I. Giới thiệu
Cao su silicon, nhờ khả năng chịu nhiệt cao và chịu lạnh tuyệt vời (với dải nhiệt độ hoạt động lâu dài từ -90 đến 250oC), cùng với khả năng cách điện và chống lão hóa tuyệt vời, đã chứng kiến sự phát triển nhanh chóng trong ngành cáp.
Trong vài thập kỷ qua, ngành cao su silicon liên tục phải đối mặt với thách thức đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường sản phẩm ép đùn hiện đại. Cao su silicon đã được cải thiện về khả năng chống mài mòn, chống cắt, kháng hóa chất, kháng dầu và độ bền cơ học. Là một vật liệu có nhiệt độ lão hóa nhiệt cao, giá trị và độ tin cậy của nó đã thúc đẩy các nhà sản xuất và người sử dụng sử dụng rộng rãi. Ngày nay, ứng dụng của cao su silicon trong ngành dây và cáp tiếp tục mở rộng, chủ yếu được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt và vỏ bọc cho cáp tàu thủy, cáp hàng không, dây dẫn động cơ, dây sưởi ấm và nhiều loại cáp chuyên dụng (chẳng hạn như cáp được sử dụng trong ngành công nghiệp điện hạt nhân, hàng không vũ trụ và luyện kim).
Trong hai năm qua, công ty chúng tôi đã nhận được rất nhiều đơn đặt hàng của khách hàng về cáp bọc và cách điện bằng cao su silicone. Tuy nhiên, do loại sản phẩm này không phải là sản phẩm chính của chúng tôi nên công nghệ chế biến và thiết bị sản xuất của chúng tôi vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Mặc dù gặp nhiều khó khăn trong quá trình sản xuất nhưng nhờ sự nỗ lực chung của mọi người, cuối cùng sản phẩm cũng được giao đến tay khách hàng đúng tiến độ và chúng tôi đã rút ra được rất nhiều kinh nghiệm.
II. Các vấn đề gặp phải trong quá trình sản xuất cáp cao su silicon
1. Sau khi lưu hóa và kết hợp, hợp chất cao su dễ bị cháy và chứa một lượng lớn tạp chất trong quá trình ép đùn, dẫn đến đánh thủng điện áp cách điện.
2. Vỏ bong tróc và phồng rộp xảy ra trong quá trình đùn vỏ bọc.
III. Giải pháp
1. Yêu cầu kỹ thuật trộn và trộn lại
Mặc dù thiết bị xử lý cao su silicon tương tự như thiết bị xử lý cao su hữu cơ, nhưng tốt nhất không nên sử dụng cùng một máy nghiền mở để xử lý cả cao su hữu cơ và cao su silicon. Lý tưởng nhất là phải có phòng xử lý cao su silicon chuyên dụng và môi trường phải được giữ sạch sẽ, vì cao su silicon bị nhiễm bẩn sẽ làm giảm các tính chất cơ và điện. Nếu không thể cung cấp thiết bị và phương tiện xử lý chuyên dụng cho cao su silicon thì điều quan trọng là phải đảm bảo cách ly hoàn toàn các vật liệu gây ô nhiễm khỏi cao su silicon và các tác nhân tạo hỗn hợp của nó, vì hầu hết các tạp chất đều có nguồn gốc từ quá trình tạo hỗn hợp.
Do đặc tính vốn có của cao su silicon, các hợp chất cần tái xử lý sẽ có sự thay đổi độ dẻo sau khi tái xử lý, khiến chúng dễ bị cháy xém trên các con lăn tốc độ cao. Nước làm mát phải được tuần hoàn qua các con lăn của máy nghiền hở để tránh bị cháy, đặc biệt đối với các hợp chất sử dụng bis(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide làm hệ thống lưu hóa. Điều này là do nhiệt độ phân hủy của bis(2,4-dichlorobenzoyl) là khoảng 45°C, và các sản phẩm phân hủy, axit 2,4-dichlorobenzoic và 2,4-dichlorobenzoyl, không dễ bay hơi, dẫn đến hợp chất dễ cháy. Để có được sản phẩm chất lượng cao, phải tuân thủ các bước cơ bản sau trong quá trình trộn cao su silicon:
(1) Cân cẩn thận từng thành phần hỗn hợp sẽ được sử dụng (ví dụ: chất chống cháy, chất lưu hóa, hạt màu, v.v.). (2) Sau khi đặt cao su silicon nguyên chất hoặc hợp chất gia cố vào máy nghiền mở, hãy điều chỉnh khe hở con lăn sao cho cao su silicon quấn quanh con lăn chuyển động nhanh hơn và được trộn lại kỹ lưỡng. Cao su silicone nguyên chất thường chỉ cần trộn lại một chút hoặc không cần trộn lại trước khi thêm chất độn. Tuy nhiên, vì cao su silicon gia cố có chứa silica nên phải trộn lại kỹ. Việc trộn lại hoàn tất khi hợp chất quấn quanh con lăn chuyển động nhanh hơn.
