I. Introducción
El caucho de silicona, debido a su alta resistencia al calor y excelente resistencia al frío (con un rango de temperatura de funcionamiento a largo plazo de -90 a 250 ℃), junto con su excelente aislamiento eléctrico y resistencia al envejecimiento, ha experimentado un rápido desarrollo en la industria del cable.
Durante las últimas décadas, la industria del caucho de silicona se ha enfrentado continuamente al desafío de satisfacer las crecientes necesidades del mercado moderno de productos extruidos. El caucho de silicona ha experimentado mejoras en la resistencia a la abrasión, la resistencia a los cortes, la resistencia química, la resistencia al aceite y la resistencia mecánica. Como material con una alta temperatura de envejecimiento por calor, su valor y confiabilidad han promovido su uso generalizado por parte de fabricantes y usuarios. Hoy en día, la aplicación del caucho de silicona en la industria de alambres y cables continúa expandiéndose, utilizándose principalmente como aislamiento y revestimiento para cables de barcos, cables de aviación, cables conductores de motores, cables calefactores y muchos cables para fines especiales (como los utilizados en las industrias de energía nuclear, aeroespacial y metalúrgica).
En los últimos dos años, nuestra empresa ha recibido numerosos pedidos de clientes de cables con revestimiento y aislamiento de caucho de silicona. Sin embargo, dado que este tipo de producto no es nuestro producto principal, nuestra tecnología de procesamiento y equipo de producción aún no están completamente desarrollados. Aunque encontramos muchas dificultades durante la producción, gracias al esfuerzo conjunto de todos, los productos finalmente se entregaron a los clientes a tiempo y aprendimos mucho de la experiencia.
II. Problemas encontrados durante la producción de cables de caucho de silicona
1. Después de la vulcanización y la combinación, el compuesto de caucho es propenso a quemarse y contiene una gran cantidad de impurezas durante la extrusión, lo que provoca una ruptura del voltaje del aislamiento.
2. Durante la extrusión de la vaina se producen cáscaras sueltas y ampollas.
III. Soluciones
1. Requisitos técnicos de mezcla y remezcla
Aunque el equipo de procesamiento del caucho de silicona es similar al del caucho orgánico, es mejor no utilizar el mismo molino abierto para procesar caucho orgánico y caucho de silicona. Idealmente, debería haber disponible una sala de procesamiento de caucho de silicona dedicada y el ambiente debería mantenerse limpio, ya que el caucho de silicona contaminado tendrá propiedades mecánicas y eléctricas reducidas. Si no se pueden proporcionar equipos e instalaciones de procesamiento dedicados al caucho de silicona, es fundamental garantizar el aislamiento completo de los materiales contaminantes del caucho de silicona y sus agentes compuestos, ya que la mayoría de las impurezas se originan en el proceso de composición.
Debido a las características inherentes del caucho de silicona, los compuestos que requieren reprocesamiento sufrirán cambios de plasticidad después del reprocesamiento, lo que los hará propensos a quemarse en los rodillos de alta velocidad. Se debe hacer circular agua de refrigeración a través de los rodillos del molino abierto para evitar que se queme, especialmente para compuestos que utilizan peróxido de bis (2,4-diclorobenzoilo) como sistema de vulcanización. Esto se debe a que la temperatura de descomposición del bis(2,4-diclorobenzoilo) es de aproximadamente 45 °C y los productos de descomposición, ácido 2,4-diclorobenzoico y 2,4-diclorobenceno, no son fácilmente volátiles, lo que facilita la combustión del compuesto. Para obtener productos de alta calidad, se deben seguir los siguientes pasos básicos durante la composición del caucho de silicona:
(1) Pese cuidadosamente cada componente del compuesto que se utilizará (p. ej., retardante de llama, agente vulcanizante, mezcla maestra de color, etc.). (2) Después de colocar el caucho de silicona puro o el compuesto de refuerzo en el molino abierto, ajuste la separación del rodillo para que el caucho de silicona se envuelva alrededor del rodillo de movimiento más rápido y se vuelva a mezclar completamente. El caucho de silicona pura generalmente solo requiere un ligero remezclado o ninguna remezcla antes de agregar rellenos. Sin embargo, debido a que el caucho de silicona de refuerzo contiene sílice, se debe volver a mezclar completamente. La remezcla se completa cuando el compuesto se envuelve alrededor del rodillo que se mueve más rápido.
(3) Si es necesario, se deben agregar al compuesto retardantes de llama, mezclas maestras de color, etc. Algunos rellenos pueden caer en la bandeja receptora durante el mezclado; estos deben recolectarse y agregarse al compuesto antes de la siguiente adición de relleno. Generalmente se utiliza un raspador de goma para raspar los rellenos de la bandeja receptora; Se debe evitar el uso de un cepillo ya que algunas cerdas pueden caerse y mezclarse con el compuesto. Es especialmente importante no agregar todos los rellenos al compuesto a la vez, sino en 2 o 3 tandas. El compuesto debe mezclarse completamente después de agregar cada lote de relleno. Esto asegura una dispersión uniforme de la masilla y evita la formación de grumos duros de masilla. Una separación razonable entre los rodillos garantiza una velocidad de mezcla óptima y una calidad del compuesto de caucho.
(4) El último ingrediente agregado al compuesto de caucho es el agente vulcanizante. Dado que actualmente utilizamos peróxido de dicloruro de 2,4-benzoilo como agente vulcanizante, no lo agregue cuando el compuesto de caucho esté demasiado caliente (sin exceder los 40°C). De lo contrario, se producirá una vulcanización prematura parcial, lo que provocará la pérdida del compuesto de caucho o del agente vulcanizante. Se debe introducir suficiente agua refrigerante en los rodillos para evitar el sobrecalentamiento de la mezcla de caucho. Finalmente, para asegurar una dispersión uniforme del agente vulcanizante, se debe hacer circular a través de él todo el rollo de compuesto de caucho varias veces.
2. Uso correcto de la malla filtrante y las almohadillas filtrantes
La malla filtrante normalmente consta de una placa filtrante de malla 20-40 y una malla filtrante de acero inoxidable de malla 60-100 con aberturas más finas. Algunos fabricantes prefieren no utilizar malla de filtro y extruir directamente porque esto aumenta la velocidad de extrusión y, a veces, elimina la posibilidad de generación de calor y quemaduras cerca de la placa de filtro. Sin embargo, el uso de mallas filtrantes es crucial, ya que desempeñan un papel importante en la eliminación de impurezas y partículas de relleno no dispersas del compuesto de caucho. Al mismo tiempo, las mallas filtrantes también eliminan el aire atrapado en el compuesto de caucho durante la mezcla y el reprocesamiento, especialmente en el caso de compuestos más blandos.
Dado que el caucho de silicona es sólo ligeramente termoplástico y no se somete fácilmente a tensiones de flujo o tensiones de corte en su estado no curado, el diseño de la placa de filtro no es crítico. La mayoría de los diseños de placas filtrantes son adecuados para el procesamiento de caucho de silicona.
3. Selección de equipos de extrusión
En cuanto a la selección de equipos, dado que no contamos con equipos dedicados a la producción de cables de caucho de silicona, no tenemos otra opción. De las tres líneas de producción de vulcanización continua que utilizamos actualmente, la extrusora de vulcanización continua con vapor Φ65/Φ90 y la extrusora de vulcanización continua con baño de sal PLCV son adecuadas para la producción de caucho de silicona.
4. Exploración y mejora de procesos
Dado que los cables de caucho de silicona no son nuestro producto habitual, siempre estamos aprendiendo mediante prueba y error en su producción. Para la extrusión de aislamiento, utilizamos una extrusora de vulcanización continua con vapor Φ65/Φ90 y una extrusora de vulcanización continua PLCV. Sin embargo, la extrusora continua de vapor Φ65/Φ90 no puede conectar un tubo telescópico al cabezal de la matriz porque hacerlo causaría que la temperatura del cabezal de la matriz aumentara rápidamente bajo el calentamiento con vapor, lo que resultaría en una vulcanización prematura del caucho de silicona durante la extrusión. Por lo tanto, en la producción real, no conectamos el tubo telescópico al cabezal de troquel, sino que utilizamos vapor de forma abierta. Esto resultó en la imposibilidad de aplicar una presión excesiva de vapor, lo que afectó la velocidad de producción y desperdició una cantidad significativa de vapor. Cuando se utilizó la unidad PLCV para la extrusión de aislamiento, bajo condiciones de temperatura de extrusión controlada, la extrusión en sí no presentó mayores problemas; solo se necesitaba una presión de 0,2 MPa o ninguna presión para cumplir con los requisitos del producto.
