کاربردهای ماشین خمیر لاستیکی در پردازش ترکیبی کابل

چه خمیر لاستیک ماشین در واقع در تولید ترکیبی کابل کار می کند

دستگاه خمیر کن لاستیکی که به آن میکسر داخلی یا خمیردهنده پراکندگی نیز می‌گویند، تجهیزات هسته‌ای است که برای تبدیل لاستیک خام یا مواد پایه پلیمری به ترکیبات کابلی آماده برای اکستروژن استفاده می‌شود. در تولید کابل، ترکیب باید الزامات سخت الکتریکی، مکانیکی و حرارتی را برآورده کند. خمیر لاستیک با اعمال تنش برشی شدید، فشرده سازی و گرما برای ترکیب الاستومرها، پرکننده ها، نرم کننده ها، آنتی اکسیدان ها، بازدارنده های شعله و عوامل ولکانیزان در یک توده یکنواخت و قابل پردازش به این امر دست می یابد.

پاسخ مستقیم: دستگاه خمیر کن لاستیکی در پردازش ترکیب کابلی ضروری است زیرا هیچ فناوری اختلاط دسته ای دیگر ترکیبی از کیفیت پراکندگی، کنترل حرارتی و ظرفیت توان عملیاتی را برای سیستم های الاستومری با ویسکوزیته بالا ارائه نمی دهد. مخلوط کردن آسیاب باز نمی تواند با محیط اختلاط محصور و کنترل شده مطابقت داشته باشد. میکسرهای پیوسته دو مارپیچ فاقد انعطاف پذیری برای تولید کوتاه مدت و چند دستوری معمولی امکانات ترکیب کابلی هستند.

عایق کابل و ترکیبات پوششی معمولاً شامل 15 تا 30 ماده جداگانه است. پراکندگی هر عنصر - به ویژه کربن سیاه، سیلیس و پرکننده‌های مقاوم در برابر شعله - تا سطح ذرات اولیه زیر 5 میکرون، مستقیماً تعیین می‌کند که آیا کابل تمام‌شده تست استحکام دی الکتریک، تست‌های پیری و استانداردهای انتشار شعله مانند IEC 60332 یا UL 1666 roubberrytrome را ایجاد می‌کند یا خیر. انرژی مکانیکی مورد نیاز برای شکستن توده‌ها و سطوح پرکننده مرطوب با زنجیره‌های پلیمری، کاری که روش‌های اختلاط ساده‌تر به سادگی نمی‌توانند آن را به طور مداوم انجام دهند.

انواع ترکیب کابل هسته پردازش شده با خمیر لاستیکی

سازندگان کابل با طیف گسترده ای از خانواده های ترکیبات الاستومری و ترموپلاستیک-الاستومری کار می کنند. هر یک خواسته های متفاوتی را برای تجهیزات مخلوط کردن دارند و خمیر لاستیک به طور معمول همه آنها را کنترل می کند.

ترکیبات عایق مبتنی بر XLPE و PE

ترکیبات پلی اتیلن قابل اتصال متقابل (XLPE) برای کابل های برق با ولتاژ متوسط و بالا به محیط های اختلاط بسیار تمیز و مدیریت دقیق دما نیاز دارند. عوامل اتصال متقابل پراکسید در دمای بالای 120 درجه سانتیگراد شروع به تجزیه می کنند، بنابراین خمیرکن لاستیکی باید دمای دسته ای را در طول ادغام زیر این آستانه حفظ کند. سیستم‌های خمیر کن با آب خنک‌کننده مدرن دمای سطح روتور را در 3± درجه سانتی‌گراد ثابت می‌کنند و از سوختگی زودرس جلوگیری می‌کنند و در عین حال پراکندگی کامل پرکننده‌ها را در دسته‌هایی از 50 تا 500 لیتر به دست می‌آورند.

ترکیبات عایق EPR و EPDM

ترکیبات لاستیک اتیلن پروپیلن (EPR) و مونومر اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM) به دلیل خواص الکتریکی عالی و مقاومت در برابر ازن به طور گسترده برای کابل های ولتاژ متوسط (1 کیلو ولت تا 35 کیلوولت) و کابل های معدن استفاده می شوند. این ترکیبات معمولاً حاوی 60 تا 100 قسمت در هر صد لاستیک (phr) خاک رس کلسینه یا سیلیس تصفیه شده هستند که سرعت بالای نوک روتور (اغلب 40 تا 60 دور در دقیقه) و سیکل های اختلاط طولانی 8 تا 14 دقیقه در هر دسته را می طلبد. یک خمیر لاستیکی با ضریب پر شدن 0.65 تا 0.75 کار برشی را روی این سیستم های سفت و پر پرکننده بهینه می کند.

