建筑用尼龙护套电线的制造

建筑用尼龙护套电线的制造鲁邦秀（宝胜集团有限公司，江苏扬州225800 ）摘 要：文章介绍了建筑用尼龙护套电线的特点、尼龙材料的成型特性，并结合实际生产，提出建筑用尼龙护套电线的结构设计、工装模具等制造工艺及有关试验。关键词：性能；特点；结构设计；工艺；试验Manufacturing process of nylon sheath wire in building LU Bang-xiu(BAOSHENG GROUP Co., LTD. , Yangzhou Jiangsu 225800)Abstract: The characteristics of nylon sheath wire in buildingand the molding speciality of nylon material are presented, basing on practice, the manufacturing process such as configuration design and processing furnishment and die of nylon sheath wire in building are described in detail , so with some related tests.Key words: performance; characteristic; configuration design; process; test1 前言随着我国改革开放的不断深入， 建筑业得到了迅猛发展， 广泛应用于建筑工程电气连接的低压电线， 需求量也快速增长。 我国长期使用的建筑电线， 均为普通的聚氯乙烯电线， 这种传统结构的电线， 因其绝缘料为普通聚氯乙烯而存在一些缺陷。 国内许多用户， 自试用过尼龙护套电线后， 便不再选用全 PVC建筑电线了。因而，建筑用尼龙护套电线的用量正逐年上升， 该产品却因拥有尼龙挤出技术的厂家较少而走俏。 推广尼龙挤出技术对建筑用线的更新换代， 显得尤为重要。1.1 传统结构的建筑用电线的缺点（1） 普通建筑用线的过载能力和短路热容量小，长期工作温度为 70，不能耐受较高的环境温度；同时聚氯乙烯绝缘受热会收缩，影响电路工作的安全性。（2） 绝缘层机械强度相对较低，极易被鼠类咬破造成供电事故。（3） 当电线被敷设在有油污、油蒸汽的厨房或油库附近时，由于油和化学物质的存在，其绝缘层会溶胀，以致老化、龟裂，丧失机械物理性能而造成电线的报废。（4） 穿管敷设时易损伤绝缘层，造成供电事故隐患。（5） 当水份侵入电线时，使绝缘介质损耗增大，绝缘电阻下降，影响电线使用寿命。由于普通全聚氯乙烯绝缘电线存在上述缺点， 我国许多建筑设计单位已明确了采用。尼龙护套电线替代全 PVC电线的目标。尼龙护套电线之所以成为建筑用线的新型换代产品，是其比传统建筑用线多一层尼龙护套， 而该尼龙护套则弥补上述不足。1.2 尼龙护套的性能（1） 尼龙护套具有优异的机械性能， 其抗张强度是聚氯乙烯的 5.5 倍以上，被誉为“柔软铠装”。（2） 耐热性好，连续使用温度可达 121，且尼龙是两态材料，只有玻璃态和粘流态，没有高弹态，即使在 150的高温下也看不出明显的变形现象。（3） 耐磨性能优良。（4） 化学稳定性好，能够耐油、耐碳氢化物等。由于尼龙护套的上述优点， 其作为新一代建筑用线的好处也是显而易见的，主要表现在工程施工和安全可靠性上。1.3 建筑用尼龙护套电线的特点（1） 因尼龙护套电线的外径减小，在同样内径的电线管中，可容纳的电线直径更大，根数更多。（2） 具有优良的自润滑性， 使得管道穿线方便、 工作效率高，并能有效防止电线穿管受损。（3） 尼龙电线的绝缘收缩率显著降低，可减少电线与其它电器连接处的导体裸露部分，提高线路工作的安全性。