5.4. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭКСТРУДЕРОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

Экструдеры для наложения резиновой изоляции или оболочки при внешнем сходстве с экструдерами для пере­ работки термопластичных пластмасс имеют ряд сущест­ венных особенностей. Эти особенности отличают как кон­ струкцию элементов экструдера и режимы работы, так и методы расчета их производительности.

Материалом для переработки в этих экструдерах являются невулканизованные резины, представляющие собой сложные многокомпонентные смеси различных ви­ дов каучука с другими ингредиентами.

Каучуки относятся к так называемым эластомерам, т. е. таким веществам, у которых преобладают высоко­ эластические деформации, характеризуемые определен­ ными временами релаксации, т. е. восстановления преж­ него состояния тела (например, размеров) после снятия деформирующих усилий. Высокоэластические деформа­ ции определяют и соответствующее состояние вещества. Это состояние присуще только высокомолекулярным со­ единениям (полимерам) и является промежуточным между стеклообразным фазовым состоянием полимера и вязкотекучим состоянием. Соответственно первое харак­ теризуется упругими деформациями, а второе — пласти­ ческими (необратимыми) деформациями. Пребывание полимера в том или ином агрегатном состоянии зависит от ряда факторов, главными из которых являются его химическое строение и температура.

Как упоминалось выше, для переработки в экструде­ рах полимер должен быть переведен в вязкотекучее со­ стояние. В обычных условиях каучуки находятся в вы­ сокоэластическом состоянии. Для их переработки и при­ дания конечному продукту (резиновой смеси) ряда заданных свойств, каучуки смешивают с такими компо­ нентами, как мягчители (пластификаторы), наполнители и др. Введение пластификаторов вызывает увеличение пластичности смеси, т. е. приближает ее к вязкотекучему состоянию. Этому способствует также пластикация каучуков (см. § 15.4), при которой за счет действия ме­ ханических (срезающих) деформаций и повышенной тем­ пературы происходят процессы, приводящие к деструк­ ции (разрыву) длинных молекул полимеров, сопровож­ дающейся увеличением пластичности материала.

Следует иметь в виду, что температура в цилинДрё и головке экструдера для переработки резиновых смесей

существенно нЦже, чем в экструдерах для переработки пластмасс. ^ Во избежание возможности вулканизации этих смесей (QM. § 6.9) внутри экструдера температур для различных типов каучуков не превышает 50—90°С.

Температура резиновой смеси, поступающей в загру­ зочное отверстие экструдера, для различной рецептуры колеблется 0 Пределах от 20 до 40—70°С (в зависимости от отсутствия Яли наличия предварительного подогрева).

Важно отмстить, что для переработки резиновых сме­ сей применяются более короткие червяки. Если их длина колеблется обычно в пределах (4—12)Д то червяки для переработки Пластмасс имеют длину (15—30) Д причем оптимальной считается длина около 24D.

Таким образом, можно сказать, что резиновая смесь, характеризующаяся по сравнению с пластмассами мень­ шей пластичностью и большими эластическими деформа­ циями, перерабатывается при сравнительно низких тем­ пературах И с помощью относительно коротких червяков экструдеров. Все это позволяет считать, что для объясне­ ния механизма перемещения резиновой смеси в цилиндре экструдера подходят положения, изложенные при рас­ смотрении процессов, происходящих в загрузочной зоне экструдера для переработки пластмасс. Напомним, что в основе указанных методов лежит с определенным при­ ближением так называемая механическая «модель винта

игайки» (см. рис. 5.2).

Сучетом изложенного производительность экструде­

ра при переработке резиновых смесей определяется коли­ чеством смеси, заполняющей объем нарезки червяка на длине одного шага, количеством нарезок червяка, часто­ той вращения червяка и плотностью смеси.

Если нарезка однозаходная, то за один оборот червя­ ка при условии полного заполнения всей нарезки смесью в головку поступит объем смеси V, равный объему витка

При частоте вращения червяка п, об/с, и геометриче­ ских размерах, измеряемых в метрах, объем материала

угольные головки (рис. 5.20,а), которые весьма удобны в эксплуатации, легко выполняются откидными, что облегчает смену формующего инструмента, фильтрую­ щих сеток и решеток, чистку червяка и головки.

