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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。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(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。隨著中國加入WTO，中國的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也全部按國際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(chǎn)過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，擠橡時螺桿轉(zhuǎn)速低于規(guī)定轉(zhuǎn)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(jī)頭內(nèi)壓力很大，容易頂壞機(jī)頭。若超過范圍，橡膠擠出量不足，只能降低出線速度來彌補(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(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
例如，某產(chǎn)品擠護(hù)套，理論計算護(hù)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(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)停留時間來確定，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)了大量的實驗事實，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-----絕對溫度，K；
e-----自然對數(shù)的底（e=2.718）。
該公式在實際使用中有困難。實用的橡膠反應(yīng)速度與溫度之間的關(guān)系可用下式來計算：
V2=V1 2 0.1(t2-t1)
V1------t1 時的反應(yīng)速度；
V2------t2 時的反應(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)，對一個成熟橡膠配方應(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(jī)組，連續(xù)硫化管道長度為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(guān)系。計算出時間倍數(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(jīng)分析，制品在連硫管硫化時，制品外部經(jīng)受較高的蒸汽壓力，同時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)份以及硫化時產(chǎn)生的氣體會膨脹，在硫化管中，內(nèi)外壓力相互抵消，一般不會發(fā)生膨脹。出終端密封進(jìn)入常壓下，制品內(nèi)部來不及迅速冷卻，仍然處在高溫膨脹狀態(tài)，內(nèi)部的氣體會迅速膨脹的，如果制品的徑向應(yīng)力經(jīng)受不住內(nèi)部壓力，就會起泡，嚴(yán)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(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的應(yīng)力，來計算起泡時最高硫化蒸汽壓力，開裂時的應(yīng)力，來計算起泡時最高硫化蒸汽壓力，開裂時的應(yīng)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(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(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t1 , t2 不變�？梢钥闯�，導(dǎo)熱熱流量Q與厚度過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)然這是理論上的說法，仍然要靠實踐驗證。
6 結(jié)束語
連續(xù)硫化的工藝參數(shù)是可預(yù)先用數(shù)學(xué)模型來計算的，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)束時的操作規(guī)程等，因設(shè)備廠情不同，本文不作討論。
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