I. Einleitung
Aufgrund seiner hohen Hitzebeständigkeit und hervorragenden Kältebeständigkeit (mit einem langfristigen Betriebstemperaturbereich von -90 bis 250 °C) sowie seiner hervorragenden elektrischen Isolierung und Alterungsbeständigkeit hat Silikonkautschuk in der Kabelindustrie eine rasante Entwicklung erlebt.
In den letzten Jahrzehnten stand die Silikonkautschukindustrie ständig vor der Herausforderung, den wachsenden Anforderungen des modernen Marktes für extrudierte Produkte gerecht zu werden. Bei Silikonkautschuk wurden Verbesserungen in der Abriebfestigkeit, Schnittfestigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Ölbeständigkeit und mechanischen Festigkeit festgestellt. Als Material mit einer hohen Wärmealterungstemperatur haben sein Wert und seine Zuverlässigkeit zu einer breiten Verwendung bei Herstellern und Anwendern geführt. Heutzutage nimmt die Anwendung von Silikonkautschuk in der Draht- und Kabelindustrie weiter zu und wird hauptsächlich als Isolierung und Ummantelung für Schiffskabel, Luftfahrtkabel, Motorkabel, Heizdrähte und viele Spezialkabel (z. B. solche, die in der Kernenergie-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Metallurgieindustrie verwendet werden) verwendet.
In den letzten zwei Jahren hat unser Unternehmen zahlreiche Kundenaufträge für silikonkautschukisolierte und ummantelte Kabel erhalten. Da diese Art von Produkten jedoch nicht unser Hauptprodukt ist, sind unsere Verarbeitungstechnologie und Produktionsanlagen noch nicht vollständig ausgereift. Obwohl wir während der Produktion auf viele Schwierigkeiten stießen, konnten die Produkte durch die gemeinsame Anstrengung aller letztendlich termingerecht an die Kunden geliefert werden, und wir haben aus dieser Erfahrung viel gelernt.
II. Probleme bei der Herstellung von Silikonkautschukkabeln
1. Nach der Vulkanisation und Compoundierung neigt die Gummimischung zum Anbrennen und enthält während der Extrusion eine große Anzahl von Verunreinigungen, die zum Durchbruch der Isolationsspannung führen.
2. Bei der Extrusion der Hülle kommt es zu losen Schalen und Blasenbildung.
III. Lösungen
1. Technische Anforderungen für das Mischen und erneute Mischen
Obwohl die Verarbeitungsausrüstung für Silikonkautschuk der für Biokautschuk ähnelt, ist es am besten, nicht dieselbe offene Mühle für die Verarbeitung von Bio- und Silikonkautschuk zu verwenden. Idealerweise sollte ein spezieller Verarbeitungsraum für Silikonkautschuk vorhanden sein und die Umgebung sollte sauber gehalten werden, da kontaminierter Silikonkautschuk schlechtere mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist. Wenn keine speziellen Verarbeitungsgeräte und -anlagen für Silikonkautschuk bereitgestellt werden können, ist es von entscheidender Bedeutung, eine vollständige Isolierung kontaminierender Materialien aus Silikonkautschuk und seinen Compoundiermitteln sicherzustellen, da die meisten Verunreinigungen aus dem Compoundierungsprozess stammen.
Aufgrund der inhärenten Eigenschaften von Silikonkautschuk verändern sich die Plastizität von Mischungen, die wiederaufbereitet werden müssen, nach der Wiederaufbereitung, wodurch sie auf Hochgeschwindigkeitswalzen anfällig für Verbrennungen werden. Kühlwasser sollte durch die Walzen der offenen Mühle zirkulieren, um ein Anbrennen zu verhindern, insbesondere bei Verbindungen, die Bis(2,4-dichlorbenzoyl)peroxid als Vulkanisationssystem verwenden. Dies liegt daran, dass die Zersetzungstemperatur von Bis(2,4-dichlorbenzoyl) etwa 45 °C beträgt und die Zersetzungsprodukte 2,4-Dichlorbenzoesäure und 2,4-Dichlorbenzol nicht leicht flüchtig sind, was zu einem leichten Verbrennen der Verbindung führt. Um qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten, müssen beim Compoundieren von Silikonkautschuk die folgenden grundlegenden Schritte befolgt werden:
(1) Wiegen Sie jede zu verwendende Compoundierungskomponente sorgfältig ab (z. B. Flammschutzmittel, Vulkanisationsmittel, Farbmasterbatch usw.). (2) Nachdem Sie den reinen Silikonkautschuk oder die Verstärkungsmasse auf die offene Mühle gegeben haben, stellen Sie den Walzenspalt so ein, dass sich der Silikonkautschuk um die schneller laufende Walze legt und gründlich erneut gemischt wird. Reiner Silikonkautschuk erfordert in der Regel nur ein leichtes Nachmischen oder gar kein Nachmischen vor der Zugabe von Füllstoffen. Da verstärkender Silikonkautschuk jedoch Kieselsäure enthält, muss er gründlich erneut gemischt werden. Das erneute Mischen ist abgeschlossen, wenn sich die Masse um die schneller laufende Walze legt.
