I. Wprowadzenie
Kauczuk silikonowy, ze względu na wysoką odporność na ciepło i doskonałą odporność na zimno (przy długotrwałym zakresie temperatur pracy od -90 do 250 ℃), a także doskonałą izolację elektryczną i odporność na starzenie, szybko rozwinął się w przemyśle kablowym.
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci przemysł kauczuku silikonowego stale stawał przed wyzwaniem sprostania rosnącym potrzebom współczesnego rynku produktów wytłaczanych. W gumie silikonowej zaobserwowano poprawę odporności na ścieranie, odporność na przecięcie, odporność chemiczną, odporność na olej i wytrzymałość mechaniczną. Jako materiał o wysokiej temperaturze starzenia cieplnego, jego wartość i niezawodność sprzyjają jego szerokiemu zastosowaniu przez producentów i użytkowników. Obecnie zastosowanie kauczuku silikonowego w przemyśle drutów i kabli stale się rozwija, głównie jako izolacja i osłona kabli okrętowych, kabli lotniczych, przewodów silnikowych, przewodów grzejnych i wielu kabli specjalnego przeznaczenia (takich jak te stosowane w energetyce jądrowej, przemyśle lotniczym i metalurgicznym).
W ciągu ostatnich dwóch lat nasza firma otrzymała liczne zamówienia od klientów na kable w izolacji i osłonie z gumy silikonowej. Ponieważ jednak tego typu produkt nie jest naszym głównym produktem, nasza technologia przetwarzania i sprzęt produkcyjny nie są jeszcze w pełni rozwinięte. Chociaż podczas produkcji napotkaliśmy wiele trudności, dzięki wspólnym wysiłkom wszystkich produkty zostały ostatecznie dostarczone klientom zgodnie z harmonogramem, a z tego doświadczenia wiele się nauczyliśmy.
II. Problemy napotykane podczas produkcji kabli z gumy silikonowej
1. Po wulkanizacji i wymieszaniu mieszanka gumowa jest podatna na przypalenie i zawiera dużą ilość zanieczyszczeń podczas wytłaczania, co prowadzi do przebicia napięcia izolacji.
2. Podczas wytłaczania osłony powstają luźne łuski i pęcherze.
III. Rozwiązania
1. Wymagania techniczne dotyczące mieszania i ponownego mieszania
Chociaż sprzęt do przetwarzania kauczuku silikonowego jest podobny do sprzętu do przetwarzania kauczuku organicznego, najlepiej nie używać tego samego otwartego młyna do przetwarzania zarówno kauczuku organicznego, jak i silikonowego. W idealnym przypadku powinno być dostępne dedykowane pomieszczenie do przetwarzania gumy silikonowej, a otoczenie powinno być utrzymywane w czystości, ponieważ zanieczyszczona guma silikonowa będzie miała zmniejszone właściwości mechaniczne i elektryczne. Jeżeli nie można zapewnić dedykowanego sprzętu i urządzeń do przetwarzania kauczuku silikonowego, kluczowe znaczenie ma zapewnienie całkowitej izolacji materiałów zanieczyszczających od kauczuku silikonowego i jego składników, ponieważ większość zanieczyszczeń pochodzi z procesu mieszania.
Ze względu na nieodłączne właściwości kauczuku silikonowego, związki wymagające ponownego przetworzenia ulegną zmianie plastyczności po ponownym przetworzeniu, co sprawi, że będą podatne na przypalenie na walcach o dużej prędkości. Woda chłodząca powinna przepływać przez walce otwartego młyna, aby zapobiec przypaleniu, szczególnie w przypadku związków wykorzystujących nadtlenek bis(2,4-dichlorobenzoilu) jako układ wulkanizacyjny. Dzieje się tak, ponieważ temperatura rozkładu bis(2,4-dichlorobenzoilu) wynosi około 45°C, a produkty rozkładu, kwas 2,4-dichlorobenzoesowy i 2,4-dichlorobenzen, nie są łatwo lotne, co prowadzi do łatwego spalania związku. Aby uzyskać produkty wysokiej jakości, podczas mieszania kauczuku silikonowego należy przestrzegać następujących podstawowych etapów:
(1) Ostrożnie zważ każdy składnik mieszanki, który ma zostać użyty (np. środek zmniejszający palność, środek wulkanizujący, przedmieszka barwiąca itp.). (2) Po umieszczeniu czystej gumy silikonowej lub masy wzmacniającej na otwartym młynie, wyreguluj szczelinę rolek tak, aby guma silikonowa owinęła się wokół szybciej poruszającego się rolki i została ponownie dokładnie wymieszana. Czysta guma silikonowa zwykle wymaga jedynie niewielkiego ponownego wymieszania lub nie wymaga ponownego mieszania przed dodaniem wypełniaczy. Ponieważ jednak wzmacniająca guma silikonowa zawiera krzemionkę, należy ją dokładnie ponownie wymieszać. Ponowne mieszanie jest zakończone, gdy masa owinie się wokół szybciej poruszającego się wałka.
