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橡套電纜連續(xù)硫化工藝參數的確定

1 引言

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，橡膠生產技術也越來越多顯現(xiàn)出高新技術的發(fā)展。橡膠高效快速硫化劑和促進劑的發(fā)現(xiàn)，電線電纜快速硫化也成為現(xiàn)實。連續(xù)硫化是從擠橡和罐式硫化演變而來，連續(xù)硫化有很多優(yōu)點，生產效率高，電線電纜表觀比傳統(tǒng)工藝大大提高，銅導體不會氧化等。用傳統(tǒng)工藝生產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，銅絲氧化嚴重，不能和家用電器配套，一般用塑料軟電纜代替。隨著中國加入WTO，中國的產品標準也全部按國際IEC標準一致，許多家用電器的供電電源線規(guī)定必須使用橡套電纜，如空調器用的室內外連接線就規(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量，是當前急需解決的現(xiàn)實問題。連繼硫化是一種新的橡套電纜加工方法，本文通過對橡套電纜生產過程中的一些工藝參數討論，推道出一整套的硫續(xù)硫化工藝參數，不斷提高橡套電纜的產品質量，供電纜行業(yè)的同行們參考。

2  規(guī)格的確定

一般連續(xù)硫化機組技術規(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)格的依據之一。另外，還規(guī)定螺桿轉速范圍，擠橡時螺桿轉速低于規(guī)定轉速，橡膠塑性不均勻，流動性差，擠出量不夠穩(wěn)定，電纜加工困難，機頭內壓力很大，容易頂壞機頭。若超過范圍，橡膠擠出量不足，只能降低出線速度來彌補，影響生產效率。

3  螺桿轉速和牽引速度的確定

螺桿轉速和牽引速度決定了生產效率和制品的外徑、外觀。確定螺桿轉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，正好被牽引出來的制品包覆所需要的橡膠量相等。

一般地說，確定螺桿和牽引速度時，先定出牽引速度，即硫化時間，它是決定制品各項機械物理性能的主要因素，本文將作詳細介紹。

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

例如，某擠橡機組技術規(guī)范中規(guī)定，螺桿轉速為10～50rpm/min,最大擠出量為120kg/h。根據這些數據可以制作螺桿轉速和擠出量關系圖（見圖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，某產品擠護套，理論計算護套用料量為78.7 kg/km,出線速度為20m/min,可以計算出每分鐘的用料量：

用料量=20×78.7÷1000=1.574  kg/min

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

4 機身機頭溫度的確定

機身進料段溫度一般控制低一點，大約30-40度，溫度過高有回料現(xiàn)象，且橡膠易焦燒。機頭溫度要根據橡膠種類和膠料在機體內停留時間來確定，一般在60-70度。中間各段溫度，從機頭溫度逐步遞減的方法確定，一般在40-50度。連續(xù)硫化進料一般采用冷喂料，橡頁厚度控制在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，其關系到產品機械物理性能﹑外觀質量﹑生產效率等。

化學反應動力學指出，當反應濃度不變的情況下，溫度每升高10K，反應速度大約增加2～3倍。阿侖尼烏斯總結了大量的實驗事實，指出反應速度常數和          溫度的關系：

           k=A·e^-E/RT     

式中：     k-----反應速度常數；

E-----反應活化能；

R-----氣體常數；

T-----絕對溫度，K；

e-----自然對數的底（e=2.718）。

該公式在實際使用中有困難。實用的橡膠反應速度與溫度之間的關系可用下式來計算：

           V₂=V₁ 2 ^0.1(t2-t1)

         V₁------t₁ 時的反應速度；

         V₂------t₂ 時的反應速度；

      t₁,t₂-------  溫度（℃）；

         2--------溫度系數

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，即硫化時間縮短一倍。我們一般都有罐式硫化的生產和技術參數，對一個成熟橡膠配方應該很了解其各種硫化參數。根據罐式硫化飽和蒸汽壓力下的溫度，推算出連硫化時飽和蒸汽壓力，再求出硫化時間和出線速度。