ترکیب PVC برای ژاکت های کابلی انعطاف پذیر

اگرچه PVC یک ترموپلاستیک است، ترکیبات ژاکت کابل PVC منعطف حاوی 40 تا 80 phr نرم کننده (معمولا DINP یا DIDP) در طول اختلاط از نظر رئولوژیکی مانند لاستیک عمل می کنند و از پردازش داخلی مخلوط کن سود زیادی می برند. خمیر لاستیکی رزین پی وی سی را با نرم کننده به سرعت و به طور یکنواخت ژله می کند و تثبیت کننده ها، پرکننده ها و رنگدانه ها را در یک پاس جذب می کند. این یک ترکیب همگن با سختی Shore A سازگار - معمولاً 60 تا 80 - ایجاد می کند که برای کابل هایی که باید تست خمش سرد در دمای -15 درجه سانتیگراد یا کمتر را پشت سر بگذارند حیاتی است.

ترکیبات لاستیکی سیلیکونی برای کابل های با دمای بالا

کابل‌های لاستیکی سیلیکونی که برای عملکرد مداوم در دمای 150 تا 200 درجه سانتی‌گراد رتبه‌بندی شده‌اند، کاربردهای گرمایش خودرو، هوافضا و صنعتی را دارند. صمغ پلی دی متیل سیلوکسان ترکیب شده با سیلیس دود شده (معمولاً 25 تا 45 phr) و عوامل جفت کننده سیلان نیاز به اختلاط ملایم و در عین حال کامل خمیر کن لاستیکی دارد. اختلاط بیش از حد سیلیکون زنجیره‌های پلیمری را می‌شکند و ویسکوزیته ترکیب را به‌طور برگشت‌ناپذیر کاهش می‌دهد، بنابراین دستگاه‌های خمیر زنی که برای سیلیکون استفاده می‌شوند با زمان‌های چرخه کاملاً کنترل‌شده و سرعت روتور پایین‌تر 15 تا 30 دور در دقیقه برنامه‌ریزی می‌شوند.

ترکیبات بازدارنده شعله (FR) و کم دود صفر-هالوژن (LSZH)

ترکیبات کابل LSZH - در تاسیسات راه‌آهن، مترو، کشتی‌سازی و ساختمان‌های عمومی تحت استانداردهایی مانند EN 50399 و IEC 60332-3 اجباری است - حاوی 150 تا 250 phr مواد بازدارنده‌ی شعله معدنی مانند تری هیدرات آلومینیوم (ATH) یا هیدروکسید منیزیم (MDH) است. این بارگیری‌های پرکننده فوق‌العاده، محدودیت‌های هر تجهیزات اختلاط را افزایش می‌دهند. خمیر کن لاستیکی به طور موثر تنها میکسر دسته ای است که می تواند این سطوح پرکننده را در یک ماتریس الاستومری EVA، EBA یا پلی اولفین قرار دهد و در عین حال رئولوژی ترکیب قابل قبول را حفظ کند. طرح‌های روتور با هندسه مماس یا درهم به‌طور خاص برای این کاربرد انتخاب شده‌اند، با زمان‌های چرخه 10 تا 18 دقیقه و دمای دسته‌ای که به دقت زیر 170 درجه سانتی‌گراد نگه داشته می‌شوند تا از کم‌آبی ATH جلوگیری شود.

چگونه ماشین خمیر لاستیکی با فرمولاسیون کابل های پرکننده بالا برخورد می کند

بزرگترین چالش فنی در پردازش ترکیب کابلی، ترکیب حجم بالایی از پرکننده جامد - کربن سیاه برای لایه‌های نیمه رسانا، ATH/MDH برای بازدارندگی در شعله، خاک رس برای عایق EPR - بدون ایجاد آگلومراهای پراکنده ضعیف یا تخریب ماتریس پلیمری است. خمیر کن لاستیکی این موضوع را از طریق سه مکانیسم متوالی حل می کند:

1. اختلاط توزیعی: روتورهای ضد چرخش مواد دسته ای را به طور مکرر تقسیم و دوباره ترکیب می کنند و ذرات پرکننده را در سراسر حجم پلیمر پخش می کنند. این در درجه اول در 2 تا 4 دقیقه اول چرخه اختلاط اتفاق می افتد، زمانی که پرکننده هنوز آگلومره است.
2. اختلاط پراکنده: همانطور که سرعت روتور افزایش می‌یابد یا فشار قوچ مواد را به داخل شکاف روتور می‌اندازد، تنش‌های برشی بیش از استحکام چسبندگی توده‌های پرکننده، آنها را از هم جدا می‌کند. این مرحله حیاتی برای دستیابی به پراکندگی درجه دی الکتریک در ترکیبات عایق است.
3. ترشوندگی و شیمی سطح: اختلاط ادامه دار زنجیره های پلیمری را روی سطوح پرکننده تازه در معرض قرار می دهد، پراکندگی را تثبیت می کند و از تجمع مجدد در طول پردازش بعدی جلوگیری می کند. عوامل جفت کننده اضافه شده در حین اختلاط فیلر پیوند شیمیایی به پلیمر، عملکرد مکانیکی و الکتریکی ترکیب را برای همیشه بهبود می بخشد.