(3) W razie potrzeby do mieszanki należy dodać środki zmniejszające palność, przedmieszki barwiące itp. Niektóre wypełniacze mogą w trakcie mieszania spaść do tacy odbiorczej; należy je zebrać i dodać do masy przed kolejnym dodaniem wypełniacza. Do zeskrobywania wypełniaczy z tacy odbiorczej powszechnie używa się gumowego skrobaka; należy unikać pędzla, ponieważ niektóre włosie może spaść i zmieszać się z masą. Szczególnie ważne jest, aby nie dodawać do masy wszystkich wypełniaczy na raz, a raczej w 2-3 partiach. Po dodaniu każdej partii wypełniacza należy dokładnie wymieszać masę. Zapewnia to równomierne rozprowadzenie wypełniacza i zapobiega tworzeniu się twardych grudek wypełniacza. Rozsądna szczelina rolek zapewnia optymalną prędkość mieszania i jakość mieszanki gumowej.
(4) Ostatnim składnikiem dodawanym do mieszanki gumowej jest środek wulkanizujący. Ponieważ obecnie jako środek wulkanizujący stosujemy nadtlenek dichlorku 2,4-benzoilu, nie należy go dodawać, gdy mieszanka gumowa jest zbyt gorąca (nie przekraczająca 40°C). W przeciwnym razie nastąpi częściowa przedwczesna wulkanizacja, prowadząca do utraty mieszanki gumowej lub środka wulkanizującego. Do rolek należy wprowadzić odpowiednią ilość wody chłodzącej, aby zapobiec przegrzaniu mieszanki gumowej. Na koniec, aby zapewnić równomierne rozproszenie środka wulkanizującego, należy przez niego kilkakrotnie przepuścić całą rolkę mieszanki gumowej.
2. Prawidłowe użycie siatki filtrującej i wkładek filtrujących
Siatka filtracyjna składa się zazwyczaj z płyty filtracyjnej o wielkości oczek 20–40 oczek i siatki filtrującej ze stali nierdzewnej o oczkach 60–100 z drobniejszymi otworami. Niektórzy producenci wolą nie stosować siatek filtracyjnych i bezpośrednio wytłaczać, ponieważ zwiększa to prędkość wytłaczania, a czasami eliminuje możliwość wytwarzania ciepła i przypalenia w pobliżu płyty filtracyjnej. Jednak zastosowanie sit filtrujących jest istotne, gdyż odgrywają one znaczącą rolę w usuwaniu zanieczyszczeń i cząstek niezdyspergowanych wypełniaczy z mieszanki gumowej. Jednocześnie ekrany filtrów usuwają również powietrze uwięzione w mieszance gumowej podczas mieszania i ponownego przetwarzania, szczególnie w przypadku bardziej miękkich mieszanek.
Ponieważ kauczuk silikonowy jest tylko w niewielkim stopniu termoplastyczny i w stanie nieutwardzonym nie jest łatwo poddawany naprężeniom płynącym ani ścinającym, konstrukcja płyty filtracyjnej nie jest krytyczna. Większość konstrukcji płyt filtracyjnych nadaje się do obróbki gumy silikonowej.
3. Wybór sprzętu do wytłaczania
Jeśli chodzi o dobór sprzętu, ponieważ nie posiadamy dedykowanego sprzętu do produkcji kabli z gumy silikonowej, nie mamy wyboru. Z trzech linii do ciągłej wulkanizacji, z których obecnie korzystamy, do produkcji kauczuku silikonowego nadają się wytłaczarka do ciągłej wulkanizacji parowej Φ65/Φ90 i wytłaczarka do ciągłej wulkanizacji w kąpieli solnej PLCV.
4. Badanie i doskonalenie procesów
Ponieważ kable z gumy silikonowej nie są naszym stałym produktem, przy ich produkcji zawsze uczymy się metodą prób i błędów. Do wytłaczania izolacji używaliśmy zarówno wytłaczarki do ciągłego wulkanizacji parowej Φ65/Φ90, jak i wytłaczarki do ciągłego wulkanizacji PLCV. Jednakże wytłaczarka parowa Φ65/Φ90 z ciągłym przepływem pary nie może połączyć rury teleskopowej z głowicą matrycy, ponieważ spowodowałoby to szybki wzrost temperatury głowicy w wyniku ogrzewania parą, co spowodowałoby przedwczesną wulkanizację kauczuku silikonowego podczas wytłaczania. Dlatego w rzeczywistej produkcji nie połączyliśmy rury teleskopowej z głowicą, lecz wykorzystaliśmy parę w sposób otwarty. Skutkowało to brakiem możliwości zastosowania nadmiernego ciśnienia pary, co wpływało na szybkość produkcji i marnowało znaczną ilość pary. Przy zastosowaniu jednostki PLCV do wytłaczania izolacji, w kontrolowanych warunkach temperatury wytłaczania, samo wytłaczanie nie stwarzało większych problemów; aby spełnić wymagania produktu, potrzebne było jedynie ciśnienie 0,2 MPa lub nie było potrzebne żadne ciśnienie.
