橡套电缆连续硫化工艺参数的确定

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橡套电缆连续硫化工艺参数的确定
5 {# u$ I, J4 W6 T. R8 V& i1 引言
6 m8 n, m4 ^: j" e1 Q随着现代科学技术的发展，橡胶生产技术也越来越多显现出高新技术的发展。橡胶高效快速硫化剂和促进剂的发现，电线电缆快速硫化也成为现实。连续硫化是从挤橡和罐式硫化演变而来，连续硫化有很多优点，生产效率高，电线电缆表观比传统工艺大大提高，铜导体不会氧化等。用传统工艺生产的橡套电缆一般不能和高档家用电器配套，其主要原因是电缆的外观不好，铜丝氧化严重，不能和家用电器配套，一般用塑料软电缆代替。随着中国加入WTO，中国的产品标准也全部按国际IEC标准一致，许多家用电器的供电电源线规定必须使用橡套电缆，如空调器用的室内外连接线就规定必须用245IEC57（YZW）橡套软电缆。因此，提高橡套软电缆的外观质量，是当前急需解决的现实问题。连继硫化是一种新的橡套电缆加工方法，本文通过对橡套电缆生产过程中的一些工艺参数讨论，推道出一整套的硫续硫化工艺参数，不断提高橡套电缆的产品质量，供电缆行业的同行们参考。
+ J6 P2 b" V  h; z' s, U2 规格的确定
一般连续硫化机组技术规范都规定模具尺寸范围，即规定了模芯、模套最小孔径，这是确定规格的依据之一。另外，还规定螺杆转速范围，挤橡时螺杆转速低于规定转速，橡胶塑性不均匀，流动性差，挤出量不够稳定，电缆加工困难，机头内压力很大，容易顶坏机头。若超过范围，橡胶挤出量不足，只能降低出线速度来弥补，影响生产效率。
3  螺杆转速和牵引速度的确定
螺杆转速和牵引速度决定了生产效率和制品的外径、外观。确定螺杆转速和牵引速度的基本原理是物料平衡原理，即螺杆挤出的橡胶量，正好被牵引出来的制品包覆所需要的橡胶量相等。
一般地说，确定螺杆和牵引速度时，先定出牵引速度，即硫化时间，它是决定制品各项机械物理性能的主要因素，本文将作详细介绍。
- Y( R8 I7 Q( s8 a+ R7 [连续硫化挤橡机螺杆都采用长径比12：1以上的塑化螺杆，螺杆与筒体之间回料量小，螺杆转速与挤出量基本成正比，即成线性关系。
例如，某挤橡机组技术规范中规定，螺杆转速为10～50rpm/min,最大挤出量为120kg/h。根据这些数据可以制作螺杆转速和挤出量关系图（见图1）。
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50 转/分 " C% p% f0 Q/ T			2 p" i. {3 G' W: z! i. t		) E7 x$ e0 y, G3 X2 W				0 d' V1 w9 y, D8 q0 t. V, P
40	3 c" X& E5 p7 I& Z, A- ~	3 d5 p9 g  @  K5 t3 v) `4 [, c	. }# S% x* v% l% w9 ^7 H6 Q+ W0 S	$ c4 g8 L. p; J8 w		9 V5 ?- R' o$ E. @	, o. A3 d' G4 Z3 L9 H	9 h+ k- X. M0 @	( E3 `" ^! x/ V) m
30	% X: K) H5 o3 d		, w8 }3 h  t4 ~3 _0 k$ D, _8 ^' ?			5 @7 O. ^' B" b  }
20 # _4 I% T1 _) R4 K			" Q7 [8 m% A) i% w: }		" _& u, {# S. g( d% X: z$ ?& U		$ I9 O5 o4 G/ M3 I% \5 I	/ r% T) [2 D, W# z( J6 a	6 F2 w) _4 |9 i- e
10	5 J2 }4 N- j6 J8 ]+ w" d/ w	+ c+ v5 Q/ w2 w/ o' m: ~	/ \4 X( J3 r) [( v+ p  n- s		* _" ]# a8 h" J0 n; p* X9 k" q. O	~& ], x% P* a8 v4 H. M* a3 K" y	) L0 `6 u( m& R7 u. J6 m& L" F6 G/ y
