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橡套電纜連續(xù)硫化工藝參數(shù)的確定

1 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橡膠生產(chǎn)技術(shù)也越來(lái)越多顯現(xiàn)出高新技術(shù)的發(fā)展。橡膠高效快速硫化劑和促進(jìn)劑的發(fā)現(xiàn)，電線電纜快速硫化也成為現(xiàn)實(shí)。連續(xù)硫化是從擠橡和罐式硫化演變而來(lái)，連續(xù)硫化有很多優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)效率高，電線電纜表觀比傳統(tǒng)工藝大大提高，銅導(dǎo)體不會(huì)氧化等。用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的橡套電纜一般不能和高檔家用電器配套，其主要原因是電纜的外觀不好，銅絲氧化嚴(yán)重，不能和家用電器配套，一般用塑料軟電纜代替。隨著中國(guó)加入WTO，中國(guó)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也全部按國(guó)際IEC標(biāo)準(zhǔn)一致，許多家用電器的供電電源線規(guī)定必須使用橡套電纜，如空調(diào)器用的室內(nèi)外連接線就規(guī)定必須用245IEC57（YZW）橡套軟電纜。因此，提高橡套軟電纜的外觀質(zhì)量，是當(dāng)前急需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。連繼硫化是一種新的橡套電纜加工方法，本文通過(guò)對(duì)橡套電纜生產(chǎn)過(guò)程中的一些工藝參數(shù)討論，推道出一整套的硫續(xù)硫化工藝參數(shù)，不斷提高橡套電纜的產(chǎn)品質(zhì)量，供電纜行業(yè)的同行們參考。

2  規(guī)格的確定

一般連續(xù)硫化機(jī)組技術(shù)規(guī)范都規(guī)定模具尺寸范圍，即規(guī)定了模芯、模套最小孔徑，這是確定規(guī)格的依據(jù)之一。另外，還規(guī)定螺桿轉(zhuǎn)速范圍，擠橡時(shí)螺桿轉(zhuǎn)速低于規(guī)定轉(zhuǎn)速，橡膠塑性不均勻，流動(dòng)性差，擠出量不夠穩(wěn)定，電纜加工困難，機(jī)頭內(nèi)壓力很大，容易頂壞機(jī)頭。若超過(guò)范圍，橡膠擠出量不足，只能降低出線速度來(lái)彌補(bǔ)，影響生產(chǎn)效率。

3  螺桿轉(zhuǎn)速和牽引速度的確定

螺桿轉(zhuǎn)速和牽引速度決定了生產(chǎn)效率和制品的外徑、外觀。確定螺桿轉(zhuǎn)速和牽引速度的基本原理是物料平衡原理，即螺桿擠出的橡膠量，正好被牽引出來(lái)的制品包覆所需要的橡膠量相等。

一般地說(shuō)，確定螺桿和牽引速度時(shí)，先定出牽引速度，即硫化時(shí)間，它是決定制品各項(xiàng)機(jī)械物理性能的主要因素，本文將作詳細(xì)介紹。

連續(xù)硫化擠橡機(jī)螺桿都采用長(zhǎng)徑比12：1以上的塑化螺桿，螺桿與筒體之間回料量小，螺桿轉(zhuǎn)速與擠出量基本成正比，即成線性關(guān)系。

例如，某擠橡機(jī)組技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，螺桿轉(zhuǎn)速為10～50rpm/min,最大擠出量為120kg/h。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以制作螺桿轉(zhuǎn)速和擠出量關(guān)系圖（見(jiàn)圖1）。

0      0.2       0.4        0.6        0.8       1.0       1.2        1.4       1.6      1.8     2.0

公斤/分

                          圖  1

例如，某產(chǎn)品擠護(hù)套，理論計(jì)算護(hù)套用料量為78.7 kg/km,出線速度為20m/min,可以計(jì)算出每分鐘的用料量：

用料量=20×78.7÷1000=1.574  kg/min

根據(jù)物料平衡原理，橡膠擠出量也需要1.574  kg/min，查圖1可以得出，螺桿轉(zhuǎn)速為39轉(zhuǎn)/分左右，在設(shè)備規(guī)范規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，符合設(shè)備技術(shù)規(guī)范。根據(jù)這一方法，可以確定出該設(shè)備生產(chǎn)各種規(guī)格的螺桿轉(zhuǎn)速和牽引速度。