к оси червяка, что выравнивает путь расплава полимера, поступающего из цилиндра экструдера в зону формую­ щего инструмента. В этом ее некоторое преимущество

Рис. 5.20. Упрощенные схемы экструдеров с прямоугольной (а), ко­ соугольной (б) и прямоточной (в) головками.

перед прямоугольной головкой, в которой поток испыты­ вает поворот ,на 90°, что затрудняет центровку изоляции на жиле. Однако, для того чтобы выполнить косоуголь­ ную головку откидной, приходится увеличивать ее объем, в том числе и объем каналов прохождения расплава. Это связано с возможностью образования так называемых «мертвых» зон в головке, в которых скорость полимера близка к нулю, что, в свою очередь, приводит к перегре­ ву и разложению полимера и получению недоброкачест­

венной изоляции.

Прямоточные экструдеры (рис. 5.20,в) обеспечивают наиболее благоприятное течение расплава полимера из цилиндра к формующему инструменту. В этом случае не наблюдается поворота слоев полимера на большие углы, и это обеспечивает равномерное по толщине наложение изоляции. Однако при этом дорн располагается на вра­

вверх или вниз подвижных роликов. При

зуют для передачи движения на тор­ мозное устройство отдающего барабана. После компенсатора и протирочного устройства 4 располагают прямильное устройство 5, которое применяется для

однопроволочных жил и представляет собой систему роликов, расположенных в горизонтальной и вертикальной плоско­ стях. Перед входом в головку экструде­ ра токопроводящая жила подогревается для обеспечения лучшей адгезии изоля­ ции к жиле и во избежание охлаждения расплава в головке. При наложении по­ лиэтиленовой и поливинилхлоридной изоляции жила подогревается до 100— 150°С. Это осуществляется обычно пу­ тем пропускания электрического тока по участкам жилы, находящимся между двумя контактными роликами 6. После выхода из головки экструдера 7 изоли­ рованная жила 8 поступает в охлаждаю­ щее устройство 10, которое обычно вы­

полняется в виде ванны, наполненной циркулирующей водой. Длина ванны и температура воды в ней зависят от раз­ меров изоляционной жилы, скорости ее перемещения и материала изоляции.

После ванны размещается устрой­ ство 11 для удаления влаги с поверхно­

сти изоляции путем обдува ее струей воздуха под давлением около 0,2 МПа. Для контроля и регулирования размеров накладываемой изоляции в агрегате при­ меняются измерители диаметра, которые могут быть контактного или бесконтакт­ ного типа. Контактный измеритель диа­ метра 12 размещают после охлаждаю­

щего устройства. Он представляет собой пару роликов, между которыми прохо­ дит изолированная жила, б случае от­ клонения ее диаметра от номинального размера один из ролнко0-"'поДвижный— перемещается. Это перемеи*ение фикси­ руется на индикаторе, а также может использоваться для автоматического ре­ гулирования диаметра. В этом случае механическое перемещениеь ролика пре­ образуется в электрический сигнал, ко­ торый используется для увеличения или уменьшения (в зависимости от направ­ ления перемещения ролика’Датчика) ча-

транспортировка заготовок и т. д.), так и за счет эко­ номии производственных площадей и рабочей силы. Кроме того, улучшаются возможности более широкой и комплексной автоматизации производственных процес­ сов и контроля продукции.

В настоящее время в кабельной промышленности используются поточные полуавтоматические и автомати­ ческие линии для производства различной кабельной продукции.

Автоматические поточные линии для производства изолированных жил городских телефонных кабелей с по­ лиэтиленовой изоляцией совмещают (рис. 5.25): среднее волочение медной проволоки до диаметра 0,32; 0,4 или 0,5 мм, отжиг нагартованной в процессе волочения мед­ ной проволоки, наложение сплошной полиэтиленовой изоляции, охлаждение изолированной жилы, контроль геометрических размеров, электрических параметров (емкость, электрическая прочность), прием изолирован­

На таких линиях достигается высокая линейная ско­ рость прохождения жилы через узлы линии: для медных жил диаметром 0,4 мм скорость достигает 1500— 1800 м/мин и даже до 2500 м/мин, для жил диаметром 0,32 мм— 1200—1500 м/мин. Меньшие скорости изолиро­ вания жил диаметром 0,32 мм связаны с технологиче­ скими трудностями при производстве такого диаметра жил (возможность неравномерной вытяжки, высокие требования к точному соблюдению тяговых усилий и т. п.). В перспективе все жилы с полиэтиленовой изо­ ляцией планируется выпускать на таких поточных линиях.

