CN1773633A - 一种电缆发泡方法 - Google Patents
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Abstract
一种电缆发泡方法，属于电缆生产技术领域，具体涉及电缆生产的物理发泡技术，本发明提出的物理发泡方法，其特点是采用高压注气系统来取代低压注气系统，达到了提高和稳定产品的物理发泡度，使发泡更加均匀、稳定、易于控制，提高了产品性能，克服了低压注气发泡度有限、发泡度稳定性差、螺杆糊料严重等缺点，降低了产品成本，可广泛用于电缆的生产领域。
Description
技术领域
本发明属于电缆生产技术领域，具体涉及同轴电缆生产的物理发泡技术。
背景技术
物理发泡聚乙烯同轴射频电缆主要是运用物理发泡原理使聚乙烯材料发泡后绝缘介质达到高均匀性、低损耗、高传输效率。其物理发泡原理主要是通过向聚乙烯挤出过程注入一定的气体达到发泡的目的。物理发泡度的高低与注入气体的压力高低有直接联系。目前国产物理发泡机组主要是采用低压注气系统。随着国内大中城市的CATV网络和移动通信的升级换代，对物理发泡生产线的要求越来越高，因此低压注气物理发泡绝缘挤塑生产线的缺点暴露得越来越多，主要是：发泡度有限，最高只能达到70％，并且发泡的稳定性差，对于象SYWLY-75-9、SYWLY-75-12等电缆要求的高发泡度相差较大。同时，由于低压注气导致了螺杆糊料严重，每周至少要清洗螺杆两次，增加了工作量和工作难度，并且有时无周期的出现糊料，影响产品性能，增大了产品成本。为此，电缆制造需要一种技术来提高物理发泡度和提高发泡产品性能，克服上述缺点。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种新的物理发泡方法，其特点是采用高压注气系统来取代低压注气系统，达到了提高和稳定产品的物理发泡度，提高产品性能。物理发泡聚乙烯同轴射频电缆主要是运用物理发泡原理使聚乙烯材料发泡后达到降低介电常数，从而提高均匀性，达到传输的低损耗、高传输效率的作用。其物理发泡原理主要是通过向发泡过程注入一定的气体达到发泡的目的。物理发泡度的高低与注入气体的压力高低有直接联系，根据流体力学原理，单位时间内流过某截面的流体的量为流量，注入气体的流量(设定为QV)可用方程表示：
Qv＝CvAPg-PcPc
式中：Qv：气体流量 Cv为系数，取Cv＝3.17L/Smm2Mpa
A：喷嘴孔面积 Pg：注气压力
Pc：挤出机注气点的背压。
由公式可知，只要Pg＞Pc，即可注入氮气到料筒，由于螺杆是不停运转，即背压在不停变化，这就势必影响到注入的气体流量的变化，也就会造成发泡度的不均匀，为排除这种影响，最可行的方法就是注入气体在达到声速的临界状态下注入，气体的流量就不受料筒背压的影响。此时注入的压力称为临界压力，临界压力与Pc有以下关系：
式中：Pc：背压；Po：临界压力；K：绝热指数，取1.41；则Po＝1.9Pc，Po＝Pg，Pg＝1.90Pc。
而挤出机的背压Pc可以用仪表测试，只要知道Pc即可确定挤出机的最低注气压力。
由此可知Q＝0.499Cv.A.Pg。
这就是达到恒定注入氮气的条件。
这种电缆发泡方法包括以下步骤：
A、配方塑料在挤塑机中混合、加热形成熔融塑料；
B、氮气经过减压阀，再进行干燥，然后以压缩空气作为增压泵的动力，使氮气经过增压泵加压，形成达到压力要求的高压氮气。
C、在熔融塑料中高压注入工业氮气形成混合均匀的气体和熔融塑料混和体；
D、含气体的熔融塑料在挤塑模具中挤出成型；
F、成型塑料出模后释压，塑料内气体膨胀；
G、形成充分发泡、相互闭孔的微细泡沫绝缘体。
上述的发泡方法，其中高压工业氮气的压力为15Mpa-40Mpa；优选为20Mpa-30Mpa，最佳为25Mpa。高压氮气的加工方法由以下步骤构成：
H、氮气经过减压阀，再进行干燥，备用；
I、压缩空气进行干燥，备用；
G、以压缩空气作为增压泵的动力，使氮气经过增压泵加压；
K、将达到压力要求的高压氮气通过注气杆进入挤塑机。
上述发泡方法，其中挤塑机螺杆注气孔孔径为15um-35um范围，其中优选25um。