4 機(jī)身機(jī)頭溫度的確定

機(jī)身進(jìn)料段溫度一般控制低一點(diǎn)，大約30-40度，溫度過(guò)高有回料現(xiàn)象，且橡膠易焦燒。機(jī)頭溫度要根據(jù)橡膠種類和膠料在機(jī)體內(nèi)停留時(shí)間來(lái)確定，一般在60-70度。中間各段溫度，從機(jī)頭溫度逐步遞減的方法確定，一般在40-50度。連續(xù)硫化進(jìn)料一般采用冷喂料，橡頁(yè)厚度控制在0.5-1.0mm之間。如果采用熱喂料，切成條狀，也是很好的。

5 蒸汽壓力和出線速度的確定

蒸汽壓力和出線速度是連硫操作的重要參數(shù)，其關(guān)系到產(chǎn)品機(jī)械物理性能﹑外觀質(zhì)量﹑生產(chǎn)效率等。

化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)指出，當(dāng)反應(yīng)濃度不變的情況下，溫度每升高10K，反應(yīng)速度大約增加2～3倍。阿侖尼烏斯總結(jié)了大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，指出反應(yīng)速度常數(shù)和          溫度的關(guān)系：

           k=A·e^-E/RT     

式中：     k-----反應(yīng)速度常數(shù)；

E-----反應(yīng)活化能；

R-----氣體常數(shù)；

T-----絕對(duì)溫度，K；

e-----自然對(duì)數(shù)的底（e=2.718）。

該公式在實(shí)際使用中有困難。實(shí)用的橡膠反應(yīng)速度與溫度之間的關(guān)系可用下式來(lái)計(jì)算：

           V₂=V₁ 2 ^0.1(t2-t1)

         V₁------t₁ 時(shí)的反應(yīng)速度；

         V₂------t₂ 時(shí)的反應(yīng)速度；

      t₁,t₂-------  溫度（℃）；

         2--------溫度系數(shù)

這些理論都提出，橡膠硫化溫度每增加10℃，硫化速度增加一倍，即硫化時(shí)間縮短一倍。我們一般都有罐式硫化的生產(chǎn)和技術(shù)參數(shù)，對(duì)一個(gè)成熟橡膠配方應(yīng)該很了解其各種硫化參數(shù)。根據(jù)罐式硫化飽和蒸汽壓力下的溫度，推算出連硫化時(shí)飽和蒸汽壓力，再求出硫化時(shí)間和出線速度。

例如，某連續(xù)硫化機(jī)組，連續(xù)硫化管道長(zhǎng)度為50米，生產(chǎn)電纜外護(hù)套，按照成熟的橡皮配方硫化工藝參數(shù)，4kg/cm²（151℃）下，硫化時(shí)間為15分種，如果在連續(xù)硫化機(jī)組上生產(chǎn)，護(hù)套出線速度為25米，連續(xù)硫化的蒸汽壓力為多少。

先計(jì)算連續(xù)硫化所需要的時(shí)間為：50/25=2分鐘。按照溫度每上升10度，硫化時(shí)間縮短一半的關(guān)系。計(jì)算出時(shí)間倍數(shù)是3倍。即溫度需要提升30度。也就是連續(xù)硫化的溫度為181度。

連續(xù)硫化的蒸汽壓力越高硫化速度就越快，生產(chǎn)效率也會(huì)大提高。實(shí)踐證明，并不是蒸汽壓力能無(wú)限地升高，來(lái)提高連續(xù)硫化的速度。

連硫蒸汽壓力（即硫化溫度）最高值如何確定。經(jīng)分析，制品在連硫管硫化時(shí)，制品外部經(jīng)受較高的蒸汽壓力，同時(shí)承受較高的硫化溫度，制品內(nèi)部的空氣少量的水份低沸點(diǎn)揮發(fā)份以及硫化時(shí)產(chǎn)生的氣體會(huì)膨脹，在硫化管中，內(nèi)外壓力相互抵消，一般不會(huì)發(fā)生膨脹。出終端密封進(jìn)入常壓下，制品內(nèi)部來(lái)不及迅速冷卻，仍然處在高溫膨脹狀態(tài)，內(nèi)部的氣體會(huì)迅速膨脹的，如果制品的徑向應(yīng)力經(jīng)受不住內(nèi)部壓力，就會(huì)起泡，嚴(yán)重的會(huì)開裂。若橡膠混煉不均勻，這種現(xiàn)象更為明顯。