На полуавтоматической поточной линии для произ­ водства силовых проводов с поливинилхлоридной изоля­ цией осуществляются следующие технологические опера­ ции: изолирование токопроводящей жилы, охлаждение, контроль параметров и непрерывный прием в бухты. В технологический процесс не входит операция волоче­ ния проволоки, что связано с тем, что на данных линиях выпускаются силовые провода различного сечения токо­ проводящей жилы (в пределах 1—10 мм2), а если воло­ чильная машина встраивается в поточную линию, то она

обычно рассчитывается на производство токопроводящей •жилы одного заданного сечения.

Отличительной особенностью данных линий является то обстоятельство, что прием готовой продукции — изо­ лированной жилы осуществляется в бухты, причем по мере формирования бухты она автоматически сбрасы­ вается с бухтовочного приемника. На этих полуавтома­ тических линиях скорость прохождения жилы достигает 150—250 м/мин. Технические возможности позволяют по­ высить скорость до 400—600 м/мин, однако при этом необходимо дополнительно автоматизировать процесс обвязки готовых бухт, который на существующих линиях производится вручную.

На данных линиях используются экструдеры с червя­ ком диаметром 160 мм, производительность которых мо­ жет достигать 500—600 кг/ч. Однако такой производи­ тельности можно достигнуть при вращении червяка со скоростью более 40 об/мин, что при использовании поли­ винилхлоридного пластиката для изоляции приводит к перегреву на 30—40°С в зонах цилиндра и ухудшению качества изоляции за счет вспенивания пластификатора. Поэтому повышение линейных скоростей на этих поточ­ ных линиях связано также с разработкой новых кон­ струкций червяков и цилиндров экструдеров, в частности обеспечивающих отсос выделяющихся газов из зон ци­ линдра.

На автоматических поточных линиях для производств изолированных жил контрольных кабелей накладывается полиэтиленовая изоляция радиальной толщиной 0,6 мм на медные или алюминиевые жилы сечением 2,5—10 мм2. Совмещаются следующие технологические процессы: гру­ бое волочение, полуотжиг жил, наложение изоляции в экструдере, охлаждение изолированной жилы, контроль параметров, непрерывный прием изолированной жилы на барабан с автоматической сменой его по мере запол­ нения. Особенностью этой линии является, в частности, применение неполного отжига (полуотжига) алюминие­ вой проволоки, что необходимо для увеличения механи­ ческой прочности токопроводящих жил.

В процессе производства осуществляется его полный контроль путем измерения диаметра изолированной жи­ лы, электрической прочности изоляции и отсчет длины жилы, намотанной на приемный барабан. Последнее измерение особенно существенно для контрольных кабе­

вых, круглых и секторных токопроводящих жил, отработ­ ка процесса разнонаправленной скрутки эти жил, приме­ нение цветной раскраски отдельных жил силовых кабелей и поверхностной расцветки поливинилхлоридных оболо­ чек и непрерывных бронирования и контроля параметров кабелей.

Для цветной раскраски жил силовых кабелей приме­ няется устройство, позволяющее получать на поверхно­

червяка и давления в вертикальном экструдере можно регулировать ширину нанесенной цветной полосы и глу­ бину ее погружения в изоляцию жилы.

Внедрение автоматизированных участков по произ­ водству кабелей с пластмассовой изоляцией требует су­ щественного повышения качества обслуживания обору­ дования техническим персоналом, а также применения чистых материалов, точно соответствующих техническим требованиям. На таких участках особенно важно сведе­ ние к минимуму процента брака на любой операции, так как здесь осуществляется производство не одного како­ го-то элемента кабеля (например, токопроводящей жилы или изолированной жилы), а изготовление готового кабеля.