物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆主要用于1GHz以下闭路电视系统、共用天线电视系统、有线电视系统用作主干线、分支线和用户线及其电子装置。其中：CATV电缆主要用作有线电视电缆，该方法生产的CATV电缆绝缘具有发泡均匀稳定，泡孔细微且不串孔，衰减低，密封防潮性好等特点。HFC电缆适用于我国光纤同轴电缆混合网、数字化、宽带化的发展需要，是HFC网络首选的用户线，而HFC网络是将单纯的分配电视节目转向宽频带、双向化、多媒体及数字化发展方向，并且是信息高速公路的理想接入网，因此，该电缆采用先进的高泡物理发泡技术，具有多层屏蔽结合，以保证较大的屏蔽衰减。该方法生产的产品执行的质量标准是行业标准SJ/T11138.1-.4-1997，通过ISO9002质量认证体系，并且通过了国家相关行业许可证XK-09-150-276。
该生产新工艺技术研制完成后，三条国产线加研制费用共计人民币600万元。如果向国外引进三条同类生产线，需300万美元，相比可节省200多万美元外汇，同时还可缩短投资周期，提高了企业的竞争能力。此类设备在国内约有40余条生产线，如经此项新工艺技术改进，可节省大量外汇，大大提高现有产品的质量，为发展宽带网络创造更好的条件。
该发明所述方法生产的产品，质量有了显著提高，发泡度可以达到75％以上，产品线径变化±0.15MM，电容变化在±PF/M，回波损耗提高，可达26DB；产品废品率大大降低，并且生产速度提高了40％。
附图说明
图1是本发明所述方法的工艺流程图。
图2是本发明所述方法中高压氮气加工工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明具体的实施例。
实施例1：利用本发明方法生产SYWY-75-7产品。
原材料准备：电工圆铜线Φ0.12、99.99％工业氮气、1I2A-1LDPE、HD6070EAHDPE、成核剂。本发明所需的原材料电工圆铜线Φ0.12、99.99％工业氮气、1I2A-1LDPE、HD6070EAHDPE、成核剂、物理发泡专用料等均可在国内市场购进。PE塑料粒料，由北京燕山石化公司或新疆独山子石化公司等企业购进。铜线由成都双流铜材厂或德阳旌昌铜线厂购进。
工艺指标：产品规格SYWV-75-5、注气孔径15μm、注气气压25Mpa、内皮模芯孔径Φ1.05、内皮模套孔径Φ1.10、发泡模芯孔径Φ1.30、发泡模套孔径Φ2.80、内导体直径Φ1.0+0.01、绝缘控制直径Φ4.8±0.05、电容控制值54PF/m。
挤塑机型号XDSWJΦ90×38。挤塑机加热参数如表一。表一所示的第7区加热处为高压注气点。
生产工艺步骤：
如图2，启动高压注气系统，99.99％工业氮气经过减压阀，再进行干燥；压缩空气进行干燥；以压缩空气作为增压泵的动力，使氮气经过增压泵加压，增压泵为德国MAXMATOR的增压泵，配以联接管道和检测仪表及干燥机、空气压缩机等组成氮气增压系统；将达到压力要求的高压氮气通过注气杆备用，压力可调至25Mpa。如图一，启动挤塑机加热系统，使其加热至如表一所需工艺温度；将70％的HDPE与30％LDPE及1‰的成核剂充分混合均匀加入挤塑机料斗；配方塑料在挤塑机中混合、加热形成熔融塑料；在熔融塑料中高压注入上述备用的工业氮气，形成混合均匀的气体和熔融塑料混和体；含气体的熔融塑料在挤塑模具中挤出成型；成型塑料出模后释压，塑料内气体膨胀；经冷却，形成充分发泡、相互闭孔的微细泡沫绝缘体。开启挤塑机开始排料，直至所排发泡料达到要求的发泡度，且排料压力(机头压力)稳定；开启生产线其它设备，调整牵引速度，使绝缘外径达到规定的值，观察电容值进行缓慢的调节高压注气压力直至绝缘电容达到规定值；收卷符合要求的绝缘。发泡工艺外的其它工艺为本技术领域的常规工艺，不在这里详述，省略。生产出的电缆测试其电气性能如表四。
实施例2：利用本发明方法生产SYWLY-75-9产品。
原材料准备：电工圆铜线Φ2.2、99.99％工业氮气、1I2A-1LDPE、HD6070EAHDPE、成核剂。电工圆铜线Φ2.2、99.99％工业氮气、1I2A-1LDPE、HD6070EAHDPE、成核剂、物理发泡专用料等均可在国内市场购进。PE塑料粒料，由北京燕山石化公司或新疆独山子石化公司等企业购进。铜线由成都双流铜材厂或德阳旌昌铜线厂购进。铝带由成都电缆厂铝带分厂或陕西秦龙公司购进。
工艺指标控制：产品规格SYWLY-75-9、注气孔径25μm、注气气压28Mpa、内皮模芯孔径Φ2.20、内皮模套孔径Φ2.30、发泡模芯孔径Φ2.50、发泡模套孔径Φ3.80、内导体直径Φ2.15+0.01、绝缘控制直径Φ9.10±0.05、电容控制值49PF/m。
挤塑机型号XDSWJΦ90×38。挤塑机加热参数如表二。表二所示的第7区加热处为高压注气点。
生产工艺步骤：
如图二，启动高压注气系统，99.99％工业氮气经过减压阀，再进行干燥；压缩空气进行干燥；以压缩空气作为增压泵的动力，使氮气经过增压泵加压，增压泵为德国MAXMATOR的增压泵，配以联接管道和检测仪表及干燥机、空气压缩机等组成氮气增压系统；将达到压力要求的高压氮气通过注气杆备用，压力可调至28Mpa。如图一，启动挤塑机加热系统，使其加热至如表一所需工艺温度；将70％的HDPE与30％LDPE及1‰的成核剂充分混合均匀加入挤塑机料斗；配方塑料在挤塑机中混合、加热形成熔融塑料；在熔融塑料中高压注入上述备用的工业氮气，形成混合均匀的气体和熔融塑料混和体；含气体的熔融塑料在挤塑模具中挤出成型；成型塑料出模后释压，塑料内气体膨胀；经冷却，形成充分发泡、相互闭孔的微细泡沫绝缘体。开启挤塑机开始排料，直至所排发泡料达到要求的发泡度，且排料压力(机头压力)稳定；开启生产线其它设备，调整牵引速度，使绝缘外径达到规定的值，观察电容值进行缓慢的调节高压注气压力直至绝缘电容达到规定值；收卷符合要求的绝缘。发泡工艺外的其它工艺为本技术领域的常规工艺，不在这里详述，省略。生产出的电缆测试其电气性能如表五。
本发明方法生产的产品完成的主要技术性能指标与国内、国外同类产品先进技术指标的比较如表三。
表一 生产SYWY-75-7产品挤塑机加热参数
| 加热区间 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 法兰 | 机头 | 模具 |
| 温度℃ | 140 | 150 | 160 | 165 | 170 | 175 | 165 | 165 | 170 | 185 | 195 | 180 |
表二 生产SYWLY-75-9产品挤塑机加热参数
| 加热区间 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 法兰 | 机头 | 模具 |
| 温度℃ | 140 | 150 | 160 | 165 | 170 | 175 | 165 | 165 | 170 | 185 | 195 | 180 |
表三 本发明产品同国内外同类产品性能比较
| 技术指标名称 | 国内行业标准 | 国外标准(Comm/Scope，p3-75-500) | 本发明产品指标 | |
| 衰减常数Db/100m | 50Mhz | 1.9 | 1.71 | 1.7 |
| 200Mhz | 3.9 | 3.58 | 3.5 | |
| 550Mhz | 6.7 | 5.97 | 5.8 | |
| 800Mhz | 8.2 | 7.35 | 7.3 | |
| 回波损耗 | VHF | 20 | / | 34 |
| VHF | 18 | / | 30 | |
| 屏蔽衰减dB | 50Mhz | ≥60 | / | ＞90 |
| 200Mhz | ≥70 | / | ＞100 | |
| 800Mhz | ≥70 | / | ＞100 | |
表四 本发明方法生产SYWY-75-7产品电气性能
| 序号 | 检测项目 | 单位 | 技术要求 | 检测结果 | 结果判定 |
| 1 | 内导体外径 | mm | 1.66±0.02 | 1.66 | 合格 |
| 2 | 绝缘外径 | mm | 7.25±0.20 | 7.20 | 合格 |
| 3 | 护套厚度 | mm | ≥0.85 | 1.41 | 合格 |
| 4 | 电缆外径 | mm | 10.3±0.3 | 10.43 | 合格 |
| 5 | 绝缘电阻 | MΩkm | 500V直流20℃≥5000 | 1.8×104 | 合格 |
| 6 | 特性阻抗 | Ω | 75.0±2.5 | 76.64 | 合格 |