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0      0.2       0.4        0.6        0.8       1.0       1.2        1.4       1.6      1.8     2.0
$ S) _0 l0 Y5 Y; n公斤/分
4 d3 V, P2 h' }                          图  1
例如，某产品挤护套，理论计算护套用料量为78.7 kg/km,出线速度为20m/min,可以计算出每分钟的用料量：
用料量=20×78.7÷1000=1.574  kg/min
; M' C( W+ n: S" ]1 v/ u  k( o+ K根据物料平衡原理，橡胶挤出量也需要1.574  kg/min，查图1可以得出，螺杆转速为39转/分左右，在设备规范规定的转速范围内，符合设备技术规范。根据这一方法，可以确定出该设备生产各种规格的螺杆转速和牵引速度。
4 机身机头温度的确定
6 `: V$ y7 a- Z# Q机身进料段温度一般控制低一点，大约30-40度，温度过高有回料现象，且橡胶易焦烧。机头温度要根据橡胶种类和胶料在机体内停留时间来确定，一般在60-70度。中间各段温度，从机头温度逐步递减的方法确定，一般在40-50度。连续硫化进料一般采用冷喂料，橡页厚度控制在0.5-1.0mm之间。如果采用热喂料，切成条状，也是很好的。
5 蒸汽压力和出线速度的确定
蒸汽压力和出线速度是连硫操作的重要参数，其关系到产品机械物理性能﹑外观质量﹑生产效率等。
化学反应动力学指出，当反应浓度不变的情况下，温度每升高10K，反应速度大约增加2～3倍。阿仑尼乌斯总结了大量的实验事实，指出反应速度常数和          温度的关系：
           k=A·e-E/RT     
4 t5 t/ a/ S9 ~9 O. [式中：     k-----反应速度常数；
% i0 r& F% S6 D$ d/ k! V7 `# X, sE-----反应活化能；
R-----气体常数；
2 j. T# C! c8 v. N' E( sT-----绝对温度，K；
4 e# O% d1 B/ x+ M4 Ce-----自然对数的底（e=2.718）。
该公式在实际使用中有困难。实用的橡胶反应速度与温度之间的关系可用下式来计算：
           V2=V1 2 0.1(t2-t1)
8 s) r1 x7 J2 Z0 P( N0 V$ I         V1------t1 时的反应速度；
         V2------t2 时的反应速度；
      t1,t2-------  温度（℃）；
+ F5 _; r" K4 b6 Z. R         2--------温度系数
这些理论都提出，橡胶硫化温度每增加10℃，硫化速度增加一倍，即硫化时间缩短一倍。我们一般都有罐式硫化的生产和技术参数，对一个成熟橡胶配方应该很了解其各种硫化参数。根据罐式硫化饱和蒸汽压力下的温度，推算出连硫化时饱和蒸汽压力，再求出硫化时间和出线速度。
例如，某连续硫化机组，连续硫化管道长度为50米，生产电缆外护套，按照成熟的橡皮配方硫化工艺参数，4kg/cm2（151℃）下，硫化时间为15分种，如果在连续硫化机组上生产，护套出线速度为25米，连续硫化的蒸汽压力为多少。
先计算连续硫化所需要的时间为：50/25=2分钟。按照温度每上升10度，硫化时间缩短一半的关系。计算出时间倍数是3倍。即温度需要提升30度。也就是连续硫化的温度为181度。
. V) u; H( L5 J/ `7 A连续硫化的蒸汽压力越高硫化速度就越快，生产效率也会大提高。实践证明，并不是蒸汽压力能无限地升高，来提高连续硫化的速度。
