硫化異型填芯對橡套電纜外觀的改進

凌國楨， 曾慶濤， 于雪芳

(江蘇上上電纜集團有限公司，江蘇溧陽213300)

0 引言

橡套電纜是應用較為廣泛的電纜品種，特別是在礦用、船用、石油平臺等特定環境，其耐彎曲、耐磨、耐油等特性表現突出。橡套電纜不僅絕緣護套材料的配方復雜，而且其制造工藝難度也高，尤其是在護套擠包時，經常會出現護套麻花、表面凹陷、電纜不圓整等問題。

這些問題雖然可以通過調整配模、控制擠包膨脹系數、增加護層厚度等方法解決，但大多依賴于操作人員的經驗，并且在調整的過程中容易增加成本。因此，我們對該電纜的填芯結構進行重新設計，研發出一種異型填芯應用于纜芯，使其結構更加圓整、緊湊、穩定，方便護套擠包工序操作，減少電纜外觀問題的產生。

1 以往填芯的設計及缺點

纜芯間隙通常采用圓形填芯填充，填芯的尺寸先通過作圖和計算得出，再根據工藝人員的經驗放一定的偏差。

圓形填芯的使用，有硫化和非硫化之分，選擇的原則是:

(1)如果絕緣橡膠容易充分硫化(如不飽和型橡膠)，線芯連硫后就一次成型，具有高彈性，則填芯可以采用硫化填芯，即使經過護套擠包工序連硫，也不會對線芯造成壓痕。硫化過的填芯形狀已經固定，所以它的尺寸設計應與線芯和纜芯外切圓相切(見圖1)。尺寸過大容易造成纜芯在填芯走向上凸起，反之凹陷，護套擠包時難度就加大了。

圖1 纜芯采用硫化圓型填芯

(2)如果絕緣橡膠難以硫化充分，線芯比較軟、彈性低，則填芯應采用非硫化填芯。非硫化填芯在護套擠包工序連硫時，會按照纜芯空隙的形狀變形，可以避免對線芯造成壓痕，也能防止線芯之間壓扁。非硫化填芯的尺寸設計上要稍大于硫化填芯(見圖2)，以便變形過程中能向四周的空隙區域進行填充，尺寸的余量大小，取決于工藝人員的經驗。

圓形填芯應用的比較多，但若制造過程中填芯尺寸波動或人員經驗失誤，則會造成與原有的設計參數不匹配，最終影響到護套外觀。

圖2 纜芯采用非硫化圓形填芯

2 一種硫化異型填芯的設計和驗證

2.1 異型填芯結構

從電纜的截面圖中得到啟發，如果將圖3中的填充部位(黑色)進行分割，四芯電纜的填充部位可以看成五個圖形，中心區域近似菱形，邊緣四個區域近似扇形。

圖3 設計填充區域(黑色)

若把四芯電纜的1～5填充區域設計成固定尺寸的異型填芯，使其與線芯良好配合，如此制造出來的纜芯則更加圓整、緊湊、穩定，護套工序中出現電纜外觀問題的幾率將大大降低。

2.2 材料的選擇

填芯可以采用普通的橡膠填充材料，但也要根據產品設計需要，如產品是低煙無鹵阻燃類型，填充材料則應考慮低煙無鹵方面的性能。在填芯的中心可以采用一個加強芯，如棉線、麻、尼龍或者鋼絲。

2.3 模具的設計

模芯的設計比較簡單，只要能通過加強芯即可，所以采用普通的圓形模芯。而模套的設計則較復雜，要根據所需的填芯形狀進行設計。首先對填芯區域作圖，再確定制造控制參數，如寬度和高度(見圖4、圖5)，實現連續制造。不同形狀的異型填芯控制的參數不同，這需要工藝摸索。

2.4 填芯擠出工藝

如果采用非硫化異型填芯作為填充物，則比較理想。它無需硫化、制造成本低，而且在護套連硫過程中會變形，更貼合線芯形狀，能包覆和保護線芯。

圖4 四芯電纜邊側填充扇形填芯結構示意圖

圖5 四芯電纜中心填充菱形填芯結構示意圖

但非硫化異型填芯在擠包時易出現以下問題:

(1)由于異型填芯形狀特殊，異型模套孔加工工藝難度高(線切割加工易造成模套內的工作面粗糙)，膠料出模口時，扇形的邊緣區域容易破裂、卷邊，雖經過冷卻，但上盤后壓在內層的填芯仍容易變形;

(2)異型填芯與線芯的接觸面大，如果絕緣硫化程度低，則容易在護套擠包后發生線芯與非硫化填芯粘連。

通過反復的摸索和分析，發現硫化過的異型填芯方案更合適。

異型填芯采用連硫工藝制造，模口溫度高，膠料在制造過程中硫化充分、柔軟、流動性好。因此硫化異型填芯既能徹底避免異型填芯邊緣區域的破裂、卷邊問題，又能解決非硫化異型填芯上盤后易變形的問題。但采用連硫方式制造填芯，硫化管長，填芯承受的張力大，中心用加強芯必須采用強度高、延伸性較小的材料，所以推薦使用尼龍或者鋼絲。

制造的填芯應及時與線芯進行匹配，即與線芯拼接，使兩者的尺寸合適。如果填芯尺寸不符合，應及時調整擠包工藝參數。現場如果沒有線芯，可以采用與絕緣線芯外徑相當的圓桿作為線芯的參照。

2.5 成纜工藝

采用硫化的異型填芯成纜時，由于形狀特殊，所以要求填芯在纜芯中的位置必須固定，可以采用盤絞設備生產，滿足異型填芯的正常成纜。

硫化異型填芯在成纜過程中需要實時地退扭。成纜時應在分線板(見圖6)的穿線孔上安裝孔形與異型填芯相同、尺寸與異型填芯相當的異型穿線模用作固定，防止異型填芯在制造過程中翻轉。雖然成纜的工藝難度有所增加，但是可控和可操作程度遠高于護套連硫，盤絞過程中可以隨時停車檢查。纜芯通過并線模后，繞包適當的帶材，將纜芯扎緊，從纜芯的外觀質量和圓整度來看，大大優于圓形填芯填充的纜芯。這一步的改進對成品電纜外觀質量的提高，起到了很好的作用。

圖6 分線板實物圖

2.6 護套擠包外觀

纜芯圓整，護套擠包后外觀質量有了明顯的改進，但是也存在問題。例如由于線芯與填芯結合過于密實、緊湊，纜芯就像一個整體，擠包外護套時，集聚在纜芯中的氣體無法沿著原來松散纜芯的縫隙通道及時排出。生產一定的長度之后，護套上會產生局部氣泡。通過反復驗證，在機頭前采用抽真空的方式，排出纜芯中集聚的氣體，解決了氣泡問題。

3 結束語

橡套電纜的護套外觀質量問題，與填芯的設計有很大關系，以上是對四芯電纜用異型填芯的設計和工藝探索過程。通過制造跟蹤，發現其他多芯電纜制造時，均可采用類似的結構來提高外觀質量。但也有一些例外，如多芯小規格電纜的邊緣分割過小，成纜過于復雜，邊緣不建議采用類似結構設計。但可以考慮在其中心采用硫化異型填芯，邊緣采用圓形填芯，也可以大大提高產品的圓整度。