I. Introduzione
La gomma siliconica, grazie alla sua elevata resistenza al calore e all'eccellente resistenza al freddo (con un intervallo di temperature operative a lungo termine compreso tra -90 e 250 ℃), insieme al suo eccellente isolamento elettrico e resistenza all'invecchiamento, ha visto un rapido sviluppo nel settore dei cavi.
Negli ultimi decenni, l’industria della gomma siliconica ha continuamente affrontato la sfida di soddisfare le crescenti esigenze del moderno mercato dei prodotti estrusi. La gomma siliconica ha visto miglioramenti nella resistenza all'abrasione, resistenza al taglio, resistenza chimica, resistenza all'olio e resistenza meccanica. Essendo un materiale con un'elevata temperatura di invecchiamento termico, il suo valore e la sua affidabilità ne hanno promosso l'uso diffuso da parte di produttori e utenti. Oggi, l'applicazione della gomma siliconica nell'industria dei fili e dei cavi continua ad espandersi, utilizzata principalmente come isolamento e guaina per cavi navali, cavi aeronautici, cavi di motori, cavi riscaldanti e molti cavi per scopi speciali (come quelli utilizzati nell'energia nucleare, aerospaziale e nelle industrie metallurgiche).
Negli ultimi due anni la nostra azienda ha ricevuto numerosi ordini da parte dei clienti per cavi isolati e rivestiti in gomma siliconica. Tuttavia, poiché questo tipo di prodotto non è il nostro prodotto principale, la nostra tecnologia di lavorazione e le nostre attrezzature di produzione non sono ancora completamente sviluppate. Nonostante abbiamo incontrato molte difficoltà durante la produzione, grazie agli sforzi congiunti di tutti, i prodotti sono stati infine consegnati ai clienti nei tempi previsti e abbiamo imparato molto dall'esperienza.
II. Problemi riscontrati durante la produzione di cavi in gomma siliconica
1. Dopo la vulcanizzazione e la mescola, la mescola di gomma tende a bruciarsi e contiene un gran numero di impurità durante l'estrusione, con conseguente interruzione della tensione di isolamento.
2. Durante l'estrusione della guaina si verificano gusci allentati e formazione di bolle.
III. Soluzioni
1. Requisiti tecnici di miscelazione e rimescolamento
Sebbene l'attrezzatura per la lavorazione della gomma siliconica sia simile a quella della gomma organica, è meglio non utilizzare lo stesso mulino aperto per lavorare sia la gomma organica che quella siliconica. Idealmente, dovrebbe essere disponibile una sala dedicata alla lavorazione della gomma siliconica e l'ambiente dovrebbe essere mantenuto pulito, poiché la gomma siliconica contaminata avrà proprietà meccaniche ed elettriche ridotte. Se non è possibile fornire apparecchiature e strutture dedicate alla lavorazione della gomma siliconica, è fondamentale garantire il completo isolamento dei materiali contaminanti dalla gomma siliconica e dai suoi agenti di compounding, poiché la maggior parte delle impurità provengono dal processo di compounding.
A causa delle caratteristiche intrinseche della gomma siliconica, i composti che richiedono rilavorazione subiranno cambiamenti di plasticità dopo la rilavorazione, rendendoli inclini a bruciarsi sui rulli ad alta velocità. L'acqua di raffreddamento deve essere fatta circolare attraverso i rulli del mulino aperto per evitare bruciature, soprattutto per i composti che utilizzano il perossido di bis (2,4-diclorobenzoile) come sistema di vulcanizzazione. Questo perché la temperatura di decomposizione del bis(2,4-diclorobenzoile) è di circa 45°C e i prodotti della decomposizione, acido 2,4-diclorobenzoico e 2,4-diclorobenzoile, non sono facilmente volatili, portando ad una facile combustione del composto. Per ottenere prodotti di alta qualità, è necessario seguire i seguenti passaggi fondamentali durante la mescola della gomma siliconica:
(1) Pesare attentamente ogni componente di compounding da utilizzare (ad esempio, ritardante di fiamma, agente vulcanizzante, masterbatch colorato, ecc.). (2) Dopo aver posizionato la gomma siliconica pura o il composto rinforzante sul mulino aperto, regolare la distanza tra i rulli in modo che la gomma siliconica si avvolga attorno al rullo che si muove più velocemente e venga rimescolata completamente. La gomma siliconica pura di solito richiede solo una leggera rimescolatura o nessuna rimescolatura prima di aggiungere riempitivi. Tuttavia, poiché la gomma siliconica rinforzante contiene silice, deve essere accuratamente rimescolata. La rimescolatura è completa quando il composto si avvolge attorno al rullo che si muove più velocemente.
(3) Se necessario, al composto devono essere aggiunti ritardanti di fiamma, masterbatch colorati, ecc. Alcuni riempitivi potrebbero cadere nel vassoio di raccolta durante la miscelazione; questi vanno raccolti ed aggiunti al composto prima della successiva aggiunta del riempitivo. Per raschiare i riempitivi dal vassoio di ricezione viene comunemente utilizzato un raschietto di gomma; l'utilizzo di un pennello è da evitare in quanto alcune setole potrebbero cadere e mescolarsi al composto. È particolarmente importante non aggiungere tutti i riempitivi al composto in una volta, ma piuttosto in 2-3 lotti. Il composto deve essere miscelato accuratamente dopo l'aggiunta di ogni lotto di riempitivo. Ciò garantisce una dispersione uniforme del riempitivo ed evita la formazione di grumi duri di riempitivo. Una distanza ragionevole tra i rulli garantisce una velocità di miscelazione e una qualità ottimali della mescola di gomma.
(4) L'ultimo ingrediente aggiunto alla mescola di gomma è l'agente vulcanizzante. Poiché attualmente utilizziamo il perossido di 2,4-benzoil dicloruro come agente vulcanizzante, non aggiungerlo quando la mescola di gomma è troppo calda (non superiore a 40°C). In caso contrario, si verificherà una vulcanizzazione parziale e prematura, con conseguente perdita della mescola di gomma o dell'agente vulcanizzante. È necessario introdurre nei rulli una quantità sufficiente di acqua di raffreddamento per evitare il surriscaldamento della mescola di gomma. Infine, per garantire una dispersione uniforme dell'agente vulcanizzante, è opportuno far circolare più volte l'intero rotolo di mescola di gomma.
2. Utilizzo corretto della rete filtrante e dei tamponi filtranti
La rete filtrante è generalmente costituita da una piastra filtrante da 20-40 mesh e una rete filtrante in acciaio inossidabile da 60-100 mesh con aperture più fini. Alcuni produttori preferiscono non utilizzare la rete filtrante ed estrudere direttamente perché ciò aumenta la velocità di estrusione e talvolta elimina la possibilità di generazione di calore e bruciature vicino alla piastra del filtro. Tuttavia, l’uso di schermi filtranti è fondamentale, poiché svolgono un ruolo significativo nella rimozione delle impurità e delle particelle di riempitivo non disperse dalla mescola di gomma. Allo stesso tempo, gli schermi filtranti rimuovono anche l'aria intrappolata nella mescola di gomma durante la miscelazione e il ritrattamento, soprattutto per le mescole più morbide.
Poiché la gomma siliconica è solo leggermente termoplastica e non è facilmente soggetta a sollecitazioni di flusso o sollecitazioni di taglio nel suo stato non polimerizzato, la progettazione della piastra filtrante non è critica. La maggior parte dei modelli di piastre filtranti sono adatti alla lavorazione della gomma siliconica.
3. Selezione dell'attrezzatura per l'estrusione
Per quanto riguarda la selezione delle apparecchiature, poiché non disponiamo di apparecchiature dedicate alla produzione di cavi in gomma siliconica, non abbiamo scelta. Delle tre linee di produzione di vulcanizzazione continua che utilizziamo attualmente, l'estrusore per vulcanizzazione continua a vapore Φ65/Φ90 e l'estrusore per vulcanizzazione continua a bagno salino PLCV sono adatti per la produzione di gomma siliconica.
4. Esplorazione e miglioramento del processo
Poiché i cavi in gomma siliconica non sono il nostro prodotto abituale, impariamo sempre per tentativi ed errori nella loro produzione. Per l'estrusione dell'isolamento, abbiamo utilizzato sia un estrusore per vulcanizzazione continua a vapore Φ65/Φ90 che un estrusore per vulcanizzazione continua PLCV. Tuttavia, l'estrusore continuo a vapore Φ65/Φ90 non può collegare un tubo telescopico alla testa della filiera perché ciò causerebbe un rapido aumento della temperatura della testa della filiera durante il riscaldamento a vapore, con conseguente vulcanizzazione prematura della gomma siliconica durante l'estrusione. Pertanto, nella produzione vera e propria, non abbiamo collegato il tubo telescopico alla filiera, ma abbiamo utilizzato il vapore in modo aperto. Ciò ha comportato l’impossibilità di applicare una pressione eccessiva del vapore, influenzando la velocità di produzione e sprecando una quantità significativa di vapore. Quando si utilizzava l'unità PLCV per l'estrusione dell'isolamento, in condizioni di temperatura di estrusione controllata, l'estrusione stessa non presentava grossi problemi; per soddisfare i requisiti del prodotto era necessaria solo una pressione di 0,2 MPa o nessuna pressione.
Attualmente stiamo producendo un lotto di cavi unipolari isolati in gomma siliconica e con guaina in gomma siliconica. Poiché il cliente richiede una facile pelatura tra l'isolamento e la guaina, ciò significa che non è possibile utilizzare il processo di coestrusione a doppio strato che normalmente utilizziamo nella produzione di cavi unipolari. Durante la preparazione all'estrusione della guaina dopo l'estrusione dell'isolante, si è verificato un problema: lo strato isolante in gomma siliconica del nucleo isolato veniva facilmente spinto verso l'alto nello stampo interno, bloccandosi e causando vesciche e scoppio della guaina dopo l'estrusione. Dopo ripetuti esperimenti, abbiamo adottato un metodo per avvolgere longitudinalmente uno strato di tessuto non tessuto attorno al nucleo isolante per fornire uno spazio di stoccaggio per il gas rilasciato durante la vulcanizzazione secondaria dell'isolamento in gomma siliconica. Ciò ha risolto efficacemente i problemi relativi al sollevamento dell'isolamento nello stampo interno e alla formazione di bolle sulla guaina a una pressione della tubazione di 0,2–0,3 MPa.
Nel settembre 2006, un cliente ha ordinato un cavo convertitore di frequenza isolato in gomma siliconica e rivestito in gomma siliconica. Poiché il nastro di rame veniva avvolto attorno al nucleo isolato come strato schermante dopo il cablaggio, inizialmente abbiamo utilizzato un metodo che prevedeva l'applicazione di pressione solo dopo che la testa finita era stata sigillata durante l'estrusione della guaina per impedire l'ingresso di acqua. Tuttavia, si sono verificati gli stessi problemi di allentamento, formazione di vesciche e scoppio della guaina. Attraverso la verifica, il nostro metodo di avvolgimento di uno strato di tessuto non tessuto attorno allo strato schermante del nastro di rame e di applicazione di pressione quando la testa del cavo entra nel tubo di vulcanizzazione da 5 m ha risolto efficacemente i problemi di allentamento, formazione di vesciche e scoppio della guaina.
Sulla base dei successi precedenti, credevamo ciecamente che il tessuto non tessuto potesse risolvere i problemi incontrati nella produzione di cavi in gomma siliconica. Tuttavia, la realtà è che non tutti i cavi in gomma siliconica produrranno prodotti qualificati semplicemente avvolgendo tessuto non tessuto attorno all'isolamento. Quando si estrude la guaina dopo il cablaggio del cavo multipolare, sebbene sia avvolto anche il tessuto non tessuto, un riempimento insufficiente durante il cablaggio e una pressione di fusione insufficiente durante l'estrusione della guaina spesso impediscono che la gomma siliconica venga schiacciata negli spazi non sufficientemente riempiti, con conseguenti perdite dopo la vulcanizzazione a pressione nel tubo di vulcanizzazione. Pertanto, non consigliamo di aggiungere tessuto non tessuto di riempimento e avvolgimento durante l'estrusione della guaina dei cavi multipolari dopo il cablaggio, poiché le anime del cavo hanno spazi sufficienti per immagazzinare il gas rilasciato dall'isolamento in gomma siliconica durante la vulcanizzazione secondaria. Finché la pressione della tubazione viene applicata in modo appropriato, è possibile evitare completamente l'allentamento della guaina, la formazione di bolle e le perdite.
IV. Conclusione
In sintesi, analizzando i problemi incontrati nel processo di produzione, concentrandoci sui loro aspetti unici e guardando oltre la superficie fino all’essenza, siamo stati in grado di identificare fondamentalmente le cause dei problemi e adottare processi pratici e fattibili e misure tecniche per risolverli. Riteniamo che grazie ai nostri sforzi, il processo di produzione dei cavi in gomma siliconica continuerà a maturare, la qualità del prodotto continuerà a migliorare, i cavi in gomma siliconica diventeranno gradualmente il nostro prodotto leader e la competitività sul mercato dell'azienda nei cavi rivestiti in gomma continuerà a rafforzarsi.