Obecnie produkujemy partię kabli jednożyłowych w izolacji i powłoce z gumy silikonowej. Ponieważ klient wymaga łatwego oddzielania izolacji od powłoki, oznacza to, że nie można zastosować procesu współwytłaczania dwuwarstwowego, który zwykle stosujemy przy produkcji kabli jednożyłowych. Przygotowując się do wytłaczania osłony po wytłoczeniu izolacji, pojawił się problem: warstwa izolacyjna z kauczuku silikonowego izolowanego rdzenia łatwo została wypchnięta do formy wewnętrznej, blokując się i powodując powstawanie pęcherzy i pękanie osłony po wytłoczeniu. Po wielokrotnych eksperymentach przyjęliśmy metodę podłużnego owinięcia warstwy włókniny wokół izolowanego rdzenia, aby zapewnić przestrzeń do magazynowania gazu uwalnianego podczas wtórnej wulkanizacji izolacji z kauczuku silikonowego. Skutecznie rozwiązało to problem wypychania izolacji w formie wewnętrznej i pęcherzenia płaszcza przy ciśnieniu w rurociągu 0,2–0,3 MPa.
We wrześniu 2006 roku klient zamówił kabel przetwornicy częstotliwości izolowany gumą silikonową i płaszczem z gumy silikonowej. Ponieważ taśma miedziana była owinięta wokół izolowanego rdzenia jako warstwa ekranująca po okablowaniu, początkowo stosowaliśmy metodę wywierania nacisku dopiero po uszczelnieniu gotowej głowicy podczas wytłaczania osłony, aby zapobiec przedostawaniu się wody. Jednakże wystąpiły te same problemy związane z rozluźnieniem powłoki, powstawaniem pęcherzy i pękaniem. Dzięki weryfikacji nasza metoda owinięcia warstwy włókniny wokół warstwy ekranującej taśmy miedzianej i wywierania nacisku, gdy głowica kabla wchodzi do rury wulkanizacyjnej na długości 5 m, skutecznie rozwiązała problemy związane z rozluźnianiem się, powstawaniem pęcherzy i pękaniem powłoki.
Bazując na wcześniejszych sukcesach ślepo wierzyliśmy, że włóknina może rozwiązać problemy napotykane przy produkcji kabli z gumy silikonowej. Rzeczywistość jest jednak taka, że nie wszystkie kable z gumy silikonowej pozwolą wytworzyć kwalifikowane produkty po prostu przez owinięcie izolacji włókniną. Podczas wytłaczania powłoki po okablowaniu kabla wielożyłowego, chociaż owinięta jest również włóknina, niewystarczające wypełnienie podczas okablowania i niewystarczające ciśnienie stopu podczas wytłaczania powłoki często uniemożliwiają wciśnięcie gumy silikonowej w niedostatecznie wypełnione szczeliny, co skutkuje wyciekiem po wulkanizacji ciśnieniowej w rurze wulkanizacyjnej. Dlatego nie zaleca się dodawania włókniny wypełniającej i owijającej podczas wytłaczania powłoki kabli wielożyłowych po okablowaniu, ponieważ żyły kabla mają wystarczające szczeliny, aby magazynować gaz uwalniany przez izolację z kauczuku silikonowego podczas wtórnej wulkanizacji. Jeśli ciśnienie w rurociągu zostanie odpowiednio przyłożone, można całkowicie uniknąć poluzowania się płaszcza, powstawania pęcherzy i wycieków.
IV. Wniosek
Podsumowując, analizując problemy napotkane w procesie produkcyjnym, skupiając się na ich unikalnych aspektach i patrząc poza powierzchnię, do istoty, byliśmy w stanie zasadniczo zidentyfikować przyczyny problemów oraz przyjąć praktyczne i wykonalne środki procesowe i techniczne w celu ich rozwiązania. Wierzymy, że dzięki naszym wysiłkom proces produkcji kabli z gumy silikonowej będzie nadal udoskonalany, jakość produktów będzie stale poprawiana, kable z gumy silikonowej stopniowo staną się naszym wiodącym produktem, a konkurencyjność firmy na rynku kabli w gumowej osłonie będzie nadal rosnąć.