(3) Nếu cần thiết, nên thêm chất chống cháy, hạt màu, v.v. vào hợp chất. Một số chất độn có thể rơi vào khay tiếp nhận trong quá trình trộn; những thứ này nên được thu thập và thêm vào hợp chất trước lần bổ sung chất độn tiếp theo. Dụng cụ cạo cao su thường được sử dụng để cạo chất độn khỏi khay tiếp nhận; nên tránh sử dụng bàn chải vì một số lông có thể rơi ra và trộn vào hỗn hợp. Điều đặc biệt quan trọng là không thêm tất cả các chất độn vào hỗn hợp cùng một lúc mà nên chia thành 2-3 đợt. Hợp chất phải được trộn kỹ sau mỗi mẻ chất độn được thêm vào. Điều này đảm bảo sự phân tán đồng đều của chất độn và tránh sự hình thành các khối chất độn cứng. Khoảng cách trục lăn hợp lý đảm bảo tốc độ trộn và chất lượng trộn tối ưu của hỗn hợp cao su.
(4) Thành phần cuối cùng được thêm vào hợp chất cao su là chất lưu hóa. Vì chúng tôi hiện đang sử dụng 2,4-benzoyl dichloride peroxide làm chất lưu hóa nên không thêm nó khi hợp chất cao su quá nóng (không quá 40°C). Nếu không, quá trình lưu hóa sớm một phần sẽ xảy ra, dẫn đến mất hợp chất cao su hoặc tác nhân lưu hóa. Nên đưa đủ nước làm mát vào các con lăn để tránh quá nhiệt cho hợp chất cao su. Cuối cùng, để đảm bảo sự phân tán đồng đều của chất lưu hóa, toàn bộ cuộn hợp chất cao su phải được luân chuyển qua nó nhiều lần.
2. Sử dụng lưới lọc và tấm lọc đúng cách
Lưới lọc thường bao gồm tấm lọc lưới 20-40 và lưới lọc bằng thép không gỉ 60-100 lưới với các lỗ hở mịn hơn. Một số nhà sản xuất không thích sử dụng lưới lọc và đùn trực tiếp vì điều này làm tăng tốc độ đùn và đôi khi loại bỏ khả năng sinh nhiệt và cháy xém gần tấm lọc. Tuy nhiên, việc sử dụng màn lọc là rất quan trọng vì chúng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất và các hạt độn không phân tán khỏi hợp chất cao su. Đồng thời, lưới lọc cũng loại bỏ không khí bị mắc kẹt trong hỗn hợp cao su trong quá trình trộn và tái xử lý, đặc biệt đối với các hợp chất mềm hơn.
Vì cao su silicon chỉ có tính dẻo nhiệt nhẹ và không dễ dàng chịu ứng suất chảy hoặc biến dạng cắt ở trạng thái chưa lưu hóa nên thiết kế của tấm lọc không quan trọng. Hầu hết các thiết kế tấm lọc đều phù hợp để xử lý cao su silicon.
3. Lựa chọn thiết bị ép đùn
Về việc lựa chọn thiết bị, do chúng tôi không có thiết bị sản xuất cáp cao su silicone chuyên dụng nên không có lựa chọn nào khác. Trong số ba dây chuyền sản xuất lưu hóa liên tục mà chúng tôi hiện đang sử dụng, máy đùn lưu hóa liên tục bằng hơi nước Φ65/Φ90 và máy đùn lưu hóa liên tục trong bể muối PLCV đều phù hợp để sản xuất cao su silicon.
4. Thăm dò và cải tiến quy trình
Vì cáp cao su silicon không phải là sản phẩm thông thường của chúng tôi nên chúng tôi luôn học hỏi bằng cách thử và sai trong quá trình sản xuất. Để ép đùn cách nhiệt, chúng tôi đã sử dụng cả máy đùn lưu hóa liên tục bằng hơi nước Φ65/Φ90 và máy đùn lưu hóa liên tục PLCV. Tuy nhiên, máy đùn liên tục bằng hơi nước Φ65/Φ90 không thể kết nối ống lồng với đầu khuôn vì làm như vậy sẽ khiến nhiệt độ đầu khuôn tăng nhanh khi gia nhiệt bằng hơi nước, dẫn đến lưu hóa sớm cao su silicon trong quá trình ép đùn. Vì vậy, trong thực tế sản xuất, chúng tôi đã không kết nối ống lồng với đầu khuôn mà thay vào đó sử dụng hơi nước theo cách mở. Điều này dẫn đến việc không thể áp dụng áp suất hơi quá mức, ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất và lãng phí một lượng hơi đáng kể. Khi sử dụng thiết bị PLCV để ép đùn cách điện, trong điều kiện nhiệt độ ép đùn được kiểm soát, bản thân quá trình ép đùn không gây ra vấn đề lớn; chỉ cần áp suất 0,2 MPa hoặc không cần áp suất để đáp ứng yêu cầu sản phẩm.
