陳 衛(wèi)，李 璇，王國(guó)志，廉 輝，鐘建軍

(特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆 昌吉831100)

0 引言

無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的電線電纜產(chǎn)品，都要求其表面打印制造廠名、產(chǎn)品型號(hào)、額定電壓等連續(xù)標(biāo)志。一般來(lái)說(shuō)，電纜表面打印要求應(yīng)符合相應(yīng)的電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)內(nèi)電線電纜產(chǎn)品表面打印還應(yīng)符合GB/T 6995—2008《電線電纜識(shí)別標(biāo)志》。目前電纜產(chǎn)品表面標(biāo)識(shí)方法主要有:接觸式和無(wú)接觸式，其中接觸式標(biāo)識(shí)方法有油墨印字輪方式、色帶印字機(jī)和熱壓印字輪熱壓印字;無(wú)接觸標(biāo)識(shí)方法有噴碼機(jī)印字方式和激光機(jī)印字方式。

本文將敘述幾種國(guó)內(nèi)外常用的電纜產(chǎn)品表面印字方法，分析這幾種印字方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及適應(yīng)的不同種類的產(chǎn)品，重點(diǎn)介紹熱壓印字和激光打標(biāo)法。

1 油墨印字輪印字

1.1 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

油墨印字方式是采用油墨印字裝置將油墨印在電纜表面上，多用于不打印米數(shù)的電纜產(chǎn)品。

優(yōu)點(diǎn):印字效果較好且耐擦，可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多色。

缺點(diǎn):(1)對(duì)印字輪的需求量較大;(2)油墨耗材費(fèi)用大，根據(jù)電纜材料的不同，應(yīng)使用不同類型的油墨材料;(3)油墨對(duì)人身體健康有一定的影響;(4)不能打印動(dòng)態(tài)變化的米數(shù);(5)易出現(xiàn)印字不清楚、不完整、表面有臟油墨印跡等質(zhì)量問(wèn)題。

油墨印字方式的適用范圍主要包括:GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011等標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的產(chǎn)品的絕緣和護(hù)套表面的印字。

1.2 注意事項(xiàng)

在使用此方法時(shí)需注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

(1)印字輪在購(gòu)買時(shí)一定要對(duì)其表面的粗糙度及硬度做出規(guī)定，以保證印字輪使用的壽命。

(2)為保護(hù)印字輪，應(yīng)考慮刮墨刀片的材料，通常采用高耐磨的尼龍類材料。

(3)使用印字輪時(shí)要求正確裝配，其表面應(yīng)與出來(lái)的水平線保持切線狀態(tài)。

(4)選取油墨時(shí)要求注重油墨質(zhì)量，以保證印到電纜表面上的字跡清晰、牢固。

(5)應(yīng)根據(jù)電纜表面材料的不同，選用不同的油墨，如在交聯(lián)聚乙烯(XLPE)材料表面印字時(shí)應(yīng)采用專用于該材料的油墨，不能使用在聚氯乙烯(PVC)材料表面印字時(shí)所用的油墨。在選擇油墨時(shí)，要考慮油墨本身光澤、色相、著色力、遮蓋力，應(yīng)特別注意油墨的著色力。

(6)印刷環(huán)境的溫度、濕度。在濕度高、溫度低的情況下，進(jìn)行塑料凹版印刷時(shí)，由于溶劑揮發(fā)速度快(通常1 min內(nèi)墨膜表面就已干燥)，所以吸收墨膜周圍熱量而造成該處空氣中水蒸汽急劇冷凝，使印刷墨膜表面形成霧氣，致使墨層失去光澤。在梅雨季節(jié)中，要特別注意控制印刷環(huán)境的溫度與濕度，以保證良好的印刷效果。

1.3 油墨印字質(zhì)量的提升方法

為了提高印字的附著性，將等離子技術(shù)應(yīng)用到油墨印字中。即用戶在不改變現(xiàn)有使用墨水的情況下，根據(jù)特定的工藝需求，采用等離子表面處理設(shè)備，將其產(chǎn)生的等離子體轟擊至絕緣材料表面，使材料表面變得粗糙，從而大幅提升材料表面的附著力，徹底解決墨水擦拭脫落的問(wèn)題。因?yàn)榈入x子體技術(shù)在塑料元件的改性工藝中，提高了塑料的潤(rùn)濕率，所以用該方法進(jìn)行電纜表面印字具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、加工速度快、處理效果好、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。

2 噴碼機(jī)印字

2.1 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

噴碼機(jī)噴印方式是利用噴碼機(jī)將專用機(jī)型的油墨噴印在電纜產(chǎn)品表面，多用于電纜絕緣和護(hù)套表面的標(biāo)識(shí)噴印，其具有自動(dòng)化程度高、操作方便等特點(diǎn)，但也存在產(chǎn)品表面標(biāo)識(shí)易受外部環(huán)境因素影響而脫落的問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn):操作便捷，打印效果好，打印內(nèi)容及字體大小易改變，能打印動(dòng)態(tài)變化的米數(shù)等，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)打印多行的要求。

缺點(diǎn):(1)專用油墨且價(jià)格高，正常使用情況下，一臺(tái)噴印機(jī)一年所需費(fèi)用在1萬(wàn)元以上;(2)一機(jī)單色;(3)對(duì)于生產(chǎn)速度快的小規(guī)格電纜，表面印字效果較差，另外使用噴碼機(jī)噴印小字體時(shí)，由于受一定的限制且噴頭與電纜產(chǎn)品有一定的距離會(huì)造成印字失真現(xiàn)象。

一般情況下，對(duì)于電纜外徑較小且敷設(shè)環(huán)境為室內(nèi)的電纜，護(hù)套表面標(biāo)識(shí)采用噴碼機(jī)噴印較好，因?yàn)槭覂?nèi)環(huán)境相對(duì)溫和，電纜護(hù)套標(biāo)識(shí)基本不受外部環(huán)境影響而脫落。該方式的適用范圍主要為:GB12706/T—2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相應(yīng)的產(chǎn)品類，對(duì)于PVC、聚乙烯(PE)、低煙低鹵PVC料、低煙無(wú)鹵聚烯烴料、乙丙膠(EPR)、氯化聚乙烯(CPE)、硅橡膠等材料均可使用此印字方式。但XLPE材料表面的印字使用噴碼機(jī)噴印時(shí)，其牢固性不能符合工藝要求。

2.2 注意事項(xiàng)

噴碼機(jī)噴印印字方式應(yīng)用范圍廣泛，是目前電線電纜護(hù)套表面標(biāo)識(shí)最為常用的方式之一，在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中應(yīng)注意:

(1)由于電纜生產(chǎn)過(guò)程中一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電纜在生產(chǎn)過(guò)程中擺動(dòng)較大，在護(hù)套表面印字時(shí)，常常出現(xiàn)字體大小不一、字體變形、字跡不清等現(xiàn)象，需要在噴印機(jī)噴頭處，設(shè)置使電纜保持平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的裝置，以滿足噴頭與電纜產(chǎn)品的距離基本不變，保證印字清晰、穩(wěn)定。

(2)噴碼機(jī)的零部件非常昂貴，一般電纜廠家的維修人員僅能對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)器故障進(jìn)行維護(hù)，若出現(xiàn)較為嚴(yán)重的故障時(shí)，只能等待廠家人員前來(lái)維護(hù);若維修周期過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)影響電纜交貨期。所以在購(gòu)置噴碼機(jī)時(shí)，應(yīng)盡量選擇售后服務(wù)快速的廠家，并在條件允許的情況下，配備并培訓(xùn)噴碼機(jī)專業(yè)維護(hù)人員。

(3)噴碼機(jī)噴印方式所采用的油墨和稀釋劑是易揮發(fā)性、腐蝕性較強(qiáng)的液體，使用過(guò)程中會(huì)揮發(fā)出強(qiáng)烈的刺激性氣味，會(huì)影響操作人員的身體健康，因此應(yīng)注意為操作人員配備一定的防護(hù)措施。

此外，為了提高印字的附著性，同樣可將等離子技術(shù)應(yīng)用到噴碼印字中。

3 熱壓色帶印字

3.1 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

熱壓色帶印字方式是將色帶通過(guò)熱壓的方法固定于電纜表面的標(biāo)識(shí)方式。其優(yōu)點(diǎn)是印字清楚且耐擦，能打印動(dòng)態(tài)米數(shù);但缺點(diǎn)是需要較多的印字塊、色帶耗材費(fèi)用大及耗電能大。

熱壓色帶印字方式的適用范圍包括GB/T 12527—2008和GB/T 14049—2008標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相應(yīng)的架空類產(chǎn)品。

3.2 注意事項(xiàng)

