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一. 發(fā)泡分為兩種方式：物理髮泡&化學發(fā)泡
1. 物理發(fā)泡是選擇合適分子量的HDPE,在使用過程中用專用N2壓縮設備N2混入螺缸中融熔
在料里.經(jīng)螺桿攪拌均勻,并產(chǎn)生較大壓力在擠出后瞬間膨脹,形成質(zhì)輕多孔的發(fā)泡PE.
2. 化學發(fā)泡是在HDPE中添加了發(fā)泡劑,其主成份一般為氨類化合物,其在高溫時會分解并產(chǎn)生N2,利用較小的外模,使其機頭內(nèi)獲得較大壓力.當擠出后,因壓 力釋放,而使其內(nèi)部N2膨脹成氣孔,成為發(fā)泡PE.因在其中添加了發(fā)泡劑,利用化學反應來達到發(fā)泡效果,故稱為化學發(fā)泡.

二. 發(fā)泡的目的及優(yōu)點
1.使制品輕量化,同時可以降低材料成本,但降低材料的介電系數(shù)才是主要目的.
2.介電常數(shù)小、介質(zhì)損耗低、高頻衰減低、性能穩(wěn)定、防水防潮和彎曲性好、電纜外徑小、使用壽命長等優(yōu)點.
3.機械性能和電性性能良好.

三. 發(fā)泡的缺點.
機械強度小、易損傷;不耐磨,耐熱性能差,對導體附著力小、易燃.

四. 發(fā)泡的原理
1. 物理發(fā)泡是利用塑料擠出過程中直接注入氣體或液態(tài)氣體來實現(xiàn)發(fā)泡絕緣,物理發(fā)泡的制造
方法是采用不產(chǎn)生損耗的氣體用發(fā)泡齊,所以消除了化學發(fā)泡劑的弊端,即絕緣內(nèi)不存在化學發(fā)泡方法產(chǎn)生的殘余物或水份,使絕緣的介質(zhì)損耗大幅度下 降,物理發(fā)泡可消除化學發(fā)泡的許多工藝加工限制,易于制得泡孔微小、發(fā)泡均勻的優(yōu)質(zhì)絕緣,特別是可制得發(fā)泡高達80%的絕緣,而化學發(fā)泡絕緣的發(fā)泡度僅 40%左右.
2. 物理發(fā)泡絕緣材料是由于基本樹脂(絕緣塑料)、發(fā)泡劑和成核劑構(gòu)成,物理發(fā)泡法主要應用于聚乙烯,也同樣應用于氟塑料.進行物理發(fā)泡時,聚合物(即PE絕 緣料)應同成核劑混合,同時把氣態(tài)或液態(tài)的發(fā)泡劑注入熔融的聚合物中,并令其從熔解狀態(tài)析出,使之在擠出過程中不斷產(chǎn)生凝聚中心與氣泡,成核劑能使氣泡的 大小及分布變得均勻.
3. 氮氣發(fā)泡是通過壓縮空氣啟動注入泵,在一定的壓力下使氮氣高壓泵升壓,并通過穩(wěn)流閥行控制,然后從噴頭把氮氣注入擠出機中,當?shù)獨庠诟邏鹤饔孟?像霧狀一 樣噴入擠出機內(nèi)熔融的聚乙烯之中,同時與聚乙烯中的成核劑發(fā)生核化,擠出后在空氣中形成發(fā)泡絕緣.氮氣物理發(fā)泡的主要過程就是將氮氣溶解于熔融的聚乙烯 (PE)之中,形成微細的泡孔結(jié)構(gòu),在擠出機螺缸內(nèi),含有少量成核劑的PE料經(jīng)加熱攪拌充分塑化后,將氮氣注入.
4. 物理發(fā)泡過程中為了易于泡孔生成,還在PE材料中添加一定量的成核劑,常用的主要成份為偶氮二洗胺.