Chúng tôi hiện đang sản xuất một loạt cáp lõi đơn cách điện bằng cao su silicon và vỏ bọc cao su silicon. Bởi vì khách hàng yêu cầu dễ dàng bong tróc giữa lớp cách điện và vỏ bọc, điều này có nghĩa là không thể sử dụng quy trình ép đùn đồng thời hai lớp mà chúng tôi thường sử dụng trong sản xuất cáp lõi đơn. Khi chuẩn bị đùn vỏ bọc sau khi ép đùn lớp cách nhiệt đã nảy sinh một vấn đề: lớp cách nhiệt bằng cao su silicon của lõi cách nhiệt dễ bị đẩy lên ở khuôn bên trong, bị tắc nghẽn gây phồng rộp, vỡ vỏ sau khi ép đùn. Sau nhiều lần thí nghiệm, chúng tôi đã áp dụng phương pháp quấn dọc một lớp vải không dệt xung quanh lõi cách điện để cung cấp không gian lưu trữ khí thoát ra trong quá trình lưu hóa thứ cấp của lớp cách nhiệt bằng cao su silicon. Điều này giải quyết một cách hiệu quả vấn đề cách nhiệt bị đẩy lên ở khuôn bên trong và phồng rộp vỏ ở áp suất đường ống 0,2–0,3 MPa.
Vào tháng 9 năm 2006, một khách hàng đã đặt mua cáp chuyển đổi tần số có vỏ bọc bằng cao su silicon và cách điện bằng cao su silicon. Vì băng đồng được quấn quanh lõi cách điện như một lớp che chắn sau khi đi cáp nên ban đầu chúng tôi chỉ sử dụng phương pháp tạo áp lực sau khi đầu đã hoàn thiện được bịt kín trong quá trình ép đùn vỏ bọc để ngăn nước xâm nhập. Tuy nhiên, các vấn đề tương tự về vỏ bọc bị lỏng, phồng rộp và vỡ cũng xảy ra. Qua kiểm định, phương pháp quấn một lớp vải không dệt xung quanh lớp che chắn bằng băng đồng và tạo áp lực khi đầu cáp đi vào ống lưu hóa 5m đã giải quyết hiệu quả các vấn đề như bong vỏ, phồng rộp, nổ.
Dựa trên những thành công trước đó, chúng tôi tin tưởng một cách mù quáng rằng vải không dệt có thể giải quyết những vấn đề gặp phải trong quá trình sản xuất cáp cao su silicon. Tuy nhiên, thực tế là không phải loại cáp cao su silicon nào cũng tạo ra sản phẩm đạt tiêu chuẩn chỉ bằng cách bọc vải không dệt xung quanh lớp cách nhiệt. Khi đùn vỏ bọc sau khi cáp nhiều lõi, mặc dù vải không dệt cũng được bọc, nhưng việc làm đầy không đủ trong quá trình cáp và áp suất nóng chảy không đủ trong quá trình đùn vỏ bọc thường khiến cao su silicon bị ép vào các khoảng trống không được lấp đầy, dẫn đến rò rỉ sau khi lưu hóa áp suất trong ống lưu hóa. Do đó, chúng tôi khuyên bạn không nên thêm chất độn và bọc vải không dệt trong quá trình đùn vỏ bọc của cáp nhiều lõi sau khi đi cáp, vì lõi cáp có đủ khoảng trống để lưu trữ khí thoát ra từ lớp cách điện bằng cao su silicon trong quá trình lưu hóa thứ cấp. Miễn là áp suất đường ống được áp dụng một cách thích hợp, hoàn toàn có thể tránh được tình trạng lỏng vỏ, phồng rộp và rò rỉ.
IV. Phần kết luận
Tóm lại, bằng cách phân tích các vấn đề gặp phải trong quá trình sản xuất, tập trung vào các khía cạnh độc đáo của chúng và nhìn xa hơn về bản chất, chúng tôi có thể xác định cơ bản nguyên nhân của vấn đề và áp dụng các biện pháp kỹ thuật cũng như quy trình thực tế và khả thi để giải quyết chúng. Chúng tôi tin rằng bằng những nỗ lực của mình, quy trình sản xuất cáp cao su silicon sẽ tiếp tục hoàn thiện, chất lượng sản phẩm sẽ tiếp tục được cải thiện, cáp cao su silicon sẽ dần trở thành sản phẩm hàng đầu của chúng tôi và khả năng cạnh tranh thị trường của công ty về cáp bọc cao su sẽ tiếp tục được tăng cường.