(3) Bei Bedarf sollten dem Compound Flammschutzmittel, Farbmasterbatches usw. zugesetzt werden. Einige Füllstoffe können beim Mischen in die Auffangschale fallen. Diese sollten gesammelt und der Masse vor der nächsten Füllstoffzugabe zugesetzt werden. Üblicherweise wird ein Gummischaber verwendet, um die Füllstoffe von der Aufnahmeschale abzustreifen; Eine Bürste sollte vermieden werden, da einige Borsten abfallen und sich mit der Masse vermischen könnten. Besonders wichtig ist, nicht alle Füllstoffe auf einmal, sondern in 2-3 Portionen in die Masse zu geben. Die Masse sollte nach jeder Zugabe des Füllstoffs gründlich gemischt werden. Dies gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung des Füllstoffs und vermeidet die Bildung harter Füllstoffklumpen. Ein angemessener Walzenspalt gewährleistet eine optimale Mischgeschwindigkeit und Qualität der Gummimischung.
(4) Der letzte der Gummimischung hinzugefügte Bestandteil ist das Vulkanisationsmittel. Da wir derzeit 2,4-Benzoyldichloridperoxid als Vulkanisationsmittel verwenden, fügen Sie es nicht hinzu, wenn die Gummimischung zu heiß ist (nicht mehr als 40 °C). Andernfalls kommt es zu einer teilweisen vorzeitigen Vulkanisation, die zum Verlust der Gummimischung bzw. des Vulkanisationsmittels führt. Um eine Überhitzung der Gummimischung zu verhindern, sollte ausreichend Kühlwasser in die Walzen eingebracht werden. Um schließlich eine gleichmäßige Verteilung des Vulkanisationsmittels zu gewährleisten, sollte die gesamte Gummimischungsrolle mehrmals durchlaufen werden.
2. Richtige Verwendung von Filtergewebe und Filterpads
Das Filtergewebe besteht typischerweise aus einer 20–40 Mesh-Filterplatte und einem 60–100 Mesh-Edelstahlfiltergewebe mit feineren Öffnungen. Einige Hersteller ziehen es vor, kein Filtergewebe zu verwenden und direkt zu extrudieren, da dies die Extrusionsgeschwindigkeit erhöht und manchmal die Möglichkeit einer Wärmeentwicklung und eines Anbrennens in der Nähe der Filterplatte ausschließt. Der Einsatz von Filtersieben ist jedoch von entscheidender Bedeutung, da sie eine wichtige Rolle bei der Entfernung von Verunreinigungen und nicht dispergierten Füllstoffpartikeln aus der Gummimischung spielen. Gleichzeitig entfernen die Filtersiebe auch die beim Mischen und Wiederaufbereiten in der Gummimischung eingeschlossene Luft, insbesondere bei weicheren Mischungen.
Da Silikonkautschuk nur wenig thermoplastisch ist und im ungehärteten Zustand kaum Fließ- oder Scherbeanspruchungen ausgesetzt ist, ist die Gestaltung der Filterplatte unkritisch. Die meisten Filterplattenausführungen sind für die Verarbeitung von Silikonkautschuk geeignet.
3. Auswahl der Extrusionsausrüstung
Was die Auswahl der Ausrüstung betrifft, haben wir keine andere Wahl, da wir nicht über eine spezielle Ausrüstung für die Herstellung von Silikonkautschukkabeln verfügen. Von den drei kontinuierlichen Vulkanisationsproduktionslinien, die wir derzeit verwenden, sind der kontinuierliche Vulkanisationsextruder Φ65/Φ90 mit Dampf und der kontinuierliche Vulkanisationsextruder PLCV mit Salzbad für die Herstellung von Silikonkautschuk geeignet.
4. Prozesserforschung und -verbesserung
Da Silikonkautschukkabel nicht unser reguläres Produkt sind, lernen wir bei der Herstellung ständig durch Versuch und Irrtum. Für die Isolationsextrusion verwendeten wir sowohl einen Φ65/Φ90-Dampf-Kontinuierlich-Vulkanisationsextruder als auch einen PLCV-Kontinuierlich-Vulkanisationsextruder. Beim kontinuierlichen Dampfextruder Φ65/Φ90 kann jedoch kein Teleskoprohr an den Düsenkopf angeschlossen werden, da dies dazu führen würde, dass die Temperatur des Düsenkopfs bei der Dampferwärmung schnell ansteigt, was zu einer vorzeitigen Vulkanisierung des Silikonkautschuks während der Extrusion führen würde. Daher haben wir in der tatsächlichen Produktion das Teleskoprohr nicht mit dem Düsenkopf verbunden, sondern offen Dampf verwendet. Dies führte dazu, dass kein übermäßiger Dampfdruck angewendet werden konnte, was die Produktionsgeschwindigkeit beeinträchtigte und eine erhebliche Menge Dampf verschwendete. Beim Einsatz der PLCV-Einheit zur Isolationsextrusion unter kontrollierten Extrusionstemperaturbedingungen stellte die Extrusion selbst keine größeren Probleme dar; Zur Erfüllung der Produktanforderungen war nur ein Druck von 0,2 MPa oder kein Druck erforderlich.