0 v4 T! w5 Q9 D, g连硫蒸汽压力（即硫化温度）最高值如何确定。经分析，制品在连硫管硫化时，制品外部经受较高的蒸汽压力，同时承受较高的硫化温度，制品内部的空气少量的水份低沸点挥发份以及硫化时产生的气体会膨胀，在硫化管中，内外压力相互抵消，一般不会发生膨胀。出终端密封进入常压下，制品内部来不及迅速冷却，仍然处在高温膨胀状态，内部的气体会迅速膨胀的，如果制品的径向应力经受不住内部压力，就会起泡，严重的会开裂。若橡胶混炼不均匀，这种现象更为明显。
+ h1 b0 n. S+ c4 k假如制品出终端密封的一瞬间，把制品作为压力容器来处理，本文总结出一套最高连硫蒸汽压力公式：
+ ~3 q( P0 h; m* d1 H6 J6 W           δ=P· D内/（2[σ] t- P）
5 f) @3 P6 c) }/ X式中 ：     δ  ------制品控制的最薄点厚度，mm  ；
             P  ------最高硫化蒸汽压力，MPa ；
             D内------制品挤橡前的外径，mm ；
           [σ] t -----硫化温度下的制品径向应力，N/ mm 2 。
7 K5 z- v  |# h- G' g) \: l( N( Z其中，硫化温度下橡胶的径向应力  [σ] t  ，比制品的轴向原始扩张强度低。可用起泡时的应力，来计算起泡时最高硫化蒸汽压力，开裂时的应力，来计算起泡时最高硫化蒸汽压力，开裂时的应力，来计算开裂时最高硫化蒸汽压力。可考虑用制品的定伸抗张强度和高温下橡胶热变形，以及径向抗张强度较小等综合因素来确定  [σ] t 。根据硫化最高蒸汽压力即硫化温度，可以推算出硫化时间，即最大出线速度。同时，还要考虑缆芯空隙填充紧密程度。
例如，某重型橡套电缆，成缆外径是38.5mm，护套平均厚度为5.0mm，最薄点厚度为4.15mm，护套材料为天然/丁苯橡胶的SE3橡皮混合物，其抗张强度取8.4N/mm2,径向抗张强度一般为60%的轴向抗张强度，即径向抗张强度为5.04 N/mm2，代入上式可以计算出最大连续硫化的蒸汽压力为：
' ]+ \( w/ w7 o4.15=P× 38.5÷（2×5.04- P）
6 Q# X0 L. P2 F. m4 _7 T         P=0.98 N/mm2
" m6 \6 v: S+ u  [即该重型橡套电缆的最大蒸汽压力为10kg/cm2
) b) r8 ^, ~0 q8 v# d+ D" E已知最大蒸汽压力，可以用硫化速度公式推算出该产品的最大出线速度。
对较厚制品的出线速度还要考虑橡胶传热的速度，橡胶的热传导公式为：
+ M; x& G2 d/ O- ]8 c8 @           Q =  λ A [ （ t1 -  t2 ）/  δ ]
$ }) d" N& B0 e! c! s' z: ]7 S$ c式中：    Q------导热热流量， W ；
          λ------橡胶导热率，W/（m · ℃  ）；
          A------单位传热面积，mm 2 ；
% P) `/ U# c4 Q- _6 Xt1  , t2   -------外温，内温，℃     ；
δ------厚度，m  。  
上式中，橡胶导热率λ不变，单位传热面积A基本不变，橡胶制品内外硫化需求的温度计t1  , t2   不变。可以看出，导热热流量Q与厚度过δ 成反比。即厚度增加一倍，要达到同样的硫化较果，出线速度要下降一倍。当然这是理论上的说法，仍然要靠实践验证。
6 l9 K+ q9 _$ g6 结束语
8 I! H& Q  y2 Z; r4 e5 y1 S连续硫化的工艺参数是可预先用数学模型来计算的，可以确定生产合适规格范围，连续连硫化的出线速度，硫化的合适蒸汽压力和最高蒸汽压力。
连续硫化的其它工艺参数，如收放线张力，缆线接头，配模及选择，开车和结束时的操作规程等，因设备厂情不同，本文不作讨论。

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zhongcm_wx

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