I. Introdução
A borracha de silicone, devido à sua alta resistência ao calor e excelente resistência ao frio (com uma faixa de temperatura operacional de longo prazo de -90 a 250°C), juntamente com seu excelente isolamento elétrico e resistência ao envelhecimento, tem visto um rápido desenvolvimento na indústria de cabos.
Nas últimas décadas, a indústria da borracha de silicone tem enfrentado continuamente o desafio de atender às crescentes necessidades do moderno mercado de produtos extrudados. A borracha de silicone apresentou melhorias na resistência à abrasão, resistência ao corte, resistência química, resistência ao óleo e resistência mecânica. Por ser um material com alta temperatura de envelhecimento térmico, seu valor e confiabilidade promoveram seu uso generalizado por fabricantes e usuários. Hoje, a aplicação de borracha de silicone na indústria de fios e cabos continua a se expandir, usada principalmente como isolamento e revestimento para cabos de navios, cabos de aviação, fios condutores de motores, fios de aquecimento e muitos cabos para fins especiais (como aqueles usados nas indústrias de energia nuclear, aeroespacial e metalúrgica).
Nos últimos dois anos, nossa empresa recebeu vários pedidos de clientes de cabos isolados e revestidos com borracha de silicone. No entanto, como este tipo de produto não é o nosso produto principal, a nossa tecnologia de processamento e equipamentos de produção ainda não estão totalmente desenvolvidos. Embora tenhamos encontrado muitas dificuldades durante a produção, através do esforço conjunto de todos, os produtos acabaram sendo entregues aos clientes dentro do prazo e aprendemos muito com a experiência.
II. Problemas encontrados durante a produção de cabos de borracha de silicone
1. Após a vulcanização e composição, o composto de borracha é propenso a queimar e contém um grande número de impurezas durante a extrusão, levando à quebra da tensão de isolamento.
2. Conchas soltas e bolhas ocorrem durante a extrusão da bainha.
III. Soluções
1. Requisitos Técnicos de Mistura e Remistura
Embora o equipamento de processamento da borracha de silicone seja semelhante ao da borracha orgânica, é melhor não usar o mesmo moinho aberto para processar borracha orgânica e borracha de silicone. Idealmente, uma sala dedicada ao processamento de borracha de silicone deve estar disponível e o ambiente deve ser mantido limpo, pois a borracha de silicone contaminada terá propriedades mecânicas e elétricas reduzidas. Se não for possível fornecer equipamentos e instalações de processamento dedicados para a borracha de silicone, é crucial garantir o isolamento completo dos materiais contaminantes da borracha de silicone e seus agentes de composição, já que a maioria das impurezas se origina do processo de composição.
Devido às características inerentes da borracha de silicone, os compostos que requerem reprocessamento sofrerão alterações de plasticidade após o reprocessamento, tornando-os propensos a queimar em rolos de alta velocidade. A água de resfriamento deve circular através dos rolos do moinho aberto para evitar queimaduras, especialmente para compostos que utilizam peróxido de bis(2,4-diclorobenzoíla) como sistema de vulcanização. Isto ocorre porque a temperatura de decomposição do bis(2,4-diclorobenzoil) é de aproximadamente 45°C, e os produtos de decomposição, ácido 2,4-diclorobenzóico e 2,4-diclorobenzeno, não são facilmente voláteis, levando à fácil queima do composto. Para obter produtos de alta qualidade, as seguintes etapas básicas devem ser seguidas durante a composição da borracha de silicone:
(1) Pese cuidadosamente cada componente de composição a ser usado (por exemplo, retardante de chama, agente vulcanizante, masterbatch de cor, etc.). (2) Depois de colocar a borracha de silicone pura ou o composto de reforço no moinho aberto, ajuste a folga do rolo de modo que a borracha de silicone envolva o rolo de movimento mais rápido e seja completamente remisturada. A borracha de silicone pura geralmente requer apenas uma leve remistura ou nenhuma remistura antes de adicionar enchimentos. Contudo, como a borracha de silicone de reforço contém sílica, ela deve ser completamente misturada novamente. A remistura está completa quando o composto envolve o rolo de movimento mais rápido.