尼龙护套电线在性能上完全符合JB/T10261 和 UL83标准的要求，与普通 PVC电线的性能比较见表 1。表 1 尼龙护套电线与 PVC的性能比较比较1.510mm2性能比较项目外径重量材料成本耐热过载热稳定性耐磨耐油施工型号BCBWC差一般一般一般良BVN0.89D0.93W0.98C优优优优优注： D-电线成品外径，W- 电线成品重量， C-电线材料成本。注： D-电线成品外径， W-电线成品重量， C-电线材料成本。2 建筑用尼龙护套电线的结构设计为提高建筑用线的机械电气性能，实现建筑电线的耐磨、 阻燃和耐油等性能要求。必须对尼龙护套电线进行科学的材料选型和合理的结构设计，其设计应以满足 JB/T10261 和 UL83的产品性能为基础。2.1 产品性能（1） 电性能：导体直流电阻、耐压试验、绝缘电阻。（2） 机械性能：绝缘老化前后机械性能、失重试验、成品电线抗开裂性能、变形性能、低温卷绕性能、低温冲击试验、耐磨性能。（3） 化学稳定性能：耐油试验、单根垂直燃烧试验。2.2 根据电线性能，对电线各组成元件的设计要求（1） 导体应分别符合GB3956-1997中第一种实芯导体或第二种绞合导体，绞合圆铜导体应表面圆整，以提高绝缘的圆整度。（2） 绝缘层采用聚氯乙烯绝缘料，厚度的设计依据行业标准JB/T10261，规定标称厚度和最薄处厚度。（3） 尼龙护套是本产品的关键工序，尼龙护套厚度的设计执行行业标准（与UL83一致）规定。尼龙护套电线的组成元件较少，结构相对简单。 即在铜导体外进行薄壁绝缘，并紧覆一层极薄的尼龙护套，使得电线外径趋小，重量减轻。其主要结构如图 1 所示。2.3 实现尼龙护套结构的技术关键按照上述结构，尼龙护套电线的工艺流程如下：在以上工序中，导体的拉制、绞合、聚氯乙烯绝缘印字均为成熟工艺，容易满足要求， 而尼龙护套挤出相对陌生。 采用尼龙护套结构， 主要解决下列技术关键：（ 1）尽管减薄了绝缘厚度，小规格电线的绝缘厚度仅是全 PVC电线的一半，但仍要提高电线的电气性能；（ 2）尼龙护套的最小厚度为 0.10mm，实现超薄护套的挤出，需要配置相关的工艺工装；（ 3）对于软结构导体，厚度减薄后的绝缘线芯表面会有绞线的绞痕， 将影响尼龙护套与绝缘层的结合， 需根据挤塑机机头特点，专门设计无偏芯挤压式模具。（4）为确保挤包密实，在绝缘和护套的挤出过程中，均采用抽真空挤出。3 尼龙护套的挤出工艺3.1尼龙材料的主要性能尼龙是含有酰胺基（ -CO-NH-）的线型热塑性树脂，其分子间的作用力较大，且能形成氢键、易结晶，因而具有许多普通塑料无以相比的特性。在物理机械性能上，总的说来，尼龙比较柔韧、耐磨、机械强度高，表面呈透明或半透明状态，其主要性能指标见表2。序性能项目单性 能 指号位标1比重g/cm31.132熔点220抗张强度 - 40143323Mpa79121204断裂伸长率 - 40%623200水份含量 24h1.6550% 相对湿度%2.7饱和9.5由于尼龙材料具有不同与普通塑料的特性，因而在挤出成型时， 会表现出独特的工艺要求。3.2 尼龙护套的制造工艺材料干燥与线芯预热尼龙料易吸湿， 且热稳定性差， 在高温时易氧化。 为防止原料从空气中吸收水份，保证连续稳定的产品质量， 一般采用真空干燥吸料机输送尼龙料，是否进行干燥以尼龙料的吸湿程度为准，其中尼龙 6 的含水量高于 0.3%时需干燥。通常新购的封装尼龙材料不需要进行干燥，直接吸入料斗进行挤出。但应注意，拆封的尼龙料不能在空气中暴露太久，尼龙6 通常不超过 45 分钟。另外，为确保尼龙护套与线芯绝缘层的挤包密实，防止护套弯曲时起皱，线芯在挤尼龙护套时应进行在线预热，预热温度可控制在6090。模具选配尼龙的熔点较高， 熔体流动性好， 有利于高强度的薄壁护套成型， 但必须采用特制模具。 