Wir produzieren derzeit eine Charge silikonkautschukisolierter und silikonkautschukummantelter einadriger Kabel. Da der Kunde ein leichtes Abziehen zwischen Isolierung und Mantel verlangt, bedeutet dies, dass das Doppelschicht-Coextrusionsverfahren, das wir normalerweise bei der Herstellung von einadrigen Kabeln verwenden, nicht angewendet werden kann. Bei der Vorbereitung der Extrusion des Mantels nach dem Extrudieren der Isolierung trat ein Problem auf: Die Silikonkautschuk-Isolierschicht des isolierten Kerns ließ sich in der Innenform leicht nach oben drücken, verstopfte und verursachte nach dem Extrudieren Blasenbildung und Platzen des Mantels. Nach wiederholten Experimenten haben wir eine Methode übernommen, bei der eine Schicht Vliesstoff in Längsrichtung um den isolierten Kern gewickelt wird, um einen Speicherraum für das Gas zu schaffen, das bei der sekundären Vulkanisation der Silikonkautschuk-Isolierung freigesetzt wird. Dadurch wurden die Probleme des Hochdrückens der Isolierung in der Innenform und der Blasenbildung im Mantel bei einem Rohrleitungsdruck von 0,2–0,3 MPa wirksam gelöst.
Im September 2006 bestellte ein Kunde ein mit Silikonkautschuk isoliertes und mit Silikonkautschuk ummanteltes Frequenzumrichterkabel. Da nach der Verkabelung Kupferband als Abschirmschicht um den isolierten Kern gewickelt wurde, verwendeten wir zunächst eine Methode, bei der Druck erst dann ausgeübt wurde, nachdem der fertige Kopf während der Mantelextrusion abgedichtet wurde, um das Eindringen von Wasser zu verhindern. Es traten jedoch die gleichen Probleme wie Mantellockerung, Blasenbildung und Platzen auf. Durch Überprüfung hat unsere Methode, eine Schicht Vliesstoff um die Kupferband-Abschirmschicht zu wickeln und Druck auszuüben, wenn der Kabelkopf in das 5 m lange Vulkanisierungsrohr eintritt, die Probleme der Mantellockerung, Blasenbildung und Platzen wirksam gelöst.
Aufgrund früherer Erfolge waren wir blind davon überzeugt, dass Vliesstoffe die Probleme bei der Herstellung von Silikonkautschukkabeln lösen könnten. Die Realität ist jedoch, dass nicht alle Silikonkautschukkabel geeignete Produkte herstellen, indem einfach Vliesstoff um die Isolierung gewickelt wird. Beim Extrudieren des Mantels nach einer mehradrigen Kabelverkabelung wird zwar auch Vliesstoff umwickelt, aber eine unzureichende Füllung während der Verkabelung und ein unzureichender Schmelzedruck während der Mantelextrusion verhindern oft, dass der Silikonkautschuk in die unzureichend gefüllten Lücken gedrückt wird, was zu Undichtigkeiten nach der Druckvulkanisation im Vulkanisationsrohr führt. Daher empfehlen wir, bei der Mantelextrusion von mehradrigen Kabeln nach der Verkabelung kein Füll- und Umhüllungsvlies hinzuzufügen, da die Kabeladern über ausreichende Lücken verfügen, um das von der Silikonkautschuk-Isolierung bei der Sekundärvulkanisation freigesetzte Gas zu speichern. Solange der Rohrleitungsdruck angemessen ausgeübt wird, können Mantellockerungen, Blasenbildung und Undichtigkeiten vollständig vermieden werden.
IV. Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir durch die Analyse der im Produktionsprozess aufgetretenen Probleme, die Konzentration auf ihre einzigartigen Aspekte und den Blick über die Oberfläche auf das Wesentliche in der Lage waren, die Ursachen der Probleme grundlegend zu identifizieren und praktische und umsetzbare Prozess- und technische Maßnahmen zu ihrer Lösung zu ergreifen. Wir glauben, dass durch unsere Bemühungen der Produktionsprozess von Silikonkautschukkabeln weiter ausgereift wird, die Produktqualität weiter verbessert wird, Silikonkautschukkabel nach und nach zu unserem führenden Produkt werden und die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens auf dem Markt für gummiummantelte Kabel weiter gestärkt wird.