(3) Se necessário, retardadores de chama, masterbatches de cores, etc., devem ser adicionados ao composto. Alguns enchimentos podem cair na bandeja receptora durante a mistura; estes devem ser coletados e adicionados ao composto antes da próxima adição de enchimento. Um raspador de borracha é comumente usado para raspar os enchimentos da bandeja de recebimento; uma escova deve ser evitada, pois algumas cerdas podem cair e se misturar ao composto. É especialmente importante não adicionar todos os enchimentos ao composto de uma só vez, mas sim em 2-3 lotes. O composto deve ser bem misturado após cada lote de enchimento ser adicionado. Isto garante uma dispersão uniforme da carga e evita a formação de grumos duros de carga. Uma folga razoável entre os rolos garante velocidade de mistura ideal e qualidade do composto de borracha.
(4) O último ingrediente adicionado ao composto de borracha é o agente vulcanizante. Como atualmente usamos peróxido de dicloreto de 2,4-benzoíla como agente vulcanizante, não o adicione quando o composto de borracha estiver muito quente (não excedendo 40°C). Caso contrário, ocorrerá uma vulcanização parcial prematura, levando à perda do composto de borracha ou do agente vulcanizante. Água de resfriamento suficiente deve ser introduzida nos rolos para evitar o superaquecimento do composto de borracha. Finalmente, para garantir a dispersão uniforme do agente vulcanizante, todo o rolo de composto de borracha deve circular várias vezes.
2. Uso correto de malha de filtro e almofadas de filtro
A malha do filtro normalmente consiste em uma placa de filtro de malha 20-40 e uma malha de filtro de aço inoxidável de malha 60-100 com aberturas mais finas. Alguns fabricantes preferem não usar malha de filtro e extrusar diretamente porque isso aumenta a velocidade de extrusão e às vezes elimina a possibilidade de geração de calor e queima perto da placa do filtro. No entanto, o uso de telas de filtro é crucial, pois desempenham um papel significativo na remoção de impurezas e partículas de enchimento não dispersas do composto de borracha. Simultaneamente, as telas do filtro também removem o ar preso no composto de borracha durante a mistura e o reprocessamento, especialmente para compostos mais macios.
Dado que a borracha de silicone é apenas ligeiramente termoplástica e não é facilmente sujeita a tensões de fluxo ou deformações de cisalhamento no seu estado não curado, o desenho da placa de filtro não é crítico. A maioria dos designs de placas de filtro são adequados para processamento de borracha de silicone.
3. Seleção de Equipamento de Extrusão
Em relação à seleção de equipamentos, como não temos equipamentos dedicados à produção de cabos de borracha de silicone, não temos escolha. Das três linhas de produção de vulcanização contínua que usamos atualmente, a extrusora de vulcanização contínua a vapor Φ65/Φ90 e a extrusora de vulcanização contínua em banho de sal PLCV são adequadas para a produção de borracha de silicone.
4. Exploração e melhoria de processos
Como os cabos de borracha de silicone não são nosso produto regular, estamos sempre aprendendo por tentativa e erro na sua produção. Para extrusão de isolamento, usamos uma extrusora de vulcanização contínua a vapor Φ65/Φ90 e uma extrusora de vulcanização contínua PLCV. No entanto, a extrusora contínua a vapor Φ65/Φ90 não pode conectar um tubo telescópico ao cabeçote porque isso faria com que a temperatura do cabeçote subisse rapidamente sob aquecimento a vapor, resultando na vulcanização prematura da borracha de silicone durante a extrusão. Portanto, na produção real, não conectamos o tubo telescópico à cabeça de roscar, mas em vez disso usamos vapor de maneira aberta. Isto resultou na incapacidade de aplicar pressão excessiva de vapor, afetando a velocidade de produção e desperdiçando uma quantidade significativa de vapor. Ao utilizar a unidade PLCV para extrusão de isolamento, sob condições controladas de temperatura de extrusão, a extrusão em si não apresentou grandes problemas; apenas pressão de 0,2 MPa ou nenhuma pressão foi necessária para atender aos requisitos do produto.