(1)購(gòu)買印字塊時(shí)應(yīng)考慮通用性，同時(shí)需要注意印字塊的材質(zhì)及粗糙度，一般銅材質(zhì)的印字塊耐用性較差，通常應(yīng)選表面鍍鉻的鋼材質(zhì)印字塊。

(2)選用色帶時(shí)要注重質(zhì)量，避免出現(xiàn)色帶自身分層的情況，并要注意對(duì)色帶的儲(chǔ)存。

4 熱壓印字

4.1 優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍

熱壓印字方式主要適用于外徑較大的電纜，其印字內(nèi)容要根據(jù)要求進(jìn)行雕刻，不同型號(hào)規(guī)格的電纜需要制作不同的熱壓輪，一般國(guó)外先進(jìn)國(guó)家均要求電纜產(chǎn)品的印字是熱壓印方式。

熱壓印印字是把印字裝置放在電纜外表面，通過(guò)調(diào)整熱壓輪與線纜表面的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)凸凹印字。優(yōu)點(diǎn):印字字跡清楚、標(biāo)識(shí)保持時(shí)間長(zhǎng)、不存在字體脫落、無(wú)耗材、易維護(hù)。缺點(diǎn):(1)當(dāng)電纜產(chǎn)品的型號(hào)規(guī)格較多時(shí)，采用熱壓印印字方式將會(huì)增加印字輪加工成本;(2)印字時(shí)會(huì)出現(xiàn)不完整現(xiàn)象;(3)不能打印動(dòng)態(tài)變化的米數(shù);(4)由于電纜在生產(chǎn)過(guò)程中存在擺動(dòng)，操作不當(dāng)時(shí)易壓傷、刮傷電纜護(hù)套;

熱壓印印字方式的使用范圍包括:GB/T 12706—2008、GB/T 5013—2008、GB/T 5023—2008、JB/T 8734—2012、JB/T 8735—2011標(biāo)準(zhǔn)中的產(chǎn)品，其護(hù)套為PVC、XLPE、PE、低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴、低煙低鹵PVC料、EPR、CPE等材料均可使用該方法。

4.2 注意事項(xiàng)

對(duì)于出口產(chǎn)品，較多情況下客戶要求成品電纜護(hù)套的印字采取熱壓印方式，并且對(duì)字體高度要求較高，一般要求字高為8～13 mm。當(dāng)字體高度小于8 mm時(shí)，壓印在電纜表面的字跡清晰、字體完整，且印有字體的電纜表面不會(huì)出現(xiàn)護(hù)套變簿的現(xiàn)象;當(dāng)字體高度超過(guò)8 mm時(shí)，若要保證壓印后護(hù)套表面上的字體的完整性和清晰度，就要采取一些相應(yīng)的措施和方法。熱壓印印字方式對(duì)印字輪要求較高，在使用該方法對(duì)電纜標(biāo)識(shí)時(shí)，需注意的地方較多，根據(jù)所要印字的電纜護(hù)套材料不同，壓印裝置及工藝控制點(diǎn)也略有不同。

4.2.1 PVC、XLPE、PE、低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴、低煙低鹵PVC料等材料表面熱壓印

(1)熱壓印的裝置

熱壓印裝置是根據(jù)杠桿原理設(shè)計(jì)的，有的廠家制做得復(fù)雜，有的廠家制做得簡(jiǎn)單，其中“Z”字形是最簡(jiǎn)單的裝置型式，如圖1所示。

圖1 “Z”字形熱壓印裝置

(2)熱壓印字的方式及選用的材料

熱壓印字輪分整體式結(jié)構(gòu)和組合式結(jié)構(gòu)(分體式)，如圖2所示。

整體式結(jié)構(gòu)的印字輪的材料可采用粗鋼管、鋁合金、全鋁材質(zhì)等，是將字體直接刻在熱壓印輪表面。印字輪的表面有兩種方式:一種是平面形式的(如圖3)，當(dāng)字體高度超過(guò)8 mm時(shí)若使用這種方式，字體深度的均勻性將達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求;另一種是弧形的(如圖4)，即印字輪的表面與電纜表面具有相近的弧形結(jié)構(gòu)，可保證印字標(biāo)志完整、清晰，以及印字深度的均勻。

