钢铝塑复合带生产工艺(共6页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上通信光缆、电缆用复合金属带 (Zetabon工艺因素探讨唐珠(四川助友线缆材料有限公司成都, 【摘要】本文通过对乙烯/丙烯酸共聚物(EAA、乙烯/甲基丙烯酸共聚物(EMAA单层或多层薄膜复合金属带(Zetabon的结构、性能、质量要点及生产工艺因素的探讨,阐述了目前作为光通信必需的复合金属带材料应该达到的技术水平。 1前言乙稀/丙稀酸共聚物(EAA、乙烯/甲基丙烯酸共聚物薄膜复合金属带(Zetabon是八十年代打入国际市场,九十年代初进人中国市场的一种新型复合材料,由于复合于金属带基上的EAA、EMAA薄膜其分子组成上的特点,它具有许多独特的性能,如杰出的韧性、优良的

2、粘结性、稳定的热封性、较强的耐酸碱腐蚀性以及与石油膏系列极好的相容性,在同类材料中都是出类拔萃的,故在世界各地及国内,这样的复合材料已广泛地用于包装材料、建筑材料、通讯及光缆、电缆被复材料、输送管路等。我公司研发人员自八十年代初期参加国内首家从美国DOW化学公司引进的复合带生产线开始,多年来对光缆、电缆用复合金属带材料、结构、原材料组成、生产工艺及设备进行了深层次的研究、完善和开发,目前已形成年产3 500吨复合金属带、热粘结薄膜2 000吨的年生产能力。作为电缆的屏蔽带,Zetabon具有许多优良的性能,首先是复合金属带本身粘结薄膜与金属带基间有优良的粘结性;其次是复合于金属带基上的粘结薄膜

3、间具有良好的、稳定的热封性,同时与电缆、光缆护套的PE材料间有良好的相容性,故当其轧纹后纵包于缆芯外,挤出护套工艺时,其纵包搭接处可以良好的粘结密封,且就在挤出护套的工艺条件下(指温度、挤出速度、压力等复合于金属带基表面的粘结薄膜与PE护套间即可良好地粘结在一起,从而在光缆、电缆的结构中形成一种具有优良的防潮、防介质(如酸、碱、填充物等作用及优良的屏蔽作用的综合护层。近年来复合金属带从生产工艺及原材料组成上有了很大的发展,主要表现在产品结构、原材料、生产设备等诸多方面的优化。目前热贴法生产复合金属带国内有两条美国进口的生产线(分别在成都普天电缆股份公司及四川助友线缆材料有限公司。而复合用热粘结

4、薄膜的结构也由原来的PE膜一EAA(或EMAA单层膜一EAA/PE/EAAEAA/PE/PE*复合膜,给材料研究部门提出了新的课题。 2生产工艺我公司热贴法生产复合金属带生产线是由美国Horizon.LTD的复合机组和瑞士 NOBAG.LTD 的切割机组及若干国内配套设备组成,其产品工艺流程如图l所示。其程序是已成型的粘结薄膜,在复合辊处贴在已经预热的金属带上,且与铝带同步进人后处理烘箱(以3 m/rain30 m/rain速度,以提高薄膜的粘结强度,再经风冷却器及冷却辊后收卷,这样的生产工艺比较PE薄膜胶粘复合金属带及流延复合金属带生产工艺就简化得多且便于控制,产品质量的可靠性高。 3 Ze

5、tabon工艺因素 3.1原材料Zembon产品的原材料是铝箔、镀层钢带和复合用热粘结薄膜,二者的质量是影响复合带产品质量的重要因素。(1复合用薄膜对于采用热贴法生产Zetabon产品来讲,其复合用薄膜的粘结性能是决定产品质量好坏的极重要的因素,Zetabon产品用的EAA或EMAA膜对铝带和镀层钢带的粘结性能在同类产品中是极优秀的。EAA薄膜是乙烯/丙烯酸共聚物经吹塑而成,其共聚物以乙烯单体为主,丙烯酸含量不等,共聚物分子结构如下:(-O倒是强极性基因,故与大多金属材料表面分子间可以互相吸引而有效地结合在一起,这就是EAA共聚物薄膜与铝带基材间可有良好的粘结性的实质所在。可以认为,在一定程度

6、上,EAA薄膜对金属材料(如铝带、镀层钢带的粘结强度的高低,决定于其共聚物树脂中引入羧基的多少,也就是其丙烯酸含量的多少。据有关文献介绍,当EAA共聚物中丙烯酸的含有率不超过20%时,EAA与带基的粘结力是随丙烯酸含量的增加而上升的;当丙烯酸含量超过30%时,其粘结力保持水平(即基本上不随AA%的增加面变化。当然,随丙烯酸含量的增加也会带来许多不利因素,如对设备的腐蚀,给聚合工艺带来的困难及聚合物在某些方面性能的降低,在产品中并非需要最高丙烯酸含量的EAA共聚物,其控制的关键在于使其EAA薄膜与铝箔间具有达到标准要求的剥离强度值,而最适宜的AA%。同时,EAA树脂的熔融指数也是很关键的指标。熔

7、融指数是表征聚合物在熔融状态下流动的难易程度,它直接影响成型后的EAA薄膜的物理机械性能及聚合物粒料的成型加工性能。EAA共聚物熔融指数增大,其机械性能(如强度、伸长率及薄膜的撕裂强度,会随之降低,而其共聚物的成型加工性、薄膜的透明度等又会有所提高,故Zetabon产品要求的EAA薄膜所选用树脂的熔融指数应在标准规定的范围之内。除此之外,EAA共聚物的密度也是重要的指标,塑料的密度是与树脂结晶的比率密切旧关的,即结晶的比率增大,密度相应增大,但EAA共聚物的密度本质上是由丙烯酸(AA 均含量来决定的,丙烯酸含量增加,其密度就上升,而其结晶性与密度之间只不过有着间接关系。当丙烯酸含量增加时,由于

8、多数羧基的作用,EAA共聚物大分子链、侧链的分枝也增多,阻碍了EAA分子主链的聚乙烯的结晶化,聚合物的结晶性能下降。所以EAA共聚物不同于LDPE 的是随着丙烯酸含量的增加,密度上升,而其结晶化的比率却是下降的。(2金属带基表面清洁度热贴法生产工艺要求的金属带基(铝箔及钢带,对表面清洁度要求较高,其表面润湿性检测(即残余轧制油检查应达到B级以上。金属带基表面带有的油污及杂质会不同程度地影响Zetabon产品的剥离强度。铝箔在轧制的过程中要多次经过润滑油系统及收卷工序,最后经过退火工序,当然其轧制过程中的残余轧制油主要是在退火工序中清除掉,但这并不是绝对的,其一,并不是所有的、任意种类轧制油都可

9、以在退火的工序中清除掉;其二,并不是采取任何退火工艺都可以清除铝箔表面的残余轧制油,必须将二者综合考虑,既采用易处理的润滑油,同时采取较严格的退火工艺,以尽可能完全彻底地清除掉,铝箔表面的油污,提高Zetabon产品的剥离程度。 (3带基的质量铝箔的质量这里主要是指铝箔轧制工艺是否稳定均匀,其强度及伸率是否一致,有无“翘边”(荷叶边及呈“镰刀弯”的现象,有无收卷时的卷边及铝锭本身的纯度。当铝箔从铝卷上放出有不同程度的“荷叶边”或不同程度的“镰刀弯”时,说明铝箔在轧制过程中有延展不均匀现象,缺陷处延展过分及不均匀,甚至发生范性形变的可能;如当铝箔有收卷时的卷边,这样的铝带在经复合辊处与上、下粘结

10、薄膜复合时,在缺陷处必然粘结情况是不好的,卷曲过边定不平整,严重时可使复合带在线运行所固有的张力和速度下被拉断,我们曾测试过有不同程度翘边的铝箔生产的Zetabon产品,其缺陷边的剥离程度的确低于正常的剥离强度约0.5kg以上(指拉力机示力,更多的情况甚至是完全不能复合。当铝箔有较明显的“镰刀弯”时,在生产线运行中,金属带“OP边及“DR边(操作边及驱动边所承受的线张力必然不均匀,使材料带不能水平运行,而其中一边有“吊边”现象,严重时甚至“吊边”会拖在烘箱的下表面上,这样的带基缺陷,薄膜是不可能均匀地复合在其表面上的。铝锭本身的纯度直接影响轧制成的铝箔本身的各项性能,在复合铝带的生产过程中,其

11、复合及切割机组必需要有一定的张力和速度,对原材料铝带有抗张强度及延伸率的要求,而且作为电缆的屏蔽材料,也有机械性能方面的要求,带基的杂质和庇点处,极易在线运行中被拉断,同时,如果铝箔的铝含量低于标准值(杂质超标,也可直接影响粘结薄膜与铝箔的粘结性能,当然,铝箔表面的凹凸不平,及钢带表面镀层的不均匀和锈斑也是应该避免的。 3.2工艺温度Zetabon产品的生产工艺温度,主要是指预热辊(1#和2#温度和后处理烘箱温度,这是至关重要的工艺因素之一。作为电缆屏蔽带的Zetabon产品的的技术要求最主要就是检查它的薄膜与金属带基材间的剥离强度值,从前面介绍的生产工艺流程中知道,在复合辊间,由上下复合辊将

12、在一定张力下展平的复合用粘结薄膜贴合在已经预热的金属带上,这样就形成了一个初始的(较低的粘结强度,然后薄膜与金属带同步(以3 m/min30 m/min的速度进入后处理烘箱进行热处理,提高薄膜与金属带基间的粘结强度以达到标准规定要求,所以,金属带被预热的程度和后处理烘箱的温度控制是生产工艺中随时需要掌握并加以调节的因素。预热辊的加热方式是由加热高温载体,再使之循环将热量带给预热辊而达到预热金属带的目的,并通过高温载体的热循环,控制预热辊温在需要的温度设定点上。为使金属带均匀受热,采取分段加热的方式(1#-2#预热辊,预热辊温过低,使金属带预热不好,带温过低,会使薄膜不能贴在带基上,带进后处理烘

13、箱的薄膜容易燃烧着火,这在生产中是应该杜绝的;预热辊温过高是不必要的,且辊温过高,被预热的金属带易起皱。如当发现正在运行的金属带起皱,则说明预热辊温过高。至于预热辊最佳工艺温度,应随不同的环境温度、不同的传热介质、传热介质使用的时间的长短以及不同的复合机组而异,当然预热辊温的调节还与生产线速度,后处理烘箱温度等因素有关。后处理烘箱的温度是影响产品剥离强度及复合带表面质量最直接的因素,它的微小变化会反映在产品的剥离强度上。烘箱的作用是使已经贴合了薄膜的铝带从烘箱红外加热的空间里通过而进行热处理,由于EAA薄膜的软化点较低,故尽管产品带是以3 m/min30 m/min的速度在烘箱中运行,也足以使

14、薄膜软化,且处于半熔融状态紧贴于带基上,通过薄膜成份中的极性基团,从而提高薄膜与铝带的粘结强度。烘箱温度的控制是十分重要的,在生产线试运行中我们测试记录了每一个产品主卷在不同的工艺温度下所对应的产品剥离强度,统计结果说明,烘箱温度低于临介值5C,剥离强度不合格比例可增加20%;但当烘箱温度过高,复合带产品运行经过时会使其表面薄膜接近全熔融态,而在其后冷却处理中形成高分子材料的重结晶现象,会严重影响复合带产品的表面质量,对Zetabon产品最适宜的烘箱温度应在150C170C之间。除此之外,冷却辊温度对产品质量也是有影响的,线运行从后处理烘箱出来的产品带表面的薄膜是粘稠的,必须要在3 m/min

15、30 m/min的线速度下通过空气冷却器进行风冷的情况下,再通过1#-2#冷却辊(乙二醇类冷却液作介质进一步冷却,以保证收卷的产品带温度达到常温,所以空气冷却器的冷却效果及冷冻介质的低温流动性、使用寿命等均是应该考虑的工艺因素之一。同时,还需注意控制冷冻机的设定温度,使产品带通过冷却辊后其带温略高于环境露点,以保证收卷后的产品带表面不会凝聚空气中湿气而带水分,在美国DOW 公司的Zetabon生产厂中,就曾有过为此而报废产品主卷的情况。综上所述,工艺温度的控制对复合带产品质量的好坏是至关重要的因素。而且,预热辊温、烘箱温度、冷却辊温三者之间在一定范围内是有协调效应的,应在实践中进行总结。3.3

16、其它工艺参数的控制复合机生产线的张力控制(包括收卷张力、线张力、放卷张力、薄膜放卷张力对复合产品的质量,尤其是产品的收卷质量影响很大,其各部份张力的协调与同步是调节好生产线张力的前提,所给定的线张力必须在不使原材料发生不可逆的范性形变的范围内,张力过大或过小对产品质量都会有不同程度的影响,各部份张力的控制范围推荐如下:放卷张力线张力收卷张力薄膜张力ELE 0.0540.072 0.1610.197 0.0710.107 0.00360.0072 EGE 0.1070.143 0.214 0.236 0.1790.214 0.00360.0072 单位:kg/nun 宽具体的张力设定在生产线外运

17、行的过程中不是一成不变的,如每一个产品卷的收卷张力,随收卷外径由小到大增加的同时,其收卷张力应选择一个合适的递减梯度(TAPER,否则产品的收卷质量将会受到很大的影响。复合机生产线速度的控制主要是指生产线速度与烘箱加热区的温度控制的配合,这是通过复合机主控系统的程序控制来实现的,生产线红外加热烘箱共分五组或五个区域,由可编程序控制器(PLC不断检测到生产线运行速度的信号,自动控制加热区域的开闭,从而维持生产线运行中烘箱温度的恒定,以保证运行中的Zetabon足够受热但不过热.除此以处,复合辊咬合是否均匀,导向系统调整是否到位,操作区的防尘、防杂质、生产线工作辊定期清洗及保养等,都是保证生产工艺正常的前提。专心-专注-专业