирование или наложение оболо­чки с другими технологическими операциями (например, волоче­нием и отжигом проволоки для токопроводящей жилы, контро­лем изолированной жилы, скруткой изолированных жил и др.). Также экструзия открывает широкие возможности для автоматизации и со­здания поточных линий совмещенных процессов.

Основным рабочим узлом экструзионной линии является экструдер, в котором осуществляется непосредственное наложение изо­ляции или оболочки.

Принцип действия экструдера

На рис. 1 приведена принципиальная схема экструдера. Основ­ной его частью является рабочий цилиндр 5, внутри которого раз­мещается втулка 4, выполненная из специальных износоустойчи­вых легированных сталей, которая плотно запрессована в цилиндр и имеет обогрев при помощи нагревателей 6 электрического или индукционного типа. Предусматривается также внешнее охлажде­ние 15 цилиндра воздухом от вентилятора 16 или водой 19.

 Рис. 1. Схема экструдера.

1 – перерабатываемый материал; 2 – загрузочная воронка экструдера; 3 — червяк; 4 — втулка; 5 — рабочий цилиндр; 6 — нагреватель; 7 — насадка червяка; 8— расплав; 9 — головка экструдера; 10 — дорн; 11 — матрица; 12 — заданный слой изоляции; 13 — токопроводящая жила; 14— решетка; /5— внешнее охлаж­дение цилиндра; 16 — вентилятор; 17— электродвигатель; 18 — редуктор; 19 — охлаждающая вода; 20, 21 — подшипники

Основным рабочим инструментом экструдера является червяк (или шнек) 3, который расположен внутри втулки цилиндра и закреплен консольно, имея опоры в подшипниках 20 и 21, рас­считанных на большие осевые нагрузки. Червяк приводится во вра­щение электродвигателем /7 через редуктор 18. Он имеет спираль­ную винтовую нарезку, которая расположена на рабочей части, занимающей значительную длину. В зависимости от типа экструдеpa и вида перерабатываемого материала рабочая длина червяка в 4 — 25 раз превышает его диаметр.

Перерабатываемый материал 1 в виде гранул периодически подается в загрузочную воронку 2 экструдера. Вращающийся чер­вяк захватывает подаваемый материал, который нагревается, уп­лотняется, расплавляется, гомогенизируется и, продвигаясь по вин­товой нарезке червяка, поступает в головку 9 экструдера, где рас­положен формующий инструмент — дорн 10 и матрица 11, — ко­торый обеспечивает наложение заданного слоя 12 изоляции (или оболочки) на токопроводящую жилу 13 (или сердечник кабеля).

Для уплотнения материала объем витка нарезки червяка на выхо­де делается меньше, чем на входе. Отношение этих объемов назы­вается компрессией (степенью сжатия), которая равна отношению плотности расплава 8 (на выходе из цилиндра) к так называемому насыпному весу гранулированного материала (на входе в цилиндр). Для переработки пластмасс компрессия обычно осуществляется за счет уменьшения глубины нарезки червяка при постоянном шаге. Это уменьшение происходит в зоне II экструдера, которая и назы­вается зоной сжатия, тогда как зона I — это загрузочная зона, а зона III — дозирующая, или зона выдавливания.

Длина зон и температура в различных зонах экструдера разные, а также разные состояние материала, механизмы его перемеще­ния и происходящие физико-механические процессы, поэтому для объяснения причин перемещения перерабатываемого материала в цилиндре экструдера используются различные физические модели.

На рис. 2 показана схема экструзионной линии. Жила с отдающего устройства попадает в рихтовочное устройство, там выпрямляется и далее подогревается током до 100-120⁰С, что обеспечивает лучшее прилегание расплавленного полимера к жиле, более плавное охлаждение и снижает вероятность образования микропор в изоляции вблизи жилы за счет усадки. Подогретая жила попадает в червячный пресс, в котором имеется три зоны нагрева. Для ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности): 1-я зона — 100-120° С; 2-я зона — 150-180° С; 3-я зона — 180-240° С. Головка пресса (дорн) имеет — 200-270° С, матрица — 220-300⁰С. Верхние гра­ницы температур поддерживаются при высоких скоростях опрессования (около 600 м/мин). Для ПЭНД (полиэтилен низкого давления, высокой плотности) температуры повы­шаются на 40—60° С.

Рис. 2. Схема экструзионной линии для наложения пласт­массовой изоляции:

1 — отдающее устройство; 2— рихтовочное устройство; 3 — подогрев жилы; 4 — червячный пресс; 5 — устройство бесконтактного контроля диаметра; 6 — уст­ройство для охлаждения горячим воздухом; 7 — ванна водя­ного охлаждения; 8 — устройство воздушной сушки поверх­ности изоляции; 9 — аппарат «сухого» испытания; 10— тяго­вое  устройство;   11 — счетчик  длины;   12— приемное    устройство

Для получения качественной изоляции очень важно под­держивать автоматически температурные режимы опрессования. Контроль диаметра производится после червячного пресса или после охлаждения кабеля. Охлаждение кабеля производится плавно многоступенчато: вначале горячим воз­духом, а затем водяное охлаждение трехступенчатое: 80— 90° С, 50—70° С и 20—40° С. Такое ступенчатое охлаждение исключает возможность образования воздушных включений или внутренних механических напряжений в изоляции. За­тем поверхность изоляции обдувается сжатым воздухом и опрессованный кабель попадает в аппарат «сухого» испыта­ния,  где производится  высоковольтный  контроль  кабеля.

Наложение полупроводниковых экранов на поверхность жилы и изоляции (для кабелей с номинальным напряже­нием  10 кВ и выше)   производится последовательно на трех прессах: экран — изоляция — экран (тандем — линия) или при специальном расположении прессов (друг против друга: Т-образное расположение или под углом: V-образное распо­ложение) одновременно наносится экран и изоляция (раз­ными прессами через общую головку).

Литература:

Основы кабельной техники/ под ред. И.Б. Пешкова. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с.