圖2 熱壓印字輪

圖3 平面形式的印字輪

圖4 圓弧面形式的印字輪

組合式結(jié)構(gòu)(分體式)的印字輪又分兩種:一種是將熱壓印內(nèi)容先刻制在銅條上，然后鑲嵌在圓柱體表面上;另一種是將熱壓印的內(nèi)容采用字塊方式鑲嵌在圓柱體表面上。

整體式結(jié)構(gòu)的印字輪的熱壓印印字的效果比組合式結(jié)構(gòu)的要好，這是由于采用組合式結(jié)構(gòu)印字輪印字時(shí)，電纜護(hù)套表面會(huì)出現(xiàn)字塊或字條的外輪廓線，從而影響表面質(zhì)量。

(3)熱壓印字體刻制

制造熱壓印輪時(shí)，需要明確字體的線條深度和寬度參數(shù)。熱壓印輪上的字體刻制型式有凸形和凹形兩種。較多用戶要求壓印在護(hù)套表面的字體為凸字形式，而熱壓印輪雕刻字體應(yīng)選擇凹字形式。

(4)熱壓印裝置的安裝

印字效果不僅與字體高度有關(guān)，還與印字輪安裝位置有關(guān)，在生產(chǎn)過(guò)程中材料擠出后溫度較高，還處于流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)印字輪安裝在靠近機(jī)頭位置時(shí)，在印字輪的壓力作用下易變形出現(xiàn)壓扁現(xiàn)象，若壓力過(guò)小則又出現(xiàn)印字不清晰現(xiàn)象;當(dāng)安裝靠近冷卻水槽處時(shí)印字效果較好。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)印字輪稍遠(yuǎn)離機(jī)頭而靠近冷卻水槽處時(shí)，擠出材料已在空氣中冷卻了一段時(shí)間，處于半流動(dòng)狀態(tài)已具有一定的抗變形能力，因此印字效果較好。另外也可將印字裝置安裝在冷卻水槽之后，此時(shí)需要在印字裝置前面加裝一道加熱裝置，方可印字，其效果是比較好的。

4.2.2 橡皮類材料表面熱壓印

壓印裝置一般是裝配在機(jī)頭與硫化管之間的位置，此裝置是由一套熱壓印支架、一個(gè)計(jì)數(shù)輪、一個(gè)熱壓印滾輪組成，集成在連硫線上。不銹鋼的機(jī)體具有快速開(kāi)閉門(mén)、快速更換壓印模的特點(diǎn)，可進(jìn)行“凸出”或“凹進(jìn)”方式壓印，并能根據(jù)電纜尺寸進(jìn)行壓印支架的高低調(diào)整，在壓印輪的側(cè)面有一手柄可調(diào)整、調(diào)節(jié)壓印的壓力，如果不進(jìn)行熱壓印時(shí)，整個(gè)支架可以退后，騰出空間。橡皮類材料表面熱壓印具體裝置圖見(jiàn)圖5。

圖5 熱壓印裝置

該裝置具有簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)印字輪上所刻字體表面的光滑度要求非常高，另外由于膠的種類不同，其材料表面硬度不同，這就需要對(duì)熱壓印輪的字體深度進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，橡膠從機(jī)頭擠出包覆在成纜線芯上，在膠還處在未開(kāi)始硫化的狀態(tài)下，就接觸到熱壓印輪，完成電纜表面標(biāo)印。由于此種方法其熱壓印輪表面是弧形的，其字體雕刻在此弧面上，弧面大小與所印的電纜的外徑是有一定的對(duì)應(yīng)范圍的，所以其印字輪的數(shù)量比較多。

5 激光打標(biāo)法

5.1 原理

激光打標(biāo)法印字是使用激光打碼機(jī)將標(biāo)識(shí)內(nèi)容“打印”在電纜表面的印字方式，其工作原理和凸透鏡匯聚太陽(yáng)光引燃火柴的原理基本上是一樣的。由激光發(fā)生器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)一系列的處理，經(jīng)透鏡聚焦后將能量高度集中在一個(gè)很小的范圍，如果被加工的材料對(duì)該激光的吸收較好，那么被照射區(qū)域的材料就會(huì)因?yàn)槲樟思す獾哪芰慷杆偕郎亍８鶕?jù)材料性質(zhì)的不同(如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、產(chǎn)生化學(xué)變化的溫度)，工件將會(huì)發(fā)生一系列的物理或化學(xué)變化，比如融化、氣化、生成氧化物、變色等，從而形成“凹槽”，實(shí)現(xiàn)材料表面“打字”。圖6為激光打標(biāo)示意圖。