| 7 | 衰减常数 | DB/100m | 5MHZ≤1.550MHZ≤3.2200MHZ≤6.4550MHZ≤10.7800MHZ≤13.31000MHZ≤15.1 | 1.202.705.118.5610.4211.63 | 合格 |
| 8 | 回波损耗 | dB | 300MHZ以下≥20300MHz以上≥18 | 32.526.6 | 合格 |
| 9 | 标志 | ---- | 型号、生产单位齐全、字迹清晰 | 合格 | 合格 |
| 10 | 屏蔽效能 | dB | 5MHZ≥6050MHz≥60200MHz≥70500MHZ≥70800MHz≥701000MHZ≥70 | 77.675.088.086.284.582.4 | 合格 |
| 11 | 缆芯介电常数 | Kv | ≥0.1，40-60Hz，1min | 合格 | 合格 |
| 12 | 护套介电常数 | Kv | ≥3.040-60Hz，1min，浸水 | 合格 | 合格 |
| 13 | 高温实验80±2℃，168h | ---- | 绝缘和护套无机械损伤 | 合格 | 合格 |
| 14 | 低温实验-25±3℃，20h | ---- | 绝缘和护套无机械损伤 | 合格 | 合格 |
表五 本发明方法生产SYWLY-75-9产品电气性能
| 序号 | 检测项目 | 单位 | 技术要求 | 检测结果 | 结果判定 |
| 1 | 内导体外径 | mm | 2.15±0.03 | 2.16 | 合格 |
| 2 | 绝缘外径 | mm | 9.00±0.25 | 9.15 | 合格 |
| 3 | 护套厚度 | mm | ≥0.90 | 1.65 | 合格 |
| 4 | 电缆外径 | mm | 12.3±0.3 | 12.40 | 合格 |
| 5 | 绝缘电阻 | M Ωkm | 500V直流20℃≥5000 | 4.8×104 | 合格 |
| 6 | 特性阻抗 | Ω | 75.0±2.5 | 75.27 | 合格 |
| 7 | 衰减常数 | DB/100m | 5MHz≤1.250MHz≤2.4200MHz≤5.0550MHz≤8.5800MHz≤10.41000MHz≤11.9 | 0.912.254.447.779.5110.73 | 合格 |
| 8 | 回波损耗 | dB | 300MHz以下≥20300MHz以上≥18 | 26.620.8 | 合格 |
| 9 | 标志 | 型号、生产单位齐全、字迹清晰 | 合格 | 合格 | |
| 10 | 屏蔽衰减 | dB | 5MHz≥9050MHz≥90200MHz≥70500MHz≥100800MHz≥1001000MHz≥100 | ＞90＞90＞90＞100＞100＞100 | 合格 |
| 11 | 缆芯介电常数 | Kv | ≥0.1，40-60Hz，1min | 合格 | 合格 |
| 12 | 护套介电常数 | Kv | ≥2.040-60Hz，1min，浸水 | 合格 | 合格 |
| 13 | 高温实验80±2℃，168h | ---- | 绝缘和护套无机械损伤 | 合格 | 合格 |
| 14 | 低温实验-25±3℃，20h | ---- | 绝缘和护套无机械损伤 | 合格 | 合格 |
Claims (6)
1、一种电缆发泡方法，包括以下步骤：
A、配方塑料在挤塑机中混合、加热形成熔融塑料；
B、氮气经过减压阀，再进行干燥，然后以压缩空气作为增压泵的动力，使氮气经过增压泵加压，形成达到压力要求的高压氮气。
C、在熔融塑料中高压注入工业氮气形成混合均匀的气体和熔融塑料混和体；
D、含气体的熔融塑料在挤塑模具中挤出成型；
F、成型塑料出模后释压，塑料内气体膨胀；
G、形成充分发泡、相互闭孔的微细泡沫绝缘体。
2、如权利要求1所述的方法，其中高压工业氮气的压力为15Mpa-35Mpa。
3、如权利要求2所述的方法，其中高压氮气的压力为20Mpa-30Mpa。
4、如权利要求3所述的方法，其中高压氮气的压力为25Mpa。
5、如权利要求1所述的方法，其中挤塑机机筒注气孔孔径为15um-35um范围。
6、如权利要求4所述的方法，其中挤塑机螺杆机筒注气孔孔径优选25um。
