（特变电工（德阳）电缆股份有限公司 四川德阳 618000）
引言
聚氨酯弹性体（简称TPU）具有耐低温、耐磨、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀、耐涉嫌辐照等优异特性，由于其特性优良，聚氨酯的产量增长很快，同时也促进了聚氨酯弹性体的发展。在如火如荼的风力发电电缆上，聚氨酯弹性体也发挥了巨大作用，它在风电电缆中占据了不可替代的优势。本文以Ф90机，挤塑机挤出聚氨酯弹性体为例，轮述挤出模具、挤出温度、加工事宜等，对生产过程中出现的问题，提出一些看法和解决措施。
1、TPU弹性材料的主要性能
TPU按照基础原料成分分为聚醚型和聚酯型，它是聚醇和异氰酸酯反应生成的线性聚合物，因为聚酯型的耐水解时间在5年左右，不适合作为电缆材料的使用，聚酯型的聚氨酯弹性体通常在运动鞋底、鼠标线等寿命短的产品上，聚醚型的耐水解年限长达40年，完全可以满足电电缆对耐水解年限要求。
TPU弹性体材料具有如下优良的特性：
A、非凡的耐磨性能 聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性能，根据磨耗实验结果对比可以看出，TPU耐磨性能是普通橡胶的几十倍，表1列出了若干材料的磨耗数据。
2、TPU弹性材料挤出特点
TPU弹性材料在电缆的应用上，通常采用热加工挤出成型，TPU材料熔体特征：粘度高，粘性大，对剪切作用很敏感。
TPU挤出加工，对水分的含量要求非常严格，TPU具有吸水性，包装在打开后可从气空气中吸水分，短期内水含量即可达到1%，吸水后的TPU会使制品的物性指标大幅度下降，所有PTU材料在加工前必须进行干燥处理。TPU颗粒料一般在空气循环箱或箱式干燥器里进行烘干，带吸湿剂的干燥设备干燥效果最好。干燥温度约为（90-110℃）/2-3h，对较软的TPU应采用低温长时间干燥，一般为（80-90℃）/3-5h。干燥时间一般不要超过10h。因超过10h后，颗粒会变黄，影响制品色泽，干燥温度太高的话，颗粒会结块，影响使用。干燥后的料，一般当天用完，如果没有用完，第二天使用需要新干燥处理。加工前一般材料的含水量需小于0.02%。
3、TPU材料挤出设备参数
PTU材料在一般挤塑机（普通型渐变式螺杆）可以进行挤出，通常TPU材料在45挤出机上进行挤出，一般生产小规格的电线，挤出大规格电线就非常困难。我公司通过研究和改造。推荐的挤出机螺杆长径比在25：1--30：1，，压缩比为3：1，料筒和螺杆之间的间隙一般为0.2mm，机头的滤网为80-120目，1-2层。
TPU具有非常好的坚韧性和较高的熔融粘度，其弹性较大，剪切力也较大，螺杆转速不宜过快。否则会因剪切应力过大造成材料性能下降，根据螺杆直径不同，螺杆转速一般为12-68r/min。转速和材料牌号有较大关系。例：我公司某牌号的TPU挤出螺杆转速可以达到66.5r/min。
4、挤出模具
TPU的挤出模具与软聚氰乙烯电缆料的挤出模具大致相同，模套的承径部分长度L=（0.5-1）D大。挤出电缆护套时，应保证料流量通过一定的平直部分，使护套表面光滑平整。聚氨酯料的拉伸比一般在S=1.5-3.0。和其它热塑性相比，聚氨酯的热膨胀较大。料流自膜口挤出后要膨胀。TPU可以采用挤压式和挤管试生产。
在采用挤压式时生产时，一定要注意，材料挤出温度不能太高，需要保持稍微粘稠的一种状态。挤出厚度比较薄的情况下，应尽量避免使用挤压式，否则挤出后电缆的纹路比较明显，电缆外观不容易接受。在采用挤压式生产时，模套外径一般比电缆外径小0.3～0.8mm，例如在生产外径为28.8mm的TPU护套电缆时。模具采用挤压式。模套外径为28.3mm，材料不脱胶，电缆挤出外观比较圆周。例如生产TPU护套外径为47.5mm电缆时，挤压模，外径为47.2mm，挤出外观圆周光亮。
5、挤出温度控制和挤出后冷却
TPU的塑化温度范围较窄，在达到特定温度下。材料粘度会急剧下降，因此要求挤出机本身有精确的温度控制来严格控制挤出温度，一般要求挤出温度偏差需控制在±3℃范围。一般来说国产料的温度偏高，进口料挤出温度片低。国产料的温度一般不超过180℃。常用的挤出温度为：加料区145、加料1区155、加料2区165、加料3区175、机径区170℃、机头区170℃、模套取170℃。机头温度应该高一些，以使护套表面光滑，但不能太高，否则，TPU料会产生粘液状，像水一样，会顺着模口出流出，无法加工。
6、挤出过程中的问题和解决方法
（1）成品表面不平（塑化不足）
解决方法：增加滤网目数，减少滤网的孔径；材料充分干燥；提供料筒和模头的温度；
（2）进料不规则
解决方法：降低加料段温度；降低螺杆转速；更换滤网；冷却螺杆，降低模头压力。
（3）熔融材料粘在螺杆表面
解决方法：拆下清洗、增加材料配方中的润滑剂促进材料流动。
（4）料筒过热
解决方法：降低螺杆转速，减小材料的剪切应力。
（5）线材粘连
解决方法：更换材料，需材料厂家调整配方，增加润滑剂的比例。
7、TPU在风力发电电缆上的优势
TPU弹性体材料用在风力发电机用抗扭电缆上，经过我公司国外进口的专用低温（-40℃）扭转试验设备的扭转实验，能满足在-40℃的试验环境中，电缆悬挂长度为３米，每次左右缠绕4周（1440）。缠绕次数为6000次。
TPU护套电缆，具有耐极强的海水盐雾腐蚀性能，电缆在40±1℃的环境温度中放置在规定的试制容液（试验溶液为NaCl：MgCl2为7：1，浓度为30g／L，ＰＨ值范围7.0～8.0）中14天，然后再将电缆进2.5UO。在室温下5min的耐压试验。电缆无击穿现象，完全满足海上风力发电电缆对防盐雾腐蚀的性能。
8、结束语
本文论述了热塑性聚氨酯弹性体材料在风力发电电缆上的使用和用在电缆上挤出性能的研究分析。由于TPU护套电缆的优点突出，因而得到越来越广泛的应用，比如，拖链类电缆、工业机器人用电缆、采矿及石油开采设备电缆、物探电缆、军用电缆等，其主要用在高耐磨、高抗撕裂、高耐油、极低环境温度下的恶劣环境中。本公司在TPU弹性体材料用在风力发电等场合获得了一些实践经验。可供有关人员的参考。
参考文献：
[1]傅明源、孙酣经《聚氨酯弹性体及其应用》化学工业出版社，1999
[2]徐配林、张淑琴《聚氨酯材料手册》化学工业出版社，2002
作者简介：
宋少军 男 32岁 助理工程师；特变电工（德阳）电缆股份有限公司 特缆车间。
论文作者:宋少军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
标签：电缆论文; 材料论文; 弹性体论文; 护套论文; 聚氨酯论文; 螺杆论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第3期论文;