Atualmente, estamos produzindo um lote de cabos unipolares isolados com borracha de silicone e revestidos com borracha de silicone. Como o cliente exige fácil descolamento entre o isolamento e a bainha, isso significa que o processo de coextrusão de camada dupla que normalmente usamos na produção de cabos de núcleo único não pode ser usado. Ao preparar a extrusão da bainha após a extrusão do isolamento, surgiu um problema: a camada de isolamento de borracha de silicone do núcleo isolado foi facilmente empurrada para cima no molde interno, ficando bloqueada e causando bolhas e rompimento da bainha após a extrusão. Após repetidos experimentos, adotamos um método de envolver longitudinalmente uma camada de tecido não tecido ao redor do núcleo isolado para fornecer um espaço de armazenamento para o gás liberado durante a vulcanização secundária do isolamento de borracha de silicone. Isso resolveu efetivamente os problemas de isolamento sendo empurrado para cima no molde interno e formação de bolhas na bainha a uma pressão da tubulação de 0,2–0,3 MPa.
Em setembro de 2006, um cliente encomendou um cabo conversor de frequência isolado com borracha de silicone e revestido com borracha de silicone. Como a fita de cobre foi enrolada em torno do núcleo isolado como uma camada de blindagem após o cabeamento, inicialmente usamos um método de aplicação de pressão somente depois que o cabeçote acabado foi selado durante a extrusão da bainha para evitar a entrada de água. No entanto, ocorreram os mesmos problemas de afrouxamento da bainha, formação de bolhas e ruptura. Através da verificação, nosso método de envolver uma camada de tecido não tecido ao redor da camada de blindagem da fita de cobre e aplicar pressão quando a cabeça do cabo entra no tubo de vulcanização de 5m resolveu efetivamente os problemas de afrouxamento, formação de bolhas e rompimento da bainha.
Com base em sucessos anteriores, acreditávamos cegamente que o tecido não tecido poderia resolver os problemas encontrados na produção de cabos de borracha de silicone. No entanto, a realidade é que nem todos os cabos de borracha de silicone produzirão produtos qualificados simplesmente envolvendo o isolamento com tecido não tecido. Ao extrusar a bainha após o cabeamento de cabo multicondutor, embora o tecido não tecido também seja enrolado, o enchimento insuficiente durante o cabeamento e a pressão de fusão insuficiente durante a extrusão da bainha muitas vezes impedem que a borracha de silicone seja espremida nas lacunas insuficientemente preenchidas, resultando em vazamento após a vulcanização por pressão no tubo de vulcanização. Portanto, não recomendamos adicionar enchimento e envolvimento de tecido não tecido durante a extrusão da bainha de cabos multicondutores após o cabeamento, porque os núcleos dos cabos possuem folgas suficientes para armazenar o gás liberado pelo isolamento de borracha de silicone durante a vulcanização secundária. Contanto que a pressão da tubulação seja aplicada adequadamente, o afrouxamento da bainha, a formação de bolhas e o vazamento podem ser completamente evitados.
4. Conclusão
Em resumo, ao analisar os problemas encontrados no processo de produção, focando nos seus aspectos únicos, e olhando além da superfície para a essência, fomos capazes de identificar fundamentalmente as causas dos problemas e adotar processos e medidas técnicas práticas e viáveis para resolvê-los. Acreditamos que, através dos nossos esforços, o processo de produção de cabos de borracha de silicone continuará a amadurecer, a qualidade do produto continuará a melhorar, os cabos de borracha de silicone tornar-se-ão gradualmente o nosso produto líder e a competitividade da empresa no mercado de cabos revestidos de borracha continuará a fortalecer-se.