برای یک ترکیب معمولی LSZH حاوی 200 phr MDH در یک ماتریس EBA، خمیرکن لاستیکی باید انرژی اختلاط خاصی از 0.10 تا 0.18 کیلووات ساعت بر کیلوگرم را برای دستیابی به پراکندگی هدف ارائه دهد. سیستم‌های کنترل خمیر کن مدرن انرژی ورودی را در زمان واقعی ردیابی می‌کنند و از آن به عنوان معیار نقطه پایانی اولیه استفاده می‌کنند - بسیار قابل اعتمادتر از زمان به تنهایی.

کنترل دما در عملیات خمیر لاستیکی برای ترکیبات کابلی

دما پارامتری است که اغلب باعث خرابی ترکیب کابل می شود. خیلی کم است و پرکننده ها پراکنده نمی شوند. بیش از حد بالا، و سوختگی، تخریب پلیمر، یا کم آبی پرکننده، دسته را از بین می برد. سیستم مدیریت دمای خمیر لاستیک باید هم گرمای تولید شده توسط کار مکانیکی و هم گرمایی را که باید برای محافظت از مواد حساس حذف شود، کنترل کند.

ماشین‌های خمیر لاستیکی مدرن این پنجره‌های دمایی محکم را از طریق کنترل دمای چند ناحیه‌ای به دست می‌آورند: دیواره‌های محفظه اختلاط، شفت‌های روتور و قوچ به طور مستقل با استفاده از آب یا روغن در گردش با دمای کنترل می‌شوند. ترموکوپل های مادون قرمز یا تماسی که در چندین نقطه در محفظه قرار دارند داده های بلادرنگ را به PLC می دهند تا سرعت جریان خنک کننده یا سرعت روتور را به طور خودکار تنظیم کند.

انتخاب هندسه روتور برای اختلاط ترکیبی کابل

روتور قلب هر ماشین خمیر لاستیکی است و انتخاب هندسه روتور به شدت بر کیفیت ترکیب در کاربردهای کابل تأثیر می گذارد. سه خانواده روتور اولیه استفاده می شود:

روتورهای مماسی (غیر بهم پیوسته)

روتورهای مماسی در جهات مخالف می چرخند بدون اینکه بال های روتور از میان حجم های جاروب شده یکدیگر عبور کنند. این پیکربندی حجم آزاد بزرگتری را فراهم می کند - فاکتورهای پرکننده تا 0.80 - و ترکیبات بسیار سفت و پرکننده را بدون پیک های گشتاور بیش از حد کنترل می کند. برای ترکیبات LSZH با پرکننده معدنی 200 phr، روتورهای مماسی به طور کلی ترجیح داده می شوند. طرح‌های مماسی کلاسیک ۲ بال و ۴ بال در کارخانه‌های کابل در سرتاسر جهان استاندارد باقی می‌مانند، با هندسه‌های ۴ بال که ترکیب سریع‌تری از پرکننده‌های پودری را ارائه می‌دهند.

روتورهای درهم تنیده

روتورهای در هم تنیده از ناحیه یکدیگر عبور می کنند و شکاف روتور بسیار محکم تری ایجاد می کنند و تنش های برشی بالاتری ایجاد می کنند. این آنها را برای کارهای اختلاط پراکنده عالی می کند - برای مثال، شکستن آگلومره های کربن سیاه در ترکیبات کابل نیمه رسانا، جایی که دستیابی به یک سطح صاف و بدون فضای خالی روی لایه اکسترود شده برای عملکرد کابل ولتاژ بالا ضروری است. روتورهای در هم تنیده نیز تمایل دارند خنک‌تر کار کنند، زیرا مواد را بین روتورها تبادل می‌کنند و انتقال حرارت را بهبود می‌بخشند. با این حال، آنها برای فرمولاسیون LSZH با پرکننده فوق العاده بالا به دلیل محدودیت های گشتاور کمتر مناسب هستند.

PES (پلی اتیلن سیلیکون) و پروفیل های روتور تخصصی

برای پردازش ترکیب کابل سیلیکونی، پروفیل های تخصصی روتور کم برش با فاصله های بزرگتر از تخریب مکانیکی مخرب صمغ سیلیکونی جلوگیری می کند. برخی از تولیدکنندگان سیستم‌های روتور مدولار را ارائه می‌دهند که اجازه می‌دهد یک خمیر لاستیکی واحد بین انواع روتور با تغییر ترکیب محصول، دوباره پیکربندی شود - یک مزیت عملیاتی قابل‌توجه در کارخانه‌های کابلی که خانواده‌های ترکیبی متعددی را روی یک تجهیزات تولید می‌کنند.

طراحی چرخه اختلاط و پارامترهای فرآیند برای ترکیبات کابل

چرخه اختلاط برای یک ترکیب کابلی در یک خمیر لاستیکی یک عملیات ساده "افزودن همه چیز و مخلوط کردن" نیست. ترتیب و زمان افزودن مواد به طور مستقیم کیفیت پراکندگی و ایمنی سوختگی را تعیین می کند. یک چرخه کاملاً مهندسی شده برای یک ترکیب عایق EPR ولتاژ متوسط معمولاً از این ساختار پیروی می کند:

1. مرحله 1 - جویدن پلیمری (0-2 دقیقه): عدل های EPR یا EPDM بارگیری می شوند و قوچ پایین می آید. روتورها با سرعت 30 تا 40 دور در دقیقه کار می کنند تا پلیمر را نرم کرده و تجزیه کنند و ویسکوزیته اولیه را کاهش دهند و ماتریس را برای پذیرش پرکننده ها آماده کنند. دمای دسته معمولاً به 80-100 درجه سانتیگراد می رسد.
2. مرحله 2 - ادغام پرکننده (2 تا 7 دقیقه): خاک رس کلسینه شده، سیلیس و کربن سیاه (برای گریدهای نیمه رسانا) بسته به حجم پرکننده به صورت تدریجی یا یکباره اضافه می شوند. فشار رام به 3 تا 5 بار افزایش می یابد تا پرکننده وارد پلیمر نرم شده شود. سرعت روتور ممکن است در این مرحله به 50 تا 60 دور در دقیقه افزایش یابد. دما در اثر اصطکاک به 120-140 درجه سانتیگراد افزایش می یابد.
3. مرحله 3 - افزودن روغن و نرم کننده (7 تا 9 دقیقه): روغن‌های پارافینیک یا نفتنیک و نرم‌کننده‌ها از طریق سیستم‌های دوز مایع تزریق می‌شوند. این امر ویسکوزیته ترکیب را کاهش می دهد و مواد افزودنی را در سراسر ماتریس پرکننده-پلیمر توزیع می کند.
4. مرحله 4 - جاروی خنک کننده (9 تا 11 دقیقه): سرعت روتور کاهش می‌یابد، جریان آب خنک‌کننده به حداکثر می‌رسد و دمای دسته قبل از افزودن مواد درمانی به زیر ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
5. مرحله 5 - افزودن درمانی و همگن سازی نهایی (11-14 دقیقه): سیستم‌های درمان گوگرد یا پراکسید، شتاب‌دهنده‌ها و آنتی‌اکسیدان‌ها اضافه شده و با هم ترکیب می‌شوند. نقطه پایانی با انرژی ورودی ویژه تعیین می‌شود که به مقدار هدف می‌رسد، معمولاً 0.12-0.16 کیلووات ساعت بر کیلوگرم برای این نوع ترکیب. سپس دسته به آسیاب تخلیه یا نوار نقاله زیر ریخته می شود.

این رویکرد مرحله‌ای از سوختگی جلوگیری می‌کند، توزیع یکنواخت هر عنصر را تضمین می‌کند، و ترکیبی با ویسکوزیته Mooney (ML 1 4 در 100 درجه سانتی‌گراد) به طور مداوم در 3± واحد مونی از مشخصات تولید می‌کند - سطحی از قوام دسته به دسته که مخلوط کردن آسیاب باز نمی‌تواند به دست آورد.

پارامترهای کنترل کیفیت پس از پردازش خمیر لاستیکی اندازه گیری شد

هر دسته ای که از خمیر لاستیکی خارج می شود باید قبل از اینکه به سمت اکستروژن حرکت کند، اعتبارسنجی شود. کنترل کیفیت ترکیب کابل شامل تست رئولوژیکی و الکتریکی می شود.

• ویسکوزیته مونی (ASTM D1646): رفتار جریان مرکب را اندازه گیری می کند. ویسکوزیته خارج از مشخصات باعث ناپایداری ابعادی اکستروژن می شود. پنجره مشخصات معمولی: ± 5 واحد Mooney در اطراف مقدار هدف.
• زمان سوختن (Ts2، ASTM D2084): تایید می کند که هیچ ولکانیزه شدن زودرس در طول مخلوط کردن خمیرگیر رخ نداده است. برای ترکیبات EPR، Ts2 معمولاً باید از 8 دقیقه در دمای 135 درجه سانتیگراد تجاوز کند تا امکان پردازش اکستروژن ایمن فراهم شود.
• مقاومت حجمی (IEC 60093): برای ترکیبات عایق، مقاومت حجمی باید در دمای اتاق از 10¹3 Ω·cm بیشتر شود. برای ترکیبات نیمه رسانا، باید در محدوده 1-500 Ω·cm باشد. کیفیت پراکندگی از خمیر کن متغیر غالب کنترل کننده این مقدار است.
• پراکندگی کربن سیاه (ASTM D2663): میکروسکوپ نوری یا میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه های میکروتوم شده، پراکندگی را در مقیاس 1 تا 5 سرعت می دهد. درجه 4 یا بهتر (کمتر از 5 درصد آگلومراهای پراکنده نشده بالای 10 میکرومتر) معمولاً برای عایق کاری کابل های ولتاژ متوسط ​​مورد نیاز است.
• چگالی و محتوای پرکننده: تایید می کند که پرکننده به طور کامل در طول مخلوط کردن خمیرگیر گنجانده شده است. انحراف چگالی قابل توجه از مشخصات نشان دهنده اختلاط ناقص یا خطای بارگذاری مواد است.
• استحکام کششی و ازدیاد طول در هنگام شکست (IEC 60811-1): اندازه گیری بر روی پلاک های تست درمان شده. مقادیر کششی کمتر نشان دهنده برهمکنش ضعیف پلیمر-پرکننده است که ناشی از پراکندگی ناکافی خمیر کن است.