五. 工藝設備及工藝設計
1. 高壓氮氣注射系統(tǒng),范圍50~700bar,其穩(wěn)定性、密封性要好.
2. 內(nèi)導體預熱設備要有足夠的功率,能實現(xiàn)導體溫度調(diào)節(jié)范圍在常溫50℃．
3. 芯線的牽引要穩(wěn)定而有力,冷卻水槽要有足夠的長度.
4. 由于成核劑分解誘導期較長且具有突發(fā)性,擠出后仍有殘余,故�？跍囟纫�低,否則在高溫環(huán)境中,絕緣層的內(nèi)部會出現(xiàn)泡孔過度生長,導致泡孔破裂、并泡,大小不均,甚至產(chǎn)生開孔狀態(tài)破壞絕緣結(jié)構(gòu).
5. 工藝實踐中發(fā)現(xiàn)成核劑含量0.5%左右即能滿足要求,且單對發(fā)泡度而言,PE發(fā)泡料產(chǎn)品在恰當工藝條件下均右達到80%以上.
6. PE發(fā)泡料的熔體溫度一般為180℃,實際上由于注氣段之前塑化段較短,溫度應設置得高一些,以實現(xiàn)熔體較充分的塑化.機頭區(qū)域溫度要降低,整個溫度設置由前到后逐步收斂,呈類似正弦波分布曲線,效果較好.
7. 氮氣的注入位置在機身的中段,其工藝參數(shù)的設置對能否實現(xiàn)高發(fā)泡度至關(guān)重要,由分子熱力學原理可知分子熱動力越快(溫度高),密度越大,其表現(xiàn)出來的壓力越大.隨著熵的增加,分子熱運動不一樣的兩個系統(tǒng)發(fā)生交流后,將趨于均衡.
8. 由于物理發(fā)泡絕緣層厚度為泡沫結(jié)構(gòu),冷卻時由外向內(nèi)逐步固化,過程很慢,故應采用壓力式或半壓力式模具.

六. 物理發(fā)泡絕緣的隔層擠出技術(shù)
1. 三層絕緣與傳統(tǒng)的線纜發(fā)泡絕緣技術(shù)不同的是,隔層擠出工藝可使絕緣獲得內(nèi)層、發(fā)泡層和外層的三層結(jié)構(gòu).各層均有特別的作用,其中：
1).內(nèi)層擠包在導體上,這是一層很薄的實心層,標稱厚度為10um,它使得導體和絕緣層間有良好的附著性,因厚度很薄,故對絕緣整體的性能影響很小,內(nèi)層應盡可能薄,導體上的內(nèi)層厚度越薄,則要求擠出機的擠出量越穩(wěn)定.
2).發(fā)泡層作為絕緣介質(zhì),要求其發(fā)泡度盡可能高,對于線纜而言,計算和實際生產(chǎn)均傾向要求有60%的發(fā)泡度；對于較厚的絕緣層(如小同軸電纜),發(fā)泡度高達70%,聚乙烯通常用作發(fā)泡層的材料.
3).外層則可保證機械強度和良好的表面質(zhì)量,提高整個絕緣層的耐磨性,目前線纜絕緣用的聚乙烯也適用于表層材料,外層的厚度約為50um,它取決于電纜的結(jié)構(gòu)和要求.

七. 模具的選擇
1. 絞合外徑：d=√N×1.155×d

2. 外模：DX=√D2×0.5+d2×0.5 (經(jīng)驗得出)

發(fā)泡芯線內(nèi)模： D=d+k(k=0.6~1.5)　　　　
D—內(nèi)�？讖健　　�d—導體外徑　
k—內(nèi)模放大值,單支導體放大值較小,多支導體放大值較大
發(fā)泡模套計算方法：Dx=[(1-F)*(D2-d2)+d2]1/2*k
Dx—模套尺寸 mm　　 F—發(fā)泡度　　 D—芯線外徑 mm　　
d—導體外徑（或內(nèi)芯外徑）mm　　k—系數(shù) 0.95~1.0　內(nèi)模、模套間距 L=1.5~2.5D　
L —間距　 D—模套孔徑








八. 發(fā)泡的控制方法及成品電性關(guān)系
控制方法：1).溫度 2).模具 3).氮氣流量 4).導體預熱 5).絕緣內(nèi)層

電性關(guān)系：

C= (單芯同軸線) C=24.13εlg (復合線)


Zo=

C→電容 d→導體直徑 ε→絕緣的介電常數(shù) D→絕緣外徑
K→導體系數(shù) dW→編織導體OD Zo→阻抗


















導體條數(shù) 導體系數(shù) 絕緣物料 介電系數(shù)
1 1.000 發(fā)泡LDPE 1.8
7 0.939 發(fā)泡HDPE 2.2
19 0.970 發(fā)泡PVC 5.0
37 0.980 發(fā)泡PP 1.8
61 0.985 化學發(fā)泡PE 1.8
91 0.988 物理髮泡PE 1.5


九. 發(fā)泡注意事項
1. 前水槽根據(jù)室溫盡量使水槽水溫不超過50℃,線材由于水溫過高而繼續(xù)發(fā)泡.
2. 機器開正常以后,盡可能不要調(diào)節(jié)引取速度和主機轉(zhuǎn)速,這樣使芯線OD不穩(wěn)及發(fā)泡度也不穩(wěn),導致水中電容有變異.
3. 如斷線后,應去擠料,因螺缸里的料通過氮氣的分解使發(fā)泡料過度,導致外觀粗糙,并有斷膠現(xiàn)象.
4. 導體需過預熱,預熱時溫度不可太高,會導致外徑不圓并有發(fā)黃現(xiàn)象.
5. 需過內(nèi)層PE,增加附著力.
6. 發(fā)泡印環(huán)機要盡量靠近機頭,以免水中電容的差距才不會太大.
7. OD控制或電容控制可移動前水槽跟眼模的距離.

十. 物理發(fā)泡線生產(chǎn)常見問題解決
1. 表面粗糙、破裂
原因分析：
1.1材料熔體流動速率較�。↙DPE≤0.5g/10min，HDPE 0.2~1.0g/min），開機速度較快易引起熔體破裂。
1.2 LDPE與HDPE相混合，熔體流動速率不均勻，從而產(chǎn)生不均勻的內(nèi)應力，出�？跁r應力恢復引起熔體破裂。
1.3溫度過低,壓力增大,剪切應力增加,開機速度超過塑料的臨界剪切速率(LDPE一般為50~6001/s）
1.4 出�？趬毫μ�小或太大。
1.5模套入口角太大，臨界剪切速率變小。
1.6 氮氣壓力太大，進一步增大塑料擠出壓力，剪切應力增加，臨界剪切速率降低。
1.7 模套太小，導致內(nèi)應力增大。
1.8 內(nèi)模、外模不光滑，高速時摩擦力較大，易于引起熔體破裂。
1.9 螺桿長徑比太小，螺槽深度太淺。
1.10 加速太快，已引起熔體破裂。
解決方法：
1.1 改用熔體流動速率較大的材料（不同的LDPE料，熔體流動速度可相差幾倍）。
1.2 適當增大HDPE的混合量，HDPE的熔體流動速率較大，但此方法易使線芯抗拉性能減弱，易折斷，一般不適于實芯擠出；如HDPE混合量太大，螺桿內(nèi)部壓力較低，氮氣進氣量增大且進氣不穩(wěn)定，易造成發(fā)泡度過大而扁線、表面發(fā)毛或外徑不穩(wěn)定。
1.3 提高熔體溫度。
1.4調(diào)節(jié)內(nèi)模與模套間距　模套間距：L=1.5~2.5D（D 模套孔徑）。L偏小時壓力較小，L偏大時壓力較大。壓力調(diào)節(jié)以觀察到出�？谛揪�剛好離模發(fā)泡時為準（出�？跁r較透明），壓力較小時模內(nèi)發(fā)泡表面易粗糙，壓力較大易發(fā)生扁線及機身溫度自動升高。
1.5 減小模套入口角，內(nèi)模斜度與模套壁應一致，盡量保持塑料層流。
1.6 適當降低氮氣壓力。一般較小外徑芯線氮氣壓力可減小，較大時適當增大，并非所有線都采用同一壓力。
1.7 適當放大模套，減小出�？谇皟�(nèi)應力。
1.8 用砂紙砂光內(nèi)模、模套壁，提高擠出的臨界剪切速率。
1.9 增大螺桿長徑比，加深螺槽深度。
1.10 適當降低開機速度，螺桿內(nèi)的料排完后再慢慢加速。（熔體表面張力有一個臨界范圍，如超過臨界上限值，要恢復到不破裂時需降低速度到臨界下限值以下，因此臨 界剪切速率為表面張力的下限值時的速率。如果從臨界表面張力下限值上升，需達到上限值時才會引起熔體破裂，因此只要在達到一定的開機速度，其表面由應力而 產(chǎn)生的破壞力比其臨界表面張力小都不會發(fā)生熔體破裂。）

