一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线及其制备工艺的制作方法

1.本技术涉及音视频线制造领域，尤其是涉及一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线及其制备工艺。


背景技术：

2.音视频线制造通常采用物理发泡或化学发泡的方法，物理发泡是在塑胶挤出过程中直接注入气体或液体，而后使其膨胀或汽化达到发泡绝缘的效果，氮气是广泛采用的物理发泡气体，氮气发泡是指通过稳流阀进行压力控制，然后经注气针将持续、稳定压力的雾状氮气注入挤出机螺杆中，一定量的氮气以分子状态溶解并扩散进入混合有成核剂的熔融的聚乙烯聚合物中，在螺杆的作用下混合均匀，熔融聚合物包覆在导体表面，被推挤到机头模具出口成型，此时，氮气气体压力被迅速释放，溶解在熔融聚合物中的氮气分子因过饱和而形成气泡，聚合物在此时迅速膨胀，形成质轻多孔的发泡聚乙烯芯线。传统化学发泡是在聚乙烯绝缘材料制作过程中，加入适当比例的热效应发泡剂，在芯线挤出时，利用温度促使发泡剂产生化学分解反应，从而使聚乙烯绝缘材料内部形成气泡。
3.相较于化学发泡，物理发泡氮气流量可控、发泡度可控，制得绝缘层的抗张强度是化学发泡的176％；化学发泡的发泡剂含有杂质，热分解时仍有残留，而物理发泡则以高纯度氮气发泡，几乎无任何残留物，且化学发泡剂使用较多的主要是碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠等，其中碳酸氢钠分解时放出部分二氧化碳和二氧化氮气体，对金属导体有腐蚀性，会造成金属导体间断性发黑的问题；因此，目前通常都会采用物理发泡的方式制造音视频线。
4.而现有的挤出制造工艺技术，物理发泡方法通用在平均绝缘厚度大于0.6mm、直径大于2mm的音视频线制备工艺中，如果将物理发泡方法用于制备绝缘厚度较薄、芯线直径为2mm以下的音视频线，会出现生产制得的音视频线表面粗糙，凹凸不平，无法投入生产使用的情况。虽然现有技术中通过使用物理发泡方法加以三层共挤技术已经可以制备芯线直径为2mm以下的音视频线，但是三层共挤设备价格高昂，投入成本过高，不利于推广普及。
5.针对上述相关技术和技术问题，发明人认为用物理发泡生产较薄绝缘层、直径小于2mm的音视频线还存在很多的技术障碍，仍有很大的进步空间。


技术实现要素：

6.为了改进物理发泡制备较薄绝缘层、直径小于2mm的芯线的工艺，进而使采用物理发泡方法能够生产出直径小于1.8mm的芯线，本技术提供一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线及其制备工艺。
7.第一方面，本技术提供的一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线的制备工艺，采用如下的技术方案：一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线的制备工艺，包括以下步骤；s1，导体预热；s2，绝缘挤压：
s2-1，将高密度聚乙烯hdpe与低密度聚乙烯ldpe及成核剂按照质量比为(1-1.5):(3-4):0.08的比例混合成绝缘层胶料，加热熔融；s2-2，将导体芯头穿过外模出口孔径比预设芯线直径小0.15-0.35mm、内模出口孔径比导体直径大0.1-0.3mm、外模廊长为1.0-1.8mm的挤压模具；s2-3，向熔融的绝缘层胶料中以2.5-3.5mpa的压力通入氮气；混合有氮气的熔融绝缘层胶料经过外模与内模的间隙，在外模廊圈处包覆在内模穿出的导体表面，通过外模出口挤出发泡，得到半成品芯线；s3，对半成品芯线进行冷却降温；s4，将冷却后的芯线牵引整形，得到芯线直径小于1.8mm的音视频线。
8.目前物理发泡通常只用于平均绝缘厚度大于0.6mm、直径大于2mm的芯线的制造，如果将物理发泡用于制备绝缘层较薄、直径小于2mm的芯线，生产出来芯线由于发泡过大、发泡不均匀会导致绝缘层表面粗糙，凹凸不平的问题；为解决上述问题，发明人认为可以从控制发泡气孔的大小、减少绝缘层胶料停留在挤压机头里受到压力的时间这两个方向，对物理发泡制备较薄绝缘层芯线的制备工艺进行改进。