在模具选配中， 为适应尼龙护套的薄壁挤出， 必须严格执行模芯、模套的配合要求，其参考尺寸如图 2 所示。在实际生产中，还应保持模芯与分流器的紧密配合， 否则会有存胶从螺纹缝隙中漏出。 尼龙挤出模具的孔径尺寸主要依据电线的直径和尼龙厚度确定，配模尺寸的具体计算可参照公式（ 1）和（ 2）。d = d1 + （12） （1）D = d + 2t + 3e + 2（2）式中d 模芯内径（ mm）d1 绝缘外径（ mm）D 模套内径（ mm）t 模芯壁厚（ mm）e 尼龙护套厚度（ mm）模具的表面光洁度对尼龙护套的挤出非常重要， 尤其是模芯和模套配合区，任何缺陷都会造成尼龙护套的凹陷或划痕。因此，每次模具的使用前、后，都应进行表面光洁度检查。 此外，在模具更换过程时， 应对机头的内腔和相关部件进行清洁，去掉附着在上面的存胶、杂质和焦粒。挤出螺杆虽然目前采用普通螺杆也能挤制尼龙护套， 但并不是所有螺杆都能保证尼龙塑化均匀和达到最佳工作状态的。 由于尼龙是结晶型聚合物， 最合适的螺杆是突变形的，该螺杆的主要参数如下： 螺杆直径 60mm以下；长径比在 20:1 25:1之间；压缩比范围为 3.5:1 4:1 。尼龙在熔化时为粘流态，故应选用机筒和螺杆间隙较小的挤出机，其间隙在 0.15mm左右。温度控制尼龙的挤出温度控制要求较高， 机身加热区均要防止尼龙料温度过高或过低。温度过高，出料会变黄、变稀，无法拉伸，温度过低会过早结晶，造成出料困难，其挤出温度还受出线速度和挤出量的影响，熔融状态的尼龙， 热稳定性较差，易发生降解而使护套性能下降， 故不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长，表 3 是挤出机的典型控制温度。表 3 尼龙 6 的控制温度加热温度一区二区三区四区五区温度180200200215220六区250温度偏差2注：应根据气温、出线速度、尼龙出胶量的大小适当调整。注：应根据气温、出线速度、尼龙出胶量的大小适当调整。另外，要注意挤出机机颈的温度，这个区域中装有筛板、筛网，具有较大的散热面积，如果这个区域的温度低于尼龙的熔点时， 会引起局部尼龙的固化，而限制出胶量， 甚至在机头中产生凝胶， 导致护套表面有结块或小颗粒产生。 所以，挤出前应测量机颈温度， 使之等于尼龙料的熔点， 并使模芯的温度不低于结晶温度 181。尼龙挤出尼龙是一种经过热稳定和润滑处理的通用型挤塑级、具有中等粘度的结晶性均匀颗粒状树脂。 在挤出机中， 尼龙通常不发生塑料的渐变软化过程，在熔化温度直接由玻璃态转为粘流态，为确保尼龙挤出均匀， 必须在机筒内建立稳定的熔融压力。 完成该功能的部件， 除了挤出模具和分流器外， 还有处于机颈与机头连接处的筛板和筛网。 筛板和筛网不仅使尼龙物流在螺杆中的旋转运动变为直线运动，而且还滤掉微粒、杂质。通常筛网选择要求为：20 目+80 目+20 目，共三层。影响尼龙挤出的另一方面是绝缘线芯的表面质量，不论是绞合导线，还是单根铜线，绝缘均应采用半挤压式挤出方式。这样，使得 PVC绝缘表面圆整，从而提高尼龙与绝缘层的结合程度，形成较好的尼龙护套接触界面。为使护套挤包紧密， 降低尼龙在挤出过程中受到的拉伸应力， 提高成品的机械性能，尼龙护套均采用真空挤管挤出， 抽真空的压力以不使尼龙倒料为准。为确保正常的生产， 达到稳定的产品质量， 在线检测与控制也是十分重要的手段。如：熔融压力、熔融温度、护套外径、主机电流、螺杆转速等显示和控制。成型冷却尼龙成型时收缩率大、方向性明显，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷，因此应严格控制成型工艺条件。尼龙6 的熔点为 215，在熔点温度时是无定形的，没有晶状成份。但随着温度的降低，尼龙晶体将逐渐形成，晶体形成的起始温度为 185，中止温度为 71。在生产中， 挤出的尼龙在空气或冷却水中形成晶体，其结晶体的大小取决于冷却温度和冷却时间，冷却充分才能增加尼龙护套的收缩率，使之包覆紧密，增加耐磨特性。尼龙挤出成型冷却分空气自然冷却、温水冷却、 冷水冷却三部分， 其中空气冷却长度为半米左右；热水冷却温度为4360，水槽长度约13.5 米。这种分步逐级冷却， 可防止尼龙受骤冷而脆性增加。在冷却成型中， 还应防止受到机械损伤，冷却后的尼龙护套，表面应光滑圆整。注意事项在制造过程中，我们还应注意做好以下工作：1、材料的防潮、防尘；2、开机前模具同心度的准确调节；3、温度达到设定值时，保温时间应在15 分种内；4、每次停车应注意模具的维护与清洁；5、抽真空时模芯温度应大于181；6、尼龙挤出的拉伸比为8:1 14:1 ，拉伸长度应大于6.35mm；7、冷却时电线应全浸在水中。4 尼龙护套电线的试验在尼龙护套电线行业标准中， 其成品试验仅对聚氯乙烯绝缘层作了试验要求，而未对尼龙护套作试验要求，我公司99 年企业标准中则对尼龙护套作出了例行试验要求， 为进一步了解尼龙护套的性能，现将其部分试验内容及试验结果例举于表 4。表 4 尼龙护套的部分试验内容及结果序试验项目试验条件试验方法试验结果号处理温度： 1211；预热时间： 1 h ；压脚直径： 6.4mm施加压力： 500N，绞合导体：1变形性能 1UL1581-1996 中 560负荷时间： 1 h总厚度减少 17%结果要求：绝缘护套的总厚度减少：单芯导体25%绞合导体 30%单根垂直燃烧试验2阻燃性能GB/T 12666.2-1990未烧焦距离 390mm结果要求：未烧焦距离 50mm序试验项目试验条件试验方法试验结果号试验条件： 238；未经任何温湿处理；UL1581-1996 中3耐磨性能电线不露铜磨擦次数： 800 次数。1510结果要求：电线不露铜试验条件：油的温度： 1001；GB/T2951.5-1997 中4浸油试验浸油时间： 96 h最大变化率 17%10结果要求：抗张强度和断裂伸长率最大变化率均50%1 注：试样为 25mm长的成品线芯，先将烘箱预热到指定温度，再将指定重量的砝码、静重千分表（读数精度 0.01mm，有测砧和压脚）和试样置于烘箱预热1 小时，然后将试样置于烘箱内的静重千分表的测砧上，将加了砝码的压脚轻压在试样上，保持1 小时后，从千分表的刻度盘读出试样的外径，减去导体的直径再除以 2，即得绝缘护套变形后的总厚度。总厚度减少为变形前后的总厚度差与变形前总厚度的百分比。5 结束语建筑用尼龙护套电线作为一种性能可靠的建筑用线，正以其独特的优点，逐步为广大布线用户所接纳， 其对普通建筑用线的替代， 将极大地提高我国建筑布线的安全性、可靠性和适用性。由于尼龙材料有着诸多特性， 掌握其挤出工艺后， 可进一步拓宽产品范围：（1）利用尼龙材料的耐热性，配以不同温度等级的绝缘材料，得到相应的导体额定工作温度将有所提高， 具体提高多少温度， 国内外相关机构仍在研究和试验之中。（2）通过合理的尼龙选型和材料配方，可以制造新型建筑用线，如根据其化学稳定性制造防水型、阻燃型、耐化学溶剂型产品； 根据其高机械强度制造防白蚁、防鼠型特种建筑电线。参考文献1 唐崇健等 建筑用尼龙护套电线 供用电 2001 年第 3 期第 37 页2 吴曾权等 JB/T 10261-2001 额定电压 450V 及以下聚氯乙烯绝缘尼龙护套电线3 陈善德 尼龙护套线、硅烷交联电缆、第五类电缆的工艺设备技术特点及发展 采用新材料、发展新品种改进工艺设备研讨会2001 年 12 月4固定布线用聚氯乙烯绝缘与尼龙护套电线的比较试验单论其适用性上海电缆研究所开发中心1999 年专题报告