2. 線徑大小不一
原因分析：
2.1 塑料在濾板處旋轉(zhuǎn)擠出時，帶動雜質(zhì)旋轉(zhuǎn)，因此雜質(zhì)堵住濾網(wǎng)的目數(shù)在隨機變化，導致塑料流量大小變化。
2.2 氮氣壓力太大，擠出時充入的氮氣不均勻，發(fā)泡度變化。
2.3 ONLINE測控公差設置太小,導致牽引電機速度變化較快,變化過程中產(chǎn)生慣性導致速度不穩(wěn).
2.4 牽引電機反饋動作延遲。
2.5 主電機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，塑料擠出時流量變化。
2.6 模套太小，擠出發(fā)泡時的變化量與壓力的關(guān)系較大。
2.7 放線張力不均勻，導致線速度變化。
2.8 溫度調(diào)節(jié)不當，氮氣與塑料混合不均勻。
解決方法：
2.1 經(jīng)常更換濾網(wǎng)，增加濾網(wǎng)層數(shù)。
2.2 適當減小氮氣壓力。
2.3 適當增大ONLINE的測控公差設置。
2.4 調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)。
2.5 適當增大模套。
2.6 調(diào)節(jié)放線張力。
2.7 調(diào)節(jié)加熱溫度。
（如下圖例所示）φ45機為七段加熱區(qū)，第3、4區(qū)之間為進氣孔，氮氣沖入時，將向壓力較低（即溫度較高的區(qū)域）的區(qū)域流動，φ45機螺桿較短， 可能氮氣與熔體未充分混合就擠出，從而引起外徑大小不均勻，因此需降低第三區(qū)溫度，升高第四區(qū)溫度，使氮氣回滲混合后再擠出，即從操作上增大混合段長度， 讓氮氣與塑料能充分混合，從而均勻發(fā)泡，使外徑相對穩(wěn)定。
















3. 如確認氮氣進氣氣路暢通，氮氣氣量充足后，氮氣進氣仍較困難
原因分析：
料銅內(nèi)壓力太大，與氮氣壓力基本相當，氮氣無法進入料筒。
解決方法：
3.1 清除濾網(wǎng)上的雜質(zhì)，使塑料暢通擠出。
3.2 檢查模套是否太小，或內(nèi)模、模套間距是否太小，從而增大了螺桿壓力。
3.3 適當升高進氣孔旁進料端加熱器溫度（升高20~30度為宜）。

4. 氮氣進氣孔堵塞
原因分析：
料筒內(nèi)壓力較大時釋放氮氣，氣管內(nèi)壓力大大降低，如進氣閥的逆向阻礙不良，塑料易回滲至氣管內(nèi)，從而堵塞氣體進入。
解決方法：
4.1 更換氮氣時，讓料筒內(nèi)殘留氣體沖出，料筒內(nèi)壓力降低后方可更換。
4.2 停機或發(fā)泡度超大時，不允許釋放氮氣，以防熔體回滲。

5. 芯線扁線
原因分析：
5.1 模套太小，塑料出模時發(fā)泡膨脹的應力過大且不均勻，導致扁線。
5.2 溫度偏高，定型速度較慢發(fā)生自變形。
5.3 氮氣量太大，發(fā)泡度過高。

解決方法：
5.1 適當增大模套
5.2 降低溫度
5.3 適當減小氮氣

本文節(jié)選于線纜機電商城-線纜機電論壇

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哈哈，對于我來說是新東西，學習了

好東西 學習  謝謝樓主 、