Виды агрегатов непрерывной вулканизации

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

При использовании АНВ встречаются трудности, связанные с изолированием или шлангованием изделий, имеющих большую массу на единицу длины. Это вызвано тем, что при прохождении изделия в вулканизационной трубе оно имеет «точки опоры» в двух местах* головка червячного пресса и диафрагма в промежуточном затворе, соединяющем вулканизационную и охлаждающую камеры. Ввиду большой длины вулканизационной камеры кабель должен иметь определенное провисание под действием собственной силы тяжести.

Поэтому при прохождении в вулканизационной камере кабель касается ее внутренней поверхности, что приводит к образованию поверхностных дефектов («зализы») еще не вулканизованной резины.

Во избежание этого явления применяются наклонные и в вертикальные АНВ.

Схема расположения основных узлов ЛКНВ (а), НЛКНВ (б) и ВЛКНВ (в).

1 — отдающий барабан;

2 — экструдер;

3 — входной затвор;

4 — вулканизационная камера;

5 — выходной затвор;

6 — тяговое устройство; 7 — приемное устройство.

У наклонных АНВ форма вулканизационной камеры имеет вид естественной кривой провисания опрессовываемого изделия. При правильно выбранном натяжении получается поверхность изделия без «зализов».

Однако поддержание заданного натяжения, особенно для кабелей с малым сечением токопроводящей жилы, представляет трудности.

Более удобны в эксплуатации АНВ вертикального типа, но их сооружение связано со значительными затратами.

Весьма эффективными являются АНВ наклонного типа для наложения двухслойной изоляции. Они применяются для изготовления высоковольтных кабелей с резиновой изоляцией. На этих агрегатах накладываются слои полупроводящей и изоляционной резины за один проход при помощи сдвоенных червячных прессов, которые имеют два цилиндра и одну общую головку.

Двухслойное опрессование целесообразно применять для изготовления кабелей со значительной радиальной толщиной изоляции. Поэтому такое опрессование применяют в основном на АНВ наклонного и вертикального типов.

Наложение полимерной изоляции

Самый распространенный способ производства кабелей и проводов с пластмассовой изоляцией — изолирование (или ошлангование) на червячных прессах путем выдавливания расплава полимера, находящегося в вязкотекучем состоянии. Этот способ обеспечивает высокую производительность, непрерывность процесса, дающую возможность выпускать продукцию большими длинами, широкую возможность автоматиаации и создания поточных линий совмещенных процессов.

На червячных прессах перерабатываются такие термопластичные полимеры, как полиэтилен разных видов, смеси полиэтилена с полиизобутиленом, полипропилен, полиамиды, некоторые виды фторопластов, поливинилхлоридные пластикаты.

На червячных прессах можно получать изделия с большой радиальной толщиной монолитной изоляции без воздушных включений, что весьма существенно для высоковольтных кабелей и проводов. Кроме того, существуют червячные прессы для наложения нескольких слоев изоляции или изоляции и оболочек за один проход.

Вследствие того, что фторопласт-4 не переходит в вязкотекучее состояние при повышении температуры, существуют специальные методы его переработки.

Широко используется метод обмотки лентами из фторопласта-4 для получения изоляции теплостойких, радиочастотных или стойких к агрессивным средам кабелей.

Для обмотки или продольного наложения на токопроводящую жилу применяются как строганые, так и давленые (сырые) или каландрованные пленки фторопласта-4 или фторопласта-4Д. После образования такой изоляции она обычно подвергается термообработке с целью получения монолитной изоляции («запечка» фторопласта).

Для получения тонкостенной изоляции или корделя для полувоздушной изоляции радиочастотных кабелей производят переработку фторопласта-4Д с добавкой замасливателя на плунжерных прессах методом смазанных паст. Полученная изоляция подвергается термообработке с целью удаления замасливателя и спекания материала.

Принцип действия экструдера

В процессе производства кабелей и проводов с пластмассовой и резиновой изоляцией широкое распространение получили экструдеры (червячные прессы), которые позволяют осуществлять непрерывный процесс наложения изоляции оболочки и выпускать кабельную продукцию практически неограниченной длины. Процесс такого непрерывного производства изоляции или оболочки называют экструзией или выдавливанием, а сами

прессы — экструдерами.

Наиболее широко путем экструзии перерабатываются такие термопластичные высокомолекулярные соединения, как полиэтилен, полипропилен, полиамиды, поливинилхлоридные пластикаты некоторые виды фторопластов, а также различные резиновые смеси.

Одним из основных преимуществ переработки полимеров в экструдерах является непрерывность процесса, а это в свою очередь открывает широкие возможности для совмещения процесса изолирования (или наложения оболочки) с другими операциями при изготовлении кабелей и проводов (например, волочением и отжигом токопроводящей жилы, контролем изолированной жилы, скруткой изолированных жил в группы или кабель и т. п.). Кроме того, непрерывный процесс производства кабелей и проводов открывает широкие возможности для автоматизации производственных процессов, что способствует более эффективному и качественному их осуществлению.

Схема экструдера

Основной рабочей частью любого экструдера является рабочий цилиндр 5, внутри которого размещается втулка 4, выполненная из специальных износоустойчивых легированных сталей, стойких к коррозии. Втулка плотно запрессована в цилиндр и имеет обогрев при помощи нагревателей 6, чаще всего электрического, реже индукционного типа. Предусматривается также внешнее охлаждение цилиндра экструдера воздухом 15 от вентилятора 16 или водой.

Главнейшим рабочим инструментом экструдера является червяк 3, который расположен внутри втулки цилиндра и приводится во вращение от электродвигателя 17 через редуктор 18. Червяк крепится в цилиндре экструдера консольно в подшипниках 20, 21, рассчитанных на значительные осевые нагрузки. Червяк имеет винтовую спиральную нарезку, которая расположена на рабочей части червяка, занимающей значительную длину. В зависимости от типа экструдера и вида перерабатываемого материала рабочая длина червяка в 4 — 25 раз превышает его диаметр.

Перерабатываемый материал 2 в виде гранул определенной формы периