I. Inleiding
Siliconenrubber heeft vanwege zijn hoge hittebestendigheid en uitstekende koudebestendigheid (met een langdurig bedrijfstemperatuurbereik van -90 tot 250 ℃), samen met zijn uitstekende elektrische isolatie en weerstand tegen veroudering, een snelle ontwikkeling doorgemaakt in de kabelindustrie.
De afgelopen decennia heeft de siliconenrubberindustrie voortdurend te maken gehad met de uitdaging om tegemoet te komen aan de groeiende behoeften van de moderne markt voor geëxtrudeerde producten. Siliconenrubber heeft verbeteringen gezien op het gebied van slijtvastheid, snijweerstand, chemische bestendigheid, oliebestendigheid en mechanische sterkte. Als materiaal met een hoge verouderingstemperatuur door hitte hebben de waarde en betrouwbaarheid ervan het wijdverbreide gebruik ervan door fabrikanten en gebruikers bevorderd. Tegenwoordig blijft de toepassing van siliconenrubber in de draad- en kabelindustrie zich uitbreiden, voornamelijk gebruikt als isolatie en omhulling van scheepskabels, luchtvaartkabels, motorkabels, verwarmingsdraden en vele kabels voor speciale doeleinden (zoals die worden gebruikt in de kernenergie-, ruimtevaart- en metallurgische industrie).
In de afgelopen twee jaar heeft ons bedrijf talloze bestellingen van klanten ontvangen voor met siliconenrubber geïsoleerde en omhulde kabels. Omdat dit type product echter niet ons hoofdproduct is, zijn onze verwerkingstechnologie en productieapparatuur nog niet volledig ontwikkeld. Hoewel we tijdens de productie veel problemen ondervonden, zijn de producten dankzij de gezamenlijke inspanningen uiteindelijk op tijd bij de klanten afgeleverd en hebben we veel van de ervaring geleerd.
II. Problemen die zich voordoen tijdens de productie van siliconenrubberkabels
1. Na vulkanisatie en compounding is de rubbercompound gevoelig voor schroeien en bevat deze een groot aantal onzuiverheden tijdens de extrusie, wat leidt tot doorslag van de isolatiespanning.
2. Tijdens de extrusie van de sheath ontstaan er losse schalen en blaarvorming.
III. Oplossingen
1. Technische vereisten voor mengen en opnieuw mengen
Hoewel de verwerkingsapparatuur voor siliconenrubber vergelijkbaar is met die voor organisch rubber, kun je het beste niet dezelfde open molen gebruiken om zowel organisch als siliconenrubber te verwerken. Idealiter zou er een speciale verwerkingsruimte voor siliconenrubber beschikbaar moeten zijn en zou de omgeving schoon moeten worden gehouden, aangezien verontreinigd siliconenrubber verminderde mechanische en elektrische eigenschappen zal hebben. Als er geen speciale verwerkingsapparatuur en -faciliteiten voor siliconenrubber kunnen worden geleverd, is het van cruciaal belang om te zorgen voor volledige isolatie van verontreinigende materialen van siliconenrubber en zijn mengmiddelen, aangezien de meeste onzuiverheden afkomstig zijn van het mengproces.
Vanwege de inherente eigenschappen van siliconenrubber zullen verbindingen die herverwerking vereisen, na herverwerking plasticiteitsveranderingen ondergaan, waardoor ze gevoelig worden voor schroeien op hogesnelheidswalsen. Koelwater moet door de rollen van de open molen worden gecirculeerd om schroeien te voorkomen, vooral voor verbindingen waarbij bis(2,4-dichloorbenzoyl)peroxide als vulkanisatiesysteem wordt gebruikt. Dit komt doordat de ontledingstemperatuur van bis(2,4-dichloorbenzoyl) ongeveer 45°C bedraagt en de ontledingsproducten, 2,4-dichloorbenzoëzuur en 2,4-dichloorbenzeen, niet gemakkelijk vluchtig zijn, wat leidt tot een gemakkelijke verbranding van de verbinding. Om producten van hoge kwaliteit te verkrijgen, moeten de volgende basisstappen worden gevolgd tijdens het compounderen van siliconenrubber:
(1) Weeg zorgvuldig elke te gebruiken compoundcomponent (bijvoorbeeld vlamvertrager, vulkanisatiemiddel, kleurmasterbatch, enz.). (2) Nadat u het zuivere siliconenrubber of de versterkingsmassa op de open frees hebt geplaatst, past u de rolopening zo aan dat het siliconenrubber zich rond de sneller bewegende rol wikkelt en grondig opnieuw wordt gemengd. Zuiver siliconenrubber hoeft doorgaans slechts licht of niet opnieuw te worden gemengd voordat vulstoffen worden toegevoegd. Omdat versterkend siliconenrubber echter silica bevat, moet het grondig opnieuw worden gemengd. Het opnieuw mengen is voltooid wanneer het mengsel zich om de sneller bewegende rol wikkelt.
(3) Indien nodig moeten vlamvertragers, kleurmasterbatches enz. aan de compound worden toegevoegd. Sommige vulstoffen kunnen tijdens het mengen in de opvangbak vallen; deze moeten worden verzameld en aan de compound worden toegevoegd vóór de volgende toevoeging van vulmiddel. Een rubberen schraper wordt gewoonlijk gebruikt om de vulstoffen uit de opvangbak te schrapen; een borstel moet worden vermeden, omdat sommige borstelharen eraf kunnen vallen en zich in het mengsel kunnen vermengen. Het is vooral belangrijk om niet alle vulstoffen in één keer aan de compound toe te voegen, maar in 2-3 batches. Het mengsel moet grondig worden gemengd nadat elke batch vulstof is toegevoegd. Dit zorgt voor een gelijkmatige verspreiding van het vulmiddel en vermijdt de vorming van harde vulstofklonten. Een redelijke rolafstand zorgt voor een optimale mengsnelheid en kwaliteit van de rubbercompound.
(4) Het laatste ingrediënt dat aan de rubbercompound wordt toegevoegd, is het vulkaniseermiddel. Omdat we momenteel 2,4-benzoyldichlorideperoxide als vulkanisatiemiddel gebruiken, mag je dit niet toevoegen als de rubbercompound te heet is (niet hoger dan 40°C). Anders zal gedeeltelijke voortijdige vulkanisatie optreden, wat leidt tot verlies van de rubbersamenstelling of het vulkanisatiemiddel. Er moet voldoende koelwater in de rollen worden gebracht om oververhitting van het rubbermengsel te voorkomen. Ten slotte moet, om een gelijkmatige verspreiding van het vulkaniseermiddel te garanderen, de gehele rol rubbermengsel er meerdere keren doorheen worden gecirculeerd.
2. Correct gebruik van filtergaas en filterkussens
Filtergaas bestaat doorgaans uit een filterplaat van 20-40 mesh en een roestvrijstalen filtergaas van 60-100 mesh met fijnere openingen. Sommige fabrikanten geven er de voorkeur aan geen filtergaas te gebruiken en direct te extruderen, omdat dit de extrusiesnelheid verhoogt en soms de mogelijkheid van warmteontwikkeling en schroeiing nabij de filterplaat elimineert. Het gebruik van filterschermen is echter cruciaal, omdat deze een belangrijke rol spelen bij het verwijderen van onzuiverheden en niet-gedispergeerde vulstofdeeltjes uit het rubbermengsel. Tegelijkertijd verwijderen de filterschermen ook de lucht die tijdens het mengen en opnieuw verwerken in de rubbercompound zit, vooral bij zachtere verbindingen.
Omdat siliconenrubber slechts in geringe mate thermoplastisch is en in niet-uitgeharde toestand niet gemakkelijk wordt onderworpen aan vloeispanning of schuifspanning, is het ontwerp van de filterplaat niet kritisch. De meeste filterplaatontwerpen zijn geschikt voor de verwerking van siliconenrubber.
3. Selectie van extrusieapparatuur
Wat betreft de selectie van apparatuur: aangezien we niet over speciale productieapparatuur voor siliconenrubberkabels beschikken, hebben we geen keus. Van de drie continue vulkanisatieproductielijnen die we momenteel gebruiken, zijn de Φ65/Φ90 stoom continu vulkaniserende extruder en de PLCV zoutbad continu vulkaniserende extruder geschikt voor de productie van siliconenrubber.
4. Procesverkenning en -verbetering
Omdat siliconenrubberkabels niet ons reguliere product zijn, leren we altijd met vallen en opstaan bij de productie ervan. Voor isolatie-extrusie hebben we zowel een Φ65/Φ90 stoom-continu-vulkaniserende extruder als een PLCV-continu-vulkaniserende extruder gebruikt. De Φ65/Φ90 continue stoomextruder kan echter geen telescopische buis op de matrijskop aansluiten, omdat hierdoor de temperatuur van de matrijskop snel zou stijgen onder stoomverwarming, wat zou resulteren in voortijdige vulkanisatie van het siliconenrubber tijdens de extrusie. Daarom hebben we bij de daadwerkelijke productie de telescopische buis niet op de matrijskop aangesloten, maar in plaats daarvan op een open manier stoom gebruikt. Dit resulteerde in het onvermogen om overmatige stoomdruk uit te oefenen, wat de productiesnelheid beïnvloedde en een aanzienlijke hoeveelheid stoom verspilde. Bij gebruik van de PLCV-eenheid voor isolatie-extrusie onder gecontroleerde extrusietemperatuuromstandigheden leverde de extrusie zelf geen grote problemen op; er was slechts 0,2 MPa druk of geen druk nodig om aan de productvereisten te voldoen.
Momenteel produceren wij een partij met siliconenrubber geïsoleerde en met siliconenrubber omhulde eenaderige kabels. Omdat de klant een gemakkelijke verwijdering tussen de isolatie en de mantel verlangt, betekent dit dat het dubbellaagse co-extrusieproces dat we normaal gesproken gebruiken bij de productie van enkeladerige kabels niet kan worden gebruikt. Bij het voorbereiden van het extruderen van de omhulling nadat de isolatie was geëxtrudeerd, deed zich een probleem voor: de siliconenrubberisolatielaag van de geïsoleerde kern werd gemakkelijk omhoog gedrukt in de binnenmal, raakte verstopt en veroorzaakte blaarvorming en barsten van de omhulling na extrusie. Na herhaalde experimenten hebben we een methode aangenomen waarbij we een laag niet-geweven stof in de lengterichting rond de geïsoleerde kern wikkelen om een opslagruimte te creëren voor het gas dat vrijkomt tijdens de secundaire vulkanisatie van de siliconenrubberisolatie. Dit loste effectief de problemen op van het omhoog duwen van de isolatie in de binnenmal en het ontstaan van blaasjes in de mantel bij een pijpleidingdruk van 0,2–0,3 MPa.
In september 2006 bestelde een klant een met siliconenrubber geïsoleerde en met siliconenrubber omhulde frequentieomvormerkabel. Omdat kopertape na de bekabeling als afschermingslaag om de geïsoleerde kern werd gewikkeld, gebruikten we aanvankelijk een methode waarbij pas druk werd uitgeoefend nadat de afgewerkte kop was afgedicht tijdens de extrusie van de mantel om het binnendringen van water te voorkomen. Dezelfde problemen van loskomen van de omhulling, blaarvorming en barsten deden zich echter voor. Door middel van verificatie heeft onze methode van het wikkelen van een laag niet-geweven stof rond de kopertape-afschermlaag en het uitoefenen van druk wanneer de kabelkop de vulkanisatiebuis van 5 m binnengaat, effectief de problemen van loskomen van de mantel, blaarvorming en barsten opgelost.
Op basis van eerdere successen geloofden we blindelings dat niet-geweven stof de problemen zou kunnen oplossen die we tegenkwamen bij de productie van siliconenrubberkabels. De realiteit is echter dat niet alle siliconenrubberkabels gekwalificeerde producten zullen produceren door eenvoudigweg niet-geweven stof rond de isolatie te wikkelen. Bij het extruderen van de mantel na meeraderige kabelbekabeling, hoewel ook niet-geweven stof is omwikkeld, voorkomt onvoldoende vulling tijdens de bekabeling en onvoldoende smeltdruk tijdens extrusie van de mantel vaak dat het siliconenrubber in de onvoldoende gevulde gaten wordt geperst, wat resulteert in lekkage na drukvulkanisatie in de vulkanisatiebuis. Daarom raden we af om na de bekabeling een vulling en een omwikkeling van non-woven materiaal toe te voegen tijdens de extrusie van meeraderige kabels, omdat de kabelkernen voldoende openingen hebben om het gas op te slaan dat vrijkomt door de siliconenrubberisolatie tijdens de secundaire vulkanisatie. Zolang de leidingdruk op de juiste manier wordt uitgeoefend, kunnen losraken van de mantel, blaarvorming en lekkage volledig worden vermeden.
IV. Conclusie
Samenvattend: door de problemen die we tegenkwamen in het productieproces te analyseren, ons te concentreren op hun unieke aspecten en verder te kijken dan de oppervlakte naar de essentie, waren we in staat om de oorzaken van de problemen fundamenteel te identificeren en praktische en haalbare proces- en technische maatregelen te nemen om ze op te lossen. Wij zijn van mening dat door onze inspanningen het productieproces van siliconenrubberkabels zal blijven rijpen, de productkwaliteit zal blijven verbeteren, siliconenrubberkabels geleidelijk ons leidende product zullen worden en dat het concurrentievermogen van het bedrijf op de markt voor met rubber omhulde kabels zal blijven versterken.