圖6 激光加工示意圖

5.2 特點(diǎn)及適用范圍

目前，將激光打標(biāo)法用于電纜表面印字屬于一種新型電纜標(biāo)識(shí)方法。激光打標(biāo)采用極細(xì)的激光光束聚焦后產(chǎn)生的高能量來(lái)進(jìn)行加工，屬于非接觸性加工，“印字”過(guò)程中不產(chǎn)生機(jī)械擠壓或機(jī)械應(yīng)力，不會(huì)造成電纜變形，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)在線印字。激光打標(biāo)熱影響區(qū)域小，字跡清晰，印字牢固，不會(huì)輕易磨平或脫落，加工精細(xì)，成本低，易操作，無(wú)污染，可以完成一些常規(guī)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的工藝，尤其解決了以上幾種印字方法的缺點(diǎn)。適用的電纜表面材料為PVC、XLPE、PE、低煙低鹵PVC料、低煙無(wú)鹵聚烯烴料、硅橡膠、氟塑料、尼龍、EPR、CPE、鋼材表面，可實(shí)現(xiàn)表面印字和有一定深度的熱壓印的效果，達(dá)到了表面印字和熱壓印的效果。表1為激光打標(biāo)法印字和普通油墨噴印印字的對(duì)比分析表。

表1 激光打標(biāo)法與普通油墨噴印法對(duì)比分析表

還可以通過(guò)調(diào)整設(shè)備功率打印出不同深度的字體(與熱壓效果類同)，且不影響電纜的外觀。另外，根據(jù)所選用的激光發(fā)生器(與波長(zhǎng)有關(guān))不同，可實(shí)現(xiàn)在PVC、XLPE、PE、低煙低鹵PVC料、低煙無(wú)鹵聚烯烴、乙丙膠、CPE、EPR、氟塑料等不同材料表面的印字。該方法適用于所有塑力纜和橡纜，也可用于柔性防火電纜、鋁合金電纜、潛油泵電纜的銅、鋁、鋁合金、鋼金屬護(hù)套上雕刻字體，解決了特殊材料的印字問(wèn)題。

激光打碼機(jī)的安裝位置與一般噴碼機(jī)位置相同，即放置在收線之前，如圖7所示。

圖7 激光打碼機(jī)示意圖

5.3 注意事項(xiàng)

在使用激光打標(biāo)法印字時(shí)，應(yīng)注意激光發(fā)生器的選擇。不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收率有差異，因此不同材料的產(chǎn)品應(yīng)選用不同的激光發(fā)生器，例如光纖激光器和半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的是1 064μm波長(zhǎng)的激光，金屬材料吸收得很好，所以應(yīng)用于金屬打標(biāo);CO2激光器產(chǎn)生的是紅外10.6μm波長(zhǎng)的激光，所以非金屬材料吸收得好，所以線纜用其標(biāo)記效果最好;當(dāng)然也有一些特殊材料(1 064μm波長(zhǎng)激光標(biāo)記后無(wú)顏色，而10.6μm的紅外激光標(biāo)記后又會(huì)融化)需要用532μm(綠光)或者是355μm(紫外激光)波長(zhǎng)的標(biāo)記。由于材料的差異，所以任何產(chǎn)品需要用激光標(biāo)記前要打樣，特別是一些特殊的材料。

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)對(duì)于傳統(tǒng)的油墨印字輪印字、噴碼機(jī)印字這兩種方式，若再使用等離子技術(shù)，則印字質(zhì)量更好;

(2)對(duì)出口產(chǎn)品主要還是以熱壓印為主;

(3)激光打標(biāo)印字方法，是目前電纜印字效果比較好的方式，適用于各類塑料類和金屬類的材料，并且可實(shí)現(xiàn)表面印字和凸凹印字的效果，其印字質(zhì)量滿足電纜的壽命要求。

［1］GB/T 6995—2008電線電纜識(shí)別標(biāo)志［S］.

［2］GB/T 5013—2008額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣電纜［S］.

［3］GB/T 5023—2008額定電壓450/750 V及以下聚氯乙烯絕緣電纜［S］.

［4］JB/T 8734—2012額定電壓450/750 V及以下聚氯乙烯絕緣電纜電線和軟線［S］.

［5］JB/T 8735—2011額定電壓450/750 V及以下橡皮絕緣軟線和軟電纜［S］.