9.现有的机头模具为了适应平均绝缘厚度大于0.6mm的绝缘层性能的要求，通常使用外模廊长为4-6mm且出口孔径较大的模具；外模廊长较长，绝缘层胶料在机头停留时间较长，发泡剂分解程度大，熔体交联度较高，绝缘层胶料可以在外模廊圈内有充足的塑化反应时间，且熔体内的气体向外部表面扩散的概率增大，进而保障较厚绝缘层成型后的机械性能。
10.本技术通过采用上述技术方案，将外模廊长缩短为1.0-1.8mm，一定程度上减少了绝缘层胶料停留在挤压机机头里的时间，进而减少了绝缘层胶料停留在挤压机机头里受到压力的时间，但是，绝缘层胶料停留在挤压机机头里时间较短，发泡剂分解历程较短，产生气体不足，严重影响了绝缘层胶料的发泡度，再者，胶料停留时间短，交联时间短，交联度低，熔体容易粘壁，随着发泡剂分解气体量的增多，低交联熔体承受不了气体压力会引起熔体挤出后破裂的问题。
11.故本技术中通过设定氮气通入压力为2.5-3.5mpa控制发泡孔径，以及限定外模出口孔径比预设芯线直径小0.15-0.35mm、内模出口孔径比导体直径大0.1-0.3mm，对模具施加给绝缘层胶料的压力进行调控；本技术中预设芯线直径为生产制得的理论芯线直径，例如需要生产制备直径为1.27mm的芯线时，预设芯线直径为1.27mm。本技术中廊长长度、氮气压力以及内外模出口孔径三者之间相互配合，互相协同，使得绝缘层胶料在机头内受到的压力适宜，发泡均匀细密，克服了较短廊长带来的问题，再配以高密度、低密度聚乙烯、成核剂三者之间合适的比例以及其他适宜的工艺参数，使得工艺中涉及到的各个参数相互之间达到了一种微妙的平衡状态，进而使制得的芯线绝缘层和导体之间的附着力增强、芯线绝缘层表面光滑、芯线抗张强度性能保持稳定、芯线整体性能得到了进一步的提升。
12.优选的，所述s2-2中，外模出口孔径比实际芯线直径小0.25mm、内模出口孔径比导体直径大0.1mm。
13.通过采用上述技术方案，外模出口孔径比实际芯线直径小0.25mm、内模出口孔径比导体直径大0.1mm时，有利于调整压出时模具对绝缘层胶料的压力，使得机头对绝缘层胶料施加的压力处于一个合适的范围，进而有利于使得绝缘层胶料与导体之间的附着力提
升，使得制得芯线直径更加趋近预设芯线直径。
14.优选的，所述s2-3中，芯线挤出线速设定为75-80m/min。
15.芯线挤出线速对于绝缘层胶料和导体之间的附着力有着重要的影响，挤出线速过快会导致芯线附着力太松，芯线容易出现变形等问题，挤出线速过慢，会导致挤出厚度大，且发生堆胶或空管现象；通过采用上述技术方案，芯线挤出线速控制在75-80m/min，挤出线速均匀稳定，可以弥补外模廊长缩短后对绝缘层胶料停留在机头内受到机头压力的时间缩短而产生的影响，进而降低绝缘层胶料和导体之间的附着力较小的问题，进一步稳定芯线的抗张强度等性能。
16.优选的，所述s2-1中，绝缘层胶料加热熔融分为熔融段和均化段，各段的温度设定分别为：第一熔融段170-175℃、第二熔融段180-185℃、第一均化段190-195℃、第二均化段205-210℃；所述s2-3中，熔融绝缘层胶料的挤出分为三段，各段的温度设定分别为：第一挤出段200-205℃、第二挤出段195-200℃、第三挤出段190-195℃。
17.在绝缘层的加热熔融和挤出过程中，物料聚集态的转变及决定物料流动的粘度都取决于温度；绝缘层加热熔融温度宽，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，导致绝缘层后期的开裂；挤出温度过高，则易使绝缘层焦烧，或出现“打滑”现象，使得挤包层的形状稳定性差，收缩率增加，甚至会引起挤出绝缘层变色和出现气泡等问题，因此，对绝缘层的加热熔融和挤出过程中温度的调控是绝缘层加工工艺中重要的环节。通过采用上述技术方案，绝缘层熔融、均化、挤出过程中，各段温度在上述温度范围内时，各段温度之间温差较为合适，使得绝缘层胶料能够在缩短外模廊长的条件下依旧实现较为均匀的塑化，有助于提高绝缘层抗张强度，进而提升制得芯线的机械性能。
18.优选的，所述s2-1中，高密度聚乙烯hdpe与低密度聚乙烯ldpe及成核剂的质量比为1:(3-4):0.08。
19.通过采用上述技术方案，对ldpe、hdpe与成核剂三者混合的比例范围进行更加精确的把控，有利于使ldpe和hdpe两者熔融后熔体流动速率更加均匀，从而减少由于两者混熔流动速率相差过大而产生的内应力，内应力会导致熔融胶体挤出时由于应力恢复而引起熔体破裂的问题，故将ldpe、hdpe两者比例进行精确把控可以减少绝缘层内应力；将成核剂控制在合适的配比范围，有利于使得成核剂更好地发挥出促进发泡的功效，使得绝缘层发泡均匀细密，进而保障制得芯线的质量。
20.优选的，所述s3中先把半成品芯线放入75-85℃的水中冷却，再放入25-30℃的水中冷却。
21.绝缘层发泡特性受冷却条件的影响很大，气泡在外眼出口后才开始膨胀，冷却不足，会造成热缩率过大和偏芯等情况；对于刚从熔融状态凝成半固态的绝缘层来讲最好是缓慢冷却，因此第一段冷却水温设定在75-85℃、第二段冷却水温设定在25-30℃时，可避免因水温过低骤冷使绝缘层产生内应力，又可避免水温过高，在绝缘层表面形成气泡，产生凸起，进而有利于保障制得的产品质量。
22.优选的，所述s3中冷却时控制水中静电电容为90-100pf/m。
23.水电容是反映绝缘层发泡度的一个重要指标，水电容越大、发泡度越低，由于发泡度对绝缘层强度性能有影响，发泡度越大，强度下降越大，所以需要对芯线的水电容进行控制，通过采用上述技术方案，当控制芯线水电容在90-100pf/m时，绝缘层的发泡度在30％左
右，介电常数为1.84左右，可以很好的满足本技术中芯线直径小于1.8mm音视频线强度性能的要求。
24.第二方面，本技术提供一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线，采用如下的技术方案：一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线，采用上述的物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线的制备工艺制得。
25.通过采用上述技术方案，先将导体预热，有助于提升绝缘层胶料和导体之间的附着力；再将绝缘层胶料熔融、均化和挤出各段的温度、挤出线速、挤压模具和氮气压强的参数调整到合适范围内对绝缘层胶料挤出发泡，在廊长长度、氮气压力以及内外模出口孔径三者之间相互配合协同下，以及其他工艺参数的协同配合下，使得制得的芯线绝缘层和导体之间的附着力增强、芯线绝缘层表面光滑、且具有了较为优异的抗张强度。
26.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术中通过设定外模廊长为1.0-1.8mm、外模出口孔径比实际芯线直径小0.15-0.35mm、内模出口孔径比导体直径大0.1-0.3mm、以及限定氮气通入压力为2.5-3.5mpa，来相互配合，彼此协同，使得绝缘层胶料在机头内受到的压力适宜，发泡均匀细密，再通过进一步调整其他参数，使得整个工艺参数之间处于微妙的平衡状态，不仅克服了较短廊长带来的技术问题，而且使制得的芯线绝缘层和导体之间的附着力增强、芯线绝缘层表面光滑、芯线抗张强度性能得到了进一步的提升；2.本技术中设定外模出口孔径比实际线径小0.25mm、内模出口孔径比导体直径大0.1mm，有利于调整压出时模具对绝缘层胶料的压力，使得机头对绝缘层胶料的施加的压力处于一个合适的范围，使得模具出口孔径与氮气压强、较短廊长之间能够更好地配合，不仅可以更好地克服较短廊长带来的绝缘层胶料质量问题，还有利于使绝缘层胶料与导体之间的附着力提升，从而提升制得音视频线的机械性能；3.本技术中控制高密度聚乙烯hdpe与低密度聚乙烯ldpe及成核剂的质量比为1:(3-4):0.08，有利于使ldpe和hdpe两者熔融后熔体流动速率更加均匀，从而减少由于两者混熔流动速率相差过大而产生的内应力引起熔体破裂的问题，有利于使成核剂更好地发挥出促进发泡的功效，进而使制得的芯线绝缘层发泡均匀细密，保障制得芯线的质量。
附图说明
27.图1是本技术实施例机头模具的整体结构剖视图，特别用于展示本技术中的外模廊长。
28.附图标记说明：1、外模；2、内模；3、外模廊圈。
具体实施方式
29.以下结合附图1以及实施例对本技术作进一步详细说明。
30.本技术实施例和对比例的原料来源详见表1。
31.表1原料型号来源信息
高密度聚乙烯hdpeh411广州敬信高聚物科技有限公司低密度聚乙烯ldpel416广州敬信高聚物科技有限公司成核剂01fg-dow-14533美国陶式实施例
32.实施例1参照图1，挤压机机头模具包括外模1、内模2，在外模1靠近出口的位置开设有外模廊圈3，现有技术的模具中外模廊圈3的廊长通常为4-6mm，而本技术实施例中外模廊圈3的廊长为1.0-1.8mm。
33.本实施例提供一种物理发泡芯线直径小于1.8mm音视频线的制备工艺，包括以下步骤：s1，导体预热：将直径为0.45mm的柔性无氧铜导体放置在预热机中，设定预热机电压为35v、电流为2a，加热温度为170℃下，预热0.75秒：s2，绝缘挤压：s2-1，将10.0kg高密度聚乙烯hdpe与30.0kg低密度聚乙烯ldpe及0.8kg成核剂比例混合均匀(即hdpe、ldpe和成核剂质量比为1:3:0.08),得到初始质量为40.8kg的绝缘层胶料，加入挤压机料仓；设置挤压机对绝缘层胶料加热熔融过程中各段的温度：第一熔融段177℃、第二熔融段187℃、第一均化段197℃、第二均化段215℃、第一挤出段(颈部)207℃、第二挤出段(机头)203℃、第三挤出段(眼模)197℃，绝缘层胶料依次经过挤压机各段，进而在挤压机内加热熔融；s2-2，将预热后的导体的芯头穿过挤压机模具的内模2；设定预设芯线直径为1.25mm,挤压机机头选用外模出口孔径1.1mm、内模出口孔径0.55mm、外模1廊长1.8mm的模具；挤压机螺杆的长径比为30:1；s2-3，设置挤压机对绝缘层胶料挤压的温度：第一挤出段(颈部)207℃、第二挤出段(机头)203℃、第三挤出段(眼模)197℃；挤压机加热熔融和挤出段各段温度均达到设定值后启动挤压机与牵引装置，以2.5mpa的压力向熔融的绝缘层胶料中均匀平缓地通入氮气；混合有氮气的熔融绝缘层胶料经过外模1与内模2的间隙，在外模廊圈3处包覆在内模2穿出的导体表面，通过外模出口以70m/min的挤出线速挤出发泡，得到半成品芯线；s3，对半成品芯线进行冷却降温：半成品芯线从挤压机挤出后经过1m的空冷进入移动水槽，在移动水槽中65℃的水温下进行第一阶段的冷却，然后进入到固定水槽中进行第二阶段的冷却，固定水槽水温设定为27℃，在固定水槽中的水电容测试仪即时测定水电容值，水电容值控制在90-100pf/m范围内，超过此范围时及时调整移动水槽与机头之间的间距；s4，牵引机以77m/min的牵引速度牵引冷却后的芯线，冷却后的芯线通过1500v火花电压试验检测针孔杂质，检验后被牵引至双盘自动收线机，双盘自动收线机将芯线缠绕成卷，得到芯线直径为1.30mm的音视频线卷。
34.实施例2-7实施例2-7与实施例1中的制备工艺方法步骤相同但具体工艺参数不同，其中主要的工艺参数详见表2(表中未记载的工艺参数默认为与实施例1相同，实施例2-7中绝缘层胶料初始质量均为40.8kg)。
35.表2表2对比例1-12对比例1-11与实施例1中的制备工艺方法步骤相同但具体工艺参数不同，具体工艺参数详见表3和表4。
36.表3
表4
性能测试实验1、根据本司企业标准规范《物理发泡芯线检验规范》中的性能检测标准和方法对本技术实施例1-7和对比例1-12制得的芯线进行试验，本司企业标准规范《物理发泡芯线检验规范》的具体内容详见表5。
37.表5
2、抗张强度试验：根据iso9001-2015《电线电缆绝缘抗拉强度试验规范》中的试验方法，将实施例1-7和对比例1-12制得的芯线进行抗张强度试验，记录老化前和老化后的抗张强度。抗张强度标准参见表6：(本技术实施例中采用美规线材标准)表6实施例1-7的检测数据情况详见表7。
38.表7
对比例1-12的检测数据情况详见表8和表9。
39.表8
表9根据表7中实施例1-7的检测数据可得，实施例1-7通过将外模廊长缩短至1.0-1.8mm、外模出口孔径限定为比预设芯线直径(1.25mm)小0.15-0.35mm、内模出口孔径比导体直径(0.45mm)大0.1-0.3mm、将氮气注入压力降低至2.5-3.5mpa以及把控绝缘层胶料中hdpe与ldpe及成核剂的质量比为(1-1.5):(3-4):0.08范围内进行物理发泡，制备绝缘层较
薄的芯线，实施例1-7制得的芯线直径均小于1.8mm,且达到了规范中的各项标准。特别的，实施例5-7在将挤压机各段温度进行调低、挤出线速和牵引速度对应升高以及冷却水槽温度调高等调试后进行芯线制备，实施例5-7制得的芯线的附着力和抗张强度相较于实施例1-4制得芯线的附着力和抗张强度有了明显提升，说明挤压机各段温度、挤出线速和牵引速度以及冷却水槽温度等工艺参数对于绝缘层和导体之间的附着力以及芯线的抗张强度性能上具有一定的影响，在实施例1-4可以制备直径在1.25mm左右的芯线的工艺基础上，对其他常规参数进行进一步精确的调整可以得到具有更好机械性能的芯线。
40.根据表8和表9中对比例1-12的检测数据可得，对比例1-3在现有工艺的基础上只对外模廊长进行缩短，对比例1-3制得的芯线出现了破裂、空管和杂质颗粒的问题，且对比例1-3制得芯线的绝缘层与导体之间的附着力较差、绝缘层抗张强度较低，说明外模廊长缩短对制得芯线的质量有重要影响。想要制得芯线直径小于1.8mm的芯线，需要缩短绝缘层胶料停留在挤压机机头里受到压力的时间，对比例1-3将外模廊长缩短为1.0-1.8mm，外模廊长的缩短虽然在一定程度上减少了绝缘层胶料停留在挤压机机头里的时间，进而减少了绝缘层胶料停留在挤压机机头里受到压力的时间，但是，绝缘层胶料停留在挤压机机头里时间较短，发泡剂分解历程较短，产生气体不足，严重影响了绝缘层胶料的发泡度，再者，胶料停留时间短，交联时间短，交联度低，熔体容易粘壁，随着发泡剂分解气体量的增多，低交联熔体承受不了气体压力会引起熔体挤出后破裂的问题。对比例1-3证明了单纯缩短廊长无法生产合格的芯线。
41.针对对比例1-3的问题，对比例4-6分别在对比例1-3的廊长的基础上对外模出口孔径和内模出口孔径进行了调整，即对模具孔径施加在绝缘层胶料上的压力进行调控，对比例4-6制得的芯线相较于对比例1-3制得芯线的附着力有了一定的提升，内外模出口孔径的调整有利于增加压出时机头模具对挤出料胶料的压力，一定程度上可以增强绝缘层和导体之间的附着力；但是对比例4-6制得的芯线依旧存在破裂、杂质等问题，且其余各项指标也达不到标准，说明仅调整内外模的出口孔径并不能克服缩短廊长带来的技术缺陷。
42.对比例7-9在对比例4-6的基础上又对氮气注入的压强进行了降低处理，表9中对比例7-9中氮气压强逐渐降低，加以廊长缩短、内外模出口孔径的限制，对比例8制得的芯线除了扁线的问题基本已经达到了规范标准，但是对比例7和对比例9制得的芯线仍存在较多缺陷，说明降低氮气注入压力、再配合调整内外模的出口孔径可以在一定程度上克服较短廊长带来的技术缺陷，但三者之间存在极大的不稳定性。
43.针对对比例7-9中存在的不稳定性，对比例10-12中调整了绝缘层胶料中ldpe、hdpe与成核剂三者混合的比例，对比例10-12制得的芯线虽然解决了绝缘层开裂的问题并使芯线的抗张强度得到提升，但是芯线绝缘层与导线之间的附着力下降、绝缘层中仍有杂质颗粒。ldpe和hdpe两者熔融后熔体流动速率之间不均匀，会产生内应力，而内应力会导致熔融绝缘层胶体挤出时由于应力恢复而破裂，同时两者与成核剂之间的比例也一定程度上影响了成核剂促进发泡的作用，故ldpe、hdpe两者混合的质量比例需要进行精确把控，才能使得成核剂更好地发挥出促进发泡的功效，使得绝缘层发泡均匀细密，进而保障制得芯线的质量。
44.对比实施例1和对比例10-12，实施例1在对比例10-12的基础上，维持廊长长度、氮气压力以及内外模出口孔径三者之间确定的配合关系，并进一步地调整了绝缘层胶料中
ldpe、hdpe与成核剂三者混合的比例、以及调整了挤压机各段温度、挤出线速和牵引速度以及冷却水槽温度等工艺参数，使得工艺中涉及到的各个参数相互之间达到了一种微妙的平衡状态，实施例1制得的芯线不仅克服了较短廊长带来的技术问题，还解决了各个工艺参数改变带来的影响，使制得的芯线绝缘层和导体之间的附着力增强、芯线绝缘层表面光滑圆正、芯线抗张强度性能保持稳定，芯线的整体性能均符合标准规范。
45.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。