ظرفیت دستگاه خمیر کن لاستیکی و انتخاب مقیاس برای کارخانه های کابل

دستگاه های خمیر لاستیک برای پردازش ترکیبات کابلی در ظرفیت های وسیعی از واحدهای آزمایشگاهی 0.5 لیتری تا دستگاه های تولیدی 650 لیتری یا بیشتر در دسترس هستند. انتخاب اندازه مناسب ماشین نیاز به متعادل کردن اندازه دسته، زمان چرخه، نرخ مصرف خط اکستروژن پایین دست و استراتژی مدیریت موجودی دارد.

یک کارخانه کابل که از دو اکسترودر 90 میلی متری برای کابل EPR ولتاژ متوسط با خروجی ترکیبی 600 کیلوگرم در ساعت استفاده می کند، تقریباً به 10 بچ در ساعت از یک خمیر کن 75 لیتری که دسته های 60 کیلوگرمی در هر سیکل 6 دقیقه ای تولید می کند یا به 3 دسته در ساعت از یک kneader 75 لیتری نیاز دارد، یا به 3 دسته در ساعت از یک kneader 75 لیتری نیاز دارد. در هر سیکل 10 دقیقه ای خمیر کن بزرگتر معمولاً در بهره وری انرژی به ازای هر کیلوگرم مخلوط برنده می شود، اما واحد کوچکتر تغییر دستور غذا را سریعتر برای گیاهان با تنوع محصول بالا ارائه می دهد.

اتوماسیون و کنترل فرآیند در سیستم های خمیر کن لاستیکی مدرن

دستگاه خمیرکن لاستیکی امروزی از مخلوط کن های دسته ای کنترل دستی دو دهه قبل فاصله زیادی دارد. خطوط خمیر کن کاملاً خودکار برای تولید ترکیب کابلی چندین لایه کنترل و مدیریت داده را ادغام می کنند که به طور مستقیم سازگاری ترکیب را بهبود می بخشد و ضایعات را کاهش می دهد.

سیستم های دوز مواد ثقلی

قیف های توزین خودکار و پمپ های دوز مایع، خمیر گیر لاستیکی را با هر عنصر تا 0.1% وزن هدف تغذیه می کنند. این بزرگترین منبع تغییرات دسته به دسته در عملیات اختلاط دستی را حذف می کند. برای ترکیبات کابلی که برای حفظ مقاومت حجمی ثابت در لایه نیمه رسانا، بارگذاری کربن سیاه باید در phr 0.5± نگه داشته شود، این دقت اختیاری نیست - ضروری است.

کنترل نقطه پایانی اختلاط مبتنی بر انرژی

به جای اجرای هر دسته برای یک زمان ثابت، سیستم‌های کنترل خمیر کن مدرن انرژی ویژه تجمعی (کیلووات ساعت/کیلوگرم) را در زمان واقعی محاسبه می‌کنند و زمانی که انرژی هدف به دست می‌آید، دسته را تخلیه می‌کنند - صرف نظر از اینکه در یک روز معین 10 دقیقه طول بکشد یا 14 دقیقه. این رویکرد به طور خودکار دمای محیط، تغییرات ویسکوزیته مواد خام و سایش روتور را جبران می‌کند و پراکندگی پایدارتری نسبت به کنترل مبتنی بر زمان به تنهایی ارائه می‌کند. مطالعات در تنظیمات صنعتی نشان داده است که کنترل نقطه پایانی انرژی، پخش ویسکوزیته Mooney را 30 تا 50 درصد در مقایسه با چرخه های اختلاط با زمان ثابت کاهش می دهد.

مدیریت دستور غذا و قابلیت ردیابی

سیستم‌های SCADA یا MES یکپارچه صدها دستور ترکیبی را ذخیره می‌کنند و تمام پارامترهای فرآیند - پروفایل‌های دما، سرعت روتور، انرژی ورودی، دمای تخلیه، وزن دسته‌ای را - برای هر دسته تولید شده ثبت می‌کنند. این قابلیت ردیابی دسته‌ای برای تولیدکنندگان کابلی که کابل‌های برق درجه یک را تامین می‌کنند، اجباری است، جایی که آزمایشگاه‌های آزمایش به مستندات کامل فرآیند در کنار گزارش‌های آزمایش کابل نهایی نیاز دارند.

ادغام استخراج گرد و غبار و دود

کربن سیاه، MDH، ATH و گرد و غبار سیلیس خطرات جدی سلامت شغلی و انفجار را به همراه دارند. نصب‌های خمیرکن لاستیکی برای پردازش ترکیب کابلی، استخراج خلاء از بالا، جمع‌آوری گرد و غبار در سطح قیف، و سیستم‌های تهویه محفظه را یکپارچه می‌کنند تا کیفیت هوای محل کار را در محدوده‌های مجاز قرار گرفتن در معرض قرار دهند. این منطقه ای است که در آن ماهیت محصور خمیر کن مزیتی نسبت به مخلوط آسیاب باز از منظر مهار گرد و غبار ایجاد می کند.

مشکلات رایج پردازش در مخلوط کردن خمیر مرکب کابل و نحوه حل آنها

حتی با تجهیزاتی که به خوبی نگهداری می شوند و کنترل های خودکار، پردازش خمیر لاستیکی ترکیبات کابل با مشکلات مکرر مواجه می شود. درک علل ریشه ای به مهندسان فرآیند اجازه می دهد تا به طور سیستماتیک به آنها رسیدگی کنند.

در حین اختلاط سوختن

ولکانیزاسیون زودرس داخل خمیر کن پرهزینه ترین عیب اختلاط است - یک دسته کامل از ترکیب باید از بین برود و محفظه تمیز شود و هم مواد و هم زمان تولید از دست برود. سوختگی اغلب ناشی از تأخیر افزودن درمانی (مواد درمانی افزوده شده در حالی که ترکیب خیلی داغ است)، خرابی سیستم خنک کننده، یا سرعت بیش از حد روتور در مرحله ترکیب درمانی ایجاد می شود. پیشگیری: کنترل دقیق گیت دما را اعمال کنید (دمای تخلیه مستربچ زیر 100 درجه سانتیگراد قبل از افزودن درمانی)، دمای آب خنک کننده و سرعت جریان را در شروع شیفت بررسی کنید و کالیبراسیون سنسور دمای خمیرکن لاستیکی را هر سه ماه یکبار بررسی کنید.

پراکندگی ضعیف کربن سیاه در ترکیبات نیمه رسانا

لایه های کابل نیمه رسانا باید کربن سیاه صاف و پراکنده خوبی داشته باشند تا از تمرکز تنش الکتریکی در صفحه هادی یا رابط صفحه عایق که باعث خرابی زودرس کابل تحت ولتاژ بالا می شود، جلوگیری کند. پراکندگی ضعیف در خمیر کن ناشی از انرژی ورودی ناکافی، ضریب پر کردن نادرست، یا استفاده از درجه کربن سیاه با ساختار بیش از حد بالا (جذب DBP بالا) است. راه حل ها شامل افزایش ورودی انرژی ویژه، تأیید ضریب پر شدن بین 0.65-0.75، و ارزیابی درجه کربن سیاه ساختار پایین تر در صورت ناکافی ماندن پراکندگی است.

ویسکوزیته ناسازگار دسته ای

تغییرات ویسکوزیته Mooney دسته به دسته بالاتر از ± 5 واحد باعث ناپایداری اکستروژن می شود - تغییر ابعادی در عایق کابل، نقص سطح پوست کوسه یا نوسانات فشار قالب. علل ریشه ای شامل تغییر ویسکوزیته مواد خام (تعداد لاستیک طبیعی و EPDM Mooney بین تعداد زیادی عدل متفاوت است)، جذب ناقص روغن، یا سایش روتور افزایش ترخیص موثر در طول زمان است. با تشدید محدودیت‌های بازرسی ورودی مواد خام، تأیید کالیبراسیون پمپ دوز روغن، و زمان‌بندی اندازه‌گیری سایش روتور خمیرکن لاستیکی هر 3000 ساعت کار، رسیدگی کنید.

آگلومراهای پرکننده در حال اختلاط در ترکیبات LSZH

با پرکننده معدنی 200 phr، ذرات ATH یا MDH می توانند آگلومراهای منسجمی را تشکیل دهند که در برابر پراکندگی مقاومت می کنند، به خصوص اگر پرکننده رطوبت را جذب کرده باشد. قبل از خشک کردن ATH یا MDH در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 4 تا 8 ساعت قبل از بارگذاری خمیر کن، تشکیل آگلومرا را کاهش می دهد و می تواند مقاومت حجمی ترکیب نهایی LSZH را با یک مرتبه قدر بهبود بخشد. از طرف دیگر، افزایش فشار قوچ در حین ادغام پرکننده - از 3 بار به 5-6 بار - باعث افزایش تنش برشی فشاری روی آگلومره ها و تسریع پراکندگی می شود.

بهره وری انرژی و ملاحظات زیست محیطی در عملیات خمیر لاستیک

دستگاه های خمیر لاستیک تجهیزات انرژی بر هستند. یک خمیر 250 لیتری با موتور محرک اصلی 500 کیلووات می تواند 0.12 تا 0.20 کیلووات ساعت انرژی الکتریکی به ازای هر کیلوگرم ترکیب تولید شده مصرف کند، بسته به ویسکوزیته ترکیب و زمان چرخه. برای تاسیسات ترکیب کابلی که 5000 تن در سال تولید می کند، این به 600000 تا 1000000 کیلووات ساعت در سال تبدیل می شود که هزینه برق و ردپای کربن قابل توجهی است.