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHONG WEI Free format text: FORMER OWNER: AITONG ELECTRONIC CABLE MANUFACTURING CO., LTD., SICHUAN Effective date: 20101115 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 618000 ECONOMIC DEVELOPMENT ZONE, JINGYANG DISTRICT, DEYANG CITY, SICHUAN PROVINCE, NO.1, NORTH SECTION OF ZIJINSHAN ROAD TO: 618000 NO.1, NORTH SECTION, ZIJINSHAN ROAD, INDUSTRY CENTRALIZED DEVELOPMENT ZONE, JINGYANG DISTRICT, DEYANG CITY, SICHUAN |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20101115 Address after: 618000 Sichuan Deyang City Industrial Development Zone North Zijin Road No. 1 Patentee after: Zhong Wei Address before: 618000 Deyang City, Sichuan Province Economic Development Zone, Jingyang District No. 1 North Mountain Road Patentee before: Sichuan Aitong Electric Cable Manufacturing Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: AITONG ELECTRONIC CABLE MANUFACTURING CO., LTD., S Free format text: FORMER OWNER: ZHONG WEI Effective date: 20110214 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 618000 NO.1, NORTH SECTION, ZIJINSHAN ROAD, INDUSTRY CENTRAL DEVELOPMENT AREA, JINGYANG DISTRICT, DEYANG CITY, SICHUAN PROVINCE TO: 618000 NO.1, NORTH SECTION, ZIJINSHAN ROAD, ECONOMIC DEVELOPMENT ZONE, JINGYANG DISTRICT, DEYANG CITY, SICHUAN PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110214 Address after: 618000 Deyang city in Sichuan Province Economic Development Zone Zijin Jingyang District No. 1 North Road Patentee after: Sichuan Aitong Electric Cable Manufacturing Co., Ltd. Address before: 618000 Sichuan Deyang City Industrial Development Zone North Zijin Road No. 1 Patentee before: Zhong Wei |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100414 Termination date: 20141108 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |