电缆聚乙烯绝缘或护套表面缺陷的成因及解决

电缆聚乙烯绝缘或护套表面缺陷的成因及解决

聚乙烯是性能优异的电缆绝缘和护套材料，具有优良的电气性能、低温性能、良好的化学稳定性和较小的密度等诸多优点，但同时也存在一些不足。如：多数聚乙烯品种塑化温度高，如果加工工艺条件不当，就会产生表面缺陷，还易造成电缆在储存和使用中出现绝缘或护套开裂等。

就通常情况而言，当聚乙烯厚度较薄或加工温度较低时，因为冷却迅速、充分和均匀，一般出现问题少。但在挤出厚度较大(如：电力电缆的护套厚度大多在2．0 mm以上，JKLY．1 0型电缆的绝缘厚度为3．4 mm)、挤出温度较高(如：线性低密度聚乙烯为l80—220℃，高密度聚乙烯为190～260℃)，若冷却工艺处理不当就容易出现问题。

聚乙烯加工工艺控制主要从塑化挤出和冷却两方面来控制。聚乙烯成型加工温度宽，但在低温挤出时易形成熔体破裂，造成表面粗糙，光亮度差，还会产生残留的内应力，导致绝缘或护套后期的开裂。因此聚乙烯挤出温度要适当高些，以保证充分塑化，塑化越好，其耐环境应力开裂性能就越优良。但挤出温度的提高会对电缆表面质量带来了一些负面影响，易形成表面缺陷，影响电缆表面质量，严重时造成废品。

2 常见的表面质量问题

线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯绝缘、护套生产中常见的表面缺陷主要有以下几种：

(1)电缆表面出现凹坑(见图1)，有时连成一片形成凹凸不平的“核桃皮”状。

(2)电缆两侧对称位置沿轴向各形成一道类似刀刻的直线痕迹(见图2)。

(3)电缆表面出现散布的小坑，这些小坑形状有别于图l所示的凹坑，图l所示的凹坑是中部凹下去的，而这种坑是周边低于挤出层表面，中间却微微凸起，就像火山口中放了一个大馒头的形状(见图3)。

(4)电缆表面呈“鼓包”，严重时有一连几个，就象冰糖葫芦(见图4)，这种情况在l0 kV架空绝缘电缆上较多见。

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3 产生原因分析

对上述几种表面质量问题产生的原因分析：

(1)在实践中发现，上述第2节1的情况是聚乙烯从机头挤出后，在进入冷却水前有水滴溅落在线的表面。第2节2的情况是电缆一半没入水中，一半露出水面，在水中半沉半浮而形成。以上两种情况是因为高温熔融的聚乙烯冷却速度不一致所形成。水珠溅落处和半沉于水的部分先与水接触，热量很快传导给水，迅速冷却，而暴露在空气中的部分主要靠辐射散热，冷却缓慢，因此与水接触部分先冷却收缩，而与空气接触部分还处于高温熔融状态，因冷却速度的差异形成凹凸不平的表面和在水与空气界面形成类似刀刻的直线痕迹。以上两情况易导致挤出层最薄点厚度达不到要求，且严重影响产品外观，导致废品出现。

(2)经过跟踪观察，发现第2节3情况与电缆表面附有气泡有关，当电缆进入水中后，其表面经常会有气泡附着，而有气泡附着的位置冷却后就会有“火山口”样的小坑包，一个气泡形

成一个小坑包。这是因为气泡将空气包覆于聚乙烯表面，与第2节1、2情况类似，聚乙烯与水接触部分冷却迅速，而气泡覆盖的部分冷却缓慢，这样形成四周低，中间高的圆形坑包。当小气泡较多时，线的表面就出现一片麻坑，严重影响电缆外观。

形成气泡附着电缆表面的原因有：①冷却用的循环水流进水槽时流速快，水流急，高速水流将空气带入水中，一部分从水中自然逸出，一部分附着到电·缆表面，形成气泡。②为避免聚乙烯骤冷而引起的残留内应力，并导致应力开裂，一般要求冷却水的温度设定为90℃一60℃一室温，即进行高低温分段冷却。但实践中发现，选用90℃的水温过高，当超过2 00℃的熔融聚乙烯进入90℃冷却水中会使聚乙烯界面处的水温骤然升高，导致部分的水汽化，而这饱和蒸汽将在电缆表面形成大密度的气泡。

(3)“冰糖葫芦”的形成的原因：一是电缆线芯表面潮湿，高温熔融聚乙烯挤包上去以后导致水分汽化，其体积会急剧膨胀；二是与线芯结构有关，特别是JKLY．10 kV电缆，紧压导体外包覆一层密闭的导体屏蔽，高温熔融聚乙烯挤包上去后由于热传导的作用，导致线芯内部空气的膨胀，但是紧压导线结构密实，膨胀的热空气无法沿电缆线芯轴向全部逸出，于是沿径向将熔融聚乙烯拱起并形成环形鼓包，有时会连续出现几个而造成“冰糖葫芦”的出现。

4 应对措施

从上述原因的分析可采用以下应对措施：

(1)对于第2节1、2两种情况比较容易解决，只要使制品从机头出来后整体平稳进入水中，不让电缆部分入水或有水珠溅上即可。

(2)对于“火山口”样小坑包，可采取以下解决措施：①高温到室温分段冷却的第一段冷却水温选为60～70℃，以手可以伸入水中但停留片刻即感觉烫手为宜，这样既可避免因水温过低骤冷使聚乙烯产生内应力，又可避免水温过高，在聚乙烯表面形成气泡，产生凸起。②冷却水循环过程中，向水槽加水要特别注意，宜采用大口径、低流速加水，并且水不能直接冲到产品表面，最好沿水槽壁缓缓流下。这是因为，注水口的口径小，势必提高水流速度，高速水流会把空气带入水中；其次，水直接冲到产品表面会使水循环过程中进入水中的空气附着到产品表面，在产品表面形成大面积气泡。这样都会导致“火山口”样小坑包形成。③

在产品入水后约半米处增加一个去除气泡的装置，如用软毛刷或细棉纱触刷产品表面，拂去附着的气泡，保持产品表面光洁。④在循环水中加入消泡剂，避免气泡的形成。

(3)对“冰糖葫芦”现象采取以下措施：①保持电缆线芯干燥，特别是线芯的表面干燥，在雨季要尽量缩短线芯的周转时间，减少挤塑工序前产品存放时间。②冷却水槽距离机头要近，使制品尽快冷却，这样可减少热传导的时间，避免线芯中积存空气温度过度升高和膨胀，又可使聚乙烯尽快冷却定型。