چندین استراتژی مصرف انرژی خمیر کن را بدون به خطر انداختن کیفیت ترکیب کاهش می دهد:

• موتورهای با سرعت متغیر (VSD): درایوهای اصلی با سرعت ثابت را با سیستم‌های VSD جایگزین کنید تا سرعت روتور دقیقاً منحنی فرآیند را دنبال کند. بهسازی های VSD معمولاً مصرف برق خمیر کن را 15 تا 25 درصد کاهش می دهد.
• ضریب پر شدن بهینه: عملکرد زیر 0.60 باعث اتلاف انرژی می شود زیرا مواد بدون ایجاد برش مولد در اطراف روتورها می لغزند. بهینه سازی وزن دسته ای در محدوده 0.70-0.75، انرژی هر کیلوگرم مخلوط شده را 10-15٪ کاهش می دهد.
• بازیابی گرما از آب خنک کننده: خروج آب خنک کننده از محفظه خمیر گیر در دمای 40 تا 60 درجه سانتی گراد، انرژی حرارتی قابل توجهی را حمل می کند که می تواند از طریق مبدل های حرارتی به مناطق ذخیره سازی مواد اولیه گرم بازیابی شود یا در ماه های زمستان گرمایش فضا را فراهم کند.
• حذف مجدد مستربچ غیر ضروری: برخی از فرآیندهای ترکیب کابل شامل یک مرحله آسیاب باز جداگانه بعد از خمیر گیر می باشد. چرخه های اختلاط مهندسی برای حذف این مرحله - با دستیابی به پراکندگی هدف به تنهایی در خمیر کن - هم مصرف انرژی و هم هزینه کار را حذف می کند.

از نقطه نظر انتشار گازهای گلخانه ای، ترکیبات کابلی حاوی مواد بازدارنده شعله هالوژن در طول اختلاط در دمای بالا، دود آزاد می کنند. پردازش ترکیبی LSZH این موضوع را ارائه نمی دهد و رشد کابل های LSZH در پروژه های زیرساختی در سراسر جهان به تدریج حجم ترکیبات هالوژنه پردازش شده از طریق تجهیزات خمیر لاستیکی را در سطح جهانی کاهش می دهد.

الزامات تعمیر و نگهداری برای ماشین های خمیر لاستیکی در خدمات کابل ترکیبی

پردازش ترکیب کابل مخصوصاً برای اجزای مکانیکی خمیر لاستیکی به دلیل ماهیت ساینده پرکننده‌های معدنی، فشارهای پرکننده بالا مورد نیاز و برنامه‌های عملیاتی مستمر نمونه‌ای از تولید کابل است. یک برنامه تعمیر و نگهداری ساختاریافته برای جلوگیری از خرابی های برنامه ریزی نشده ضروری است.

• اندازه گیری فاصله نوک روتور: هر 1000 تا 1500 ساعت کارکرد یا هر زمان که کیفیت پراکندگی شروع به کاهش کرد، فاصله بین نوک روتور و دیواره محفظه را اندازه گیری کنید. فاصله معمولی جدید 1-3 میلی متر است. فاصله بیش از 6-8 میلی متر نشان دهنده سایش روتور است که نیاز به بازسازی یا تعویض دارد. روتورهای فرسوده شدت برش را کاهش می دهند و کیفیت پراکندگی را به طور قابل پیش بینی کاهش می دهند.
• بازرسی مهر و موم قوچ: مهر و موم قوچ مانع از خروج ترکیب از محفظه اختلاط تحت فشار قوچ می شود. خرابی آب بندی باعث آلودگی ترکیبی سیستم هیدرولیک و خطرات احتمالی ایمنی می شود. هر 500 ساعت مهر و موم را بازرسی کنید. بدون توجه به شرایط ظاهری، هر 2000 تا 3000 ساعت یک برنامه زمان‌بندی جایگزین کنید.
• تمیز کردن مدار خنک کننده: مقیاس مواد معدنی و رسوب بیولوژیکی در مدارهای آب خنک کننده راندمان انتقال حرارت را کاهش می دهد و باعث می شود دمای دسته به سمت بالا حرکت کند. مدارهای خنک کننده را هر 6 ماه یکبار شستشو و رسوب زدایی کنید و آب خنک کننده را با بیوسید و بازدارنده رسوب به طور مداوم تصفیه کنید.
• مکانیزم آب بندی و قفل درب تخلیه: درب قطره ای در پایین محفظه اختلاط باید در حین اختلاط کاملاً آب بندی شود تا فشار قوچ حفظ شود و از نشت ترکیب جلوگیری شود. پین های قفل و مهر و موم ها را هر 200 ساعت در سرویس LSZH پرکننده بررسی کنید.
• آنالیز روغن گیربکس: هر 1000 ساعت یکبار نمونه های روغن روان کننده گیربکس را برای تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی ارسال کنید. افزایش تعداد ذرات آهن یا مس نشان‌دهنده سایش یاتاقان یا دنده است و اجازه مداخله را قبل از خرابی فاجعه‌بار گیربکس می‌دهد - که می‌تواند یک خمیرکن بزرگ را به مدت 4 تا 8 هفته در حین تهیه قطعات از کار بیاندازد.

کارخانه های ترکیب کابل معمولاً 3 تا 5 درصد از قیمت خرید خمیر لاستیک را برای نگهداری برنامه ریزی شده در نظر می گیرند. اکثر این هزینه ها مربوط به نوسازی روتور (سطوح سایش با روکش سخت با کاربید تنگستن یا پوشش های مشابه) و جایگزینی آب بند است.

مقایسه خمیر لاستیکی با فناوری های اختلاط جایگزین برای ترکیبات کابلی

تولیدکنندگان ترکیب کابلی گاهی اوقات جایگزین های دستگاه خمیر لاستیک را ارزیابی می کنند. فهمیدن اینکه جایگزین‌ها کجا موفق می‌شوند و کجا کوتاه می‌آیند، روشن می‌کند که چرا خمیرگیر در این کاربرد غالب باقی می‌ماند.

نتیجه عملی از این مقایسه: در تولید ترکیب کابلی، خمیر لاستیکی با ورق آسیاب باز پایین دستی برای 80 تا 90 درصد سناریوهای تولید ترکیب می‌شود. خمیر کن پراکندگی عالی را فراهم می کند. آسیاب باز فرم ورق مورد نیاز سیستم های تغذیه اکسترودر را فراهم می کند. اینها فناوری های مکمل هستند، نه رقیب.

روند استفاده از خمیر لاستیک شکل دهنده در پردازش ترکیبی کابل

چندین روند در سطح صنعت بر چگونگی تعیین، عملکرد و بهینه سازی تجهیزات خمیر لاستیکی امروز و در آینده نزدیک توسط سازندگان کابل تأثیر می گذارد.

رشد تقاضای کابل LSZH

مقررات ساختمانی و ساخت و ساز در اروپا، خاورمیانه و آسیا و اقیانوسیه به تدریج کابل های LSZH را در زیرساخت های عمومی الزامی می کند. بازار جهانی کابل LSZH با نرخ 7-10٪ سالانه در برخی مناطق در حال گسترش است. برای تولیدکنندگان خمیر کائوچو، این به معنای افزایش تقاضا برای ماشین‌های با گشتاور بالا است که قادر به پردازش ترکیبات پرکننده معدنی 200 phr هستند - یک برنامه کاربردی از نظر فنی که از تجهیزات مهندسی شده برتر به جای جایگزین‌های کم هزینه ترجیح می‌دهد.

ترکیبات کابل وسایل نقلیه الکتریکی

کابل‌های شارژ EV و کابل‌های مهار خودرو با ولتاژ بالا به ترکیباتی نیاز دارند که دارای انعطاف‌پذیری بالا (برای خم شدن مکرر)، مقاومت در برابر حرارت (125 درجه سانتی‌گراد یا بالاتر) و مقاومت شیمیایی در برابر مایعات خودرو باشد. لاستیک سیلیکونی و ترکیبات پلی اولفین متقاطع فرآوری شده روی خمیرکن های لاستیکی در خدمت این بازار هستند. همانطور که تولید EV در سطح جهانی گسترش می یابد، تقاضای مرکب برای این کابل های تخصصی به سرعت در حال افزایش است و ظرفیت اضافی خمیر کن را به خدمت می کشد.

بهینه سازی فرآیند دیجیتال و اختلاط به کمک هوش مصنوعی

برخی از امکانات ترکیب کابل آینده‌نگر، مدل‌های یادگیری ماشینی را پیاده‌سازی می‌کنند که ویسکوزیته Mooney دسته‌ای را در زمان واقعی از داده‌های گشتاور و دما خمیر کن پیش‌بینی می‌کنند، و به سیستم کنترل اجازه می‌دهند تا سرعت روتور را تنظیم کند یا چرخه اختلاط را قبل از تخلیه طولانی‌تر کند - به جای کشف ویسکوزیته خارج از مشخصات در طول آزمایش پس از دسته‌ای. پذیرندگان اولیه این سیستم‌ها، بهبود عملکرد 2 تا 4 درصدی و کاهش نرخ ضایعات ترکیبی 30 تا 40 درصد را گزارش کردند.

فشار پایداری بر فرمولاسیون ترکیبی

افزایش فشار برای از بین بردن مواد محدود شده - برخی نرم کننده ها، تثبیت کننده های مبتنی بر سرب در PVC، بازدارنده های شعله هالوژنه - باعث ایجاد فرمول مجدد در ترکیبات کابل می شود. فرمول‌های جدید اغلب در خمیر لاستیک با ترکیباتی که جایگزین می‌شوند رفتار متفاوتی دارند: ویسکوزیته مذاب بالاتر، برهمکنش‌های مختلف پرکننده-پلیمر، چرخه اختلاط طولانی‌تر. توسعه دهندگان ترکیب کابلی باید هر زمان که فرمولاسیون تغییر می کند، چرخه های اختلاط خمیر کن را مجدداً تأیید کنند و به حجم کاری مهندسی فرآیند اضافه کنند، اما همچنین فرصت هایی را برای بهینه سازی مصرف انرژی و زمان چرخه دسته ای به طور همزمان ایجاد کنند.