假如制品出終端密封的一瞬間，把制品作為壓力容器來(lái)處理，本文總結(jié)出一套最高連硫蒸汽壓力公式：

           δ=P· D_內(nèi)/（2[σ] _t- P）

式中 ：     δ  ------制品控制的最薄點(diǎn)厚度，mm  ；

             P  ------最高硫化蒸汽壓力，MPa ；

             D_內(nèi)------制品擠橡前的外徑，mm ；

           [σ] _t -----硫化溫度下的制品徑向應(yīng)力，N/ mm ² 。

其中，硫化溫度下橡膠的徑向應(yīng)力  [σ] _t  ，比制品的軸向原始擴(kuò)張強(qiáng)度低�？捎闷鹋輹r(shí)的應(yīng)力，來(lái)計(jì)算起泡時(shí)最高硫化蒸汽壓力，開裂時(shí)的應(yīng)力，來(lái)計(jì)算起泡時(shí)最高硫化蒸汽壓力，開裂時(shí)的應(yīng)力，來(lái)計(jì)算開裂時(shí)最高硫化蒸汽壓力。可考慮用制品的定伸抗張強(qiáng)度和高溫下橡膠熱變形，以及徑向抗張強(qiáng)度較小等綜合因素來(lái)確定  [σ] _t 。根據(jù)硫化最高蒸汽壓力即硫化溫度，可以推算出硫化時(shí)間，即最大出線速度。同時(shí)，還要考慮纜芯空隙填充緊密程度。

例如，某重型橡套電纜，成纜外徑是38.5mm，護(hù)套平均厚度為5.0mm，最薄點(diǎn)厚度為4.15mm，護(hù)套材料為天然/丁苯橡膠的SE3橡皮混合物，其抗張強(qiáng)度取8.4N/mm²,徑向抗張強(qiáng)度一般為60%的軸向抗張強(qiáng)度，即徑向抗張強(qiáng)度為5.04 N/mm²，代入上式可以計(jì)算出最大連續(xù)硫化的蒸汽壓力為：

4.15=P× 38.5÷（2×5.04- P）

         P=0.98 N/mm²

即該重型橡套電纜的最大蒸汽壓力為10kg/cm²

已知最大蒸汽壓力，可以用硫化速度公式推算出該產(chǎn)品的最大出線速度。

對(duì)較厚制品的出線速度還要考慮橡膠傳熱的速度，橡膠的熱傳導(dǎo)公式為：

           Q =  λ A [ （ t₁ -  t₂ ）/  δ ]

式中：    Q------導(dǎo)熱熱流量， W ；

          λ------橡膠導(dǎo)熱率，W/（m · ℃  ）；

          A------單位傳熱面積，mm ² ；

 t₁  , t₂   -------外溫，內(nèi)溫，℃     ；

δ------厚度，m  。 

上式中，橡膠導(dǎo)熱率λ不變，單位傳熱面積A基本不變，橡膠制品內(nèi)外硫化需求的溫度計(jì)t₁  , t₂   不變。可以看出，導(dǎo)熱熱流量Q與厚度過(guò)δ 成反比。即厚度增加一倍，要達(dá)到同樣的硫化較果，出線速度要下降一倍。當(dāng)然這是理論上的說(shuō)法，仍然要靠實(shí)踐驗(yàn)證。

6 結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)硫化的工藝參數(shù)是可預(yù)先用數(shù)學(xué)模型來(lái)計(jì)算的，可以確定生產(chǎn)合適規(guī)格范圍，連續(xù)連硫化的出線速度，硫化的合適蒸汽壓力和最高蒸汽壓力。

連續(xù)硫化的其它工藝參數(shù)，如收放線張力，纜線接頭，配模及選擇，開車和結(jié)束時(shí)的操作規(guī)程等，因設(shè)備廠情不同，本文不作討論。

［wangxue 在 2006-9-22 13:32:39 編輯過(guò)］

還有一點(diǎn)就是要繪制住橡皮的硫化曲線，根據(jù)曲線計(jì)算出起硫時(shí)間和正硫時(shí)間，結(jié)合上面文章所說(shuō)的方法，制定出合理的連續(xù)硫化工藝參數(shù)。

連續(xù)硫化時(shí)與配方和使用材料有很大關(guān)系，要根據(jù)擠橡機(jī)實(shí)際情況調(diào)整，硫化體系。

YCW.YC.YZ.YZW.YH不知道都有什么作用和用途范圍��！誰(shuí)可以告訴我啊

8樓的小子!有這樣問(wèn)的$是90還120!

jachky:

YCW.YC.YZ.YZW.YH不知道都有什么作用和用途范圍！！誰(shuí)可以告訴我啊

精華，不錯(cuò)。

美中不足就是沒(méi)有硫化曲線。