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

先計算連續(xù)硫化所需要的時間為：50/25=2分鐘。按照溫度每上升10度，硫化時間縮短一半的關系。計算出時間倍數是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，生產效率也會大提高。實踐證明，并不是蒸汽壓力能無限地升高，來提高連續(xù)硫化的速度。

連硫蒸汽壓力（即硫化溫度）最高值如何確定。經分析，制品在連硫管硫化時，制品外部經受較高的蒸汽壓力，同時承受較高的硫化溫度，制品內部的空氣少量的水份低沸點揮發(fā)份以及硫化時產生的氣體會膨脹，在硫化管中，內外壓力相互抵消，一般不會發(fā)生膨脹。出終端密封進入常壓下，制品內部來不及迅速冷卻，仍然處在高溫膨脹狀態(tài)，內部的氣體會迅速膨脹的，如果制品的徑向應力經受不住內部壓力，就會起泡，嚴重的會開裂。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處理，本文總結出一套最高連硫蒸汽壓力公式：

           δ=P· D_內/（2[σ] _t- P）

式中 ：     δ  ------制品控制的最薄點厚度，mm  ；

             P  ------最高硫化蒸汽壓力，MPa ；

             D_內------制品擠橡前的外徑，mm ；

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

其中，硫化溫度下橡膠的徑向應力  [σ] _t  ，比制品的軸向原始擴張強度低。可用起泡時的應力，來計算起泡時最高硫化蒸汽壓力，開裂時的應力，來計算起泡時最高硫化蒸汽壓力，開裂時的應力，來計算開裂時最高硫化蒸汽壓力�？煽紤]用制品的定伸抗張強度和高溫下橡膠熱變形，以及徑向抗張強度較小等綜合因素來確定  [σ] _t 。根據硫化最高蒸汽壓力即硫化溫度，可以推算出硫化時間，即最大出線速度。同時，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，護套平均厚度為5.0mm，最薄點厚度為4.15mm，護套材料為天然/丁苯橡膠的SE3橡皮混合物，其抗張強度取8.4N/mm²,徑向抗張強度一般為60%的軸向抗張強度，即徑向抗張強度為5.04 N/mm²，代入上式可以計算出最大連續(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品的最大出線速度。

對較厚制品的出線速度還要考慮橡膠傳熱的速度，橡膠的熱傳導公式為：

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

式中：    Q------導熱熱流量， W ；

          λ------橡膠導熱率，W/（m · ℃  ）；

          A------單位傳熱面積，mm ² ；

 t₁  , t₂   -------外溫，內溫，℃     ；

δ------厚度，m  。 

上式中，橡膠導熱率λ不變，單位傳熱面積A基本不變，橡膠制品內外硫化需求的溫度計t₁  , t₂   不變。可以看出，導熱熱流量Q與厚度過δ 成反比。即厚度增加一倍，要達到同樣的硫化較果，出線速度要下降一倍。當然這是理論上的說法，仍然要靠實踐驗證。

6 結束語

連續(xù)硫化的工藝參數是可預先用數學模型來計算的，可以確定生產合適規(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，如收放線張力，纜線接頭，配模及選擇，開車和結束時的操作規(guī)程等，因設備廠情不同，本文不作討論。

［wangxue 在 2006-9-22 13:32:39 編輯過］

還有一點就是要繪制住橡皮的硫化曲線，根據曲線計算出起硫時間和正硫時間，結合上面文章所說的方法，制定出合理的連續(xù)硫化工藝參數。

連續(xù)硫化時與配方和使用材料有很大關系，要根據擠橡機實際情況調整，硫化體系。

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8樓的小子!有這樣問的$是90還120!

jachky:

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精華，不錯。

美中不足就是沒有硫化曲線。

jachky:

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YC是重型橡膠通用型電纜,YZ是中型橡膠通用型電纜,帶W的是耐氣候性的,YH是電焊機電纜!

計算方面還是不太清楚,還要多請教了