Actualmente estamos produciendo un lote de cables unipolares recubiertos y aislados con caucho de silicona. Debido a que el cliente requiere un pelado fácil entre el aislamiento y la funda, esto significa que no se puede utilizar el proceso de coextrusión de doble capa que normalmente utilizamos en la producción de cables unipolares. Al prepararse para extruir la funda después de extruir el aislamiento, surgió un problema: la capa aislante de caucho de silicona del núcleo aislado se empujaba fácilmente hacia arriba en el molde interior, bloqueándose y provocando ampollas y estallido de la funda después de la extrusión. Después de repetidos experimentos, adoptamos un método de envolver longitudinalmente una capa de tela no tejida alrededor del núcleo aislado para proporcionar un espacio de almacenamiento para el gas liberado durante la vulcanización secundaria del aislamiento de caucho de silicona. Esto resolvió eficazmente los problemas del aislamiento que se empujaba hacia arriba en el molde interior y la formación de ampollas en la funda a una presión de tubería de 0,2 a 0,3 MPa.
En septiembre de 2006, un cliente pidió un cable convertidor de frecuencia con aislamiento y revestimiento de caucho de silicona. Debido a que se envolvió cinta de cobre alrededor del núcleo aislado como capa protectora después del cableado, inicialmente utilizamos un método de aplicar presión solo después de que el cabezal terminado se selló durante la extrusión de la funda para evitar la entrada de agua. Sin embargo, se produjeron los mismos problemas de aflojamiento, formación de ampollas y rotura de la funda. A través de la verificación, nuestro método de envolver una capa de tela no tejida alrededor de la capa protectora de cinta de cobre y aplicar presión cuando la cabeza del cable ingresa al tubo de vulcanización de 5 m ha resuelto efectivamente los problemas de aflojamiento, formación de ampollas y rotura de la funda.
Basándonos en éxitos anteriores, creíamos ciegamente que la tela no tejida podría resolver los problemas encontrados en la producción de cables de caucho de silicona. Sin embargo, la realidad es que no todos los cables de caucho de silicona producirán productos calificados simplemente envolviendo tela no tejida alrededor del aislamiento. Al extruir la funda después del cableado de cables multipolares, aunque también se envuelve tela no tejida, el llenado insuficiente durante el cableado y la presión de fusión insuficiente durante la extrusión de la funda a menudo impiden que el caucho de silicona se apriete en los espacios insuficientemente llenos, lo que resulta en fugas después de la vulcanización a presión en el tubo de vulcanización. Por lo tanto, no recomendamos agregar relleno ni envolver tela no tejida durante la extrusión de la funda de cables multipolares después del cableado, porque los núcleos del cable tienen espacios suficientes para almacenar el gas liberado por el aislamiento de caucho de silicona durante la vulcanización secundaria. Siempre que la presión de la tubería se aplique adecuadamente, se pueden evitar por completo el aflojamiento de la funda, la formación de ampollas y las fugas.
IV. Conclusión
En resumen, al analizar los problemas encontrados en el proceso de producción, enfocándonos en sus aspectos únicos y mirando más allá de la superficie hacia la esencia, pudimos identificar fundamentalmente las causas de los problemas y adoptar procesos y medidas técnicas prácticas y factibles para resolverlos. Creemos que gracias a nuestros esfuerzos, el proceso de producción de cables de caucho de silicona seguirá madurando, la calidad del producto seguirá mejorando, los cables de caucho de silicona se convertirán gradualmente en nuestro producto líder y la competitividad de la empresa en el mercado de cables revestidos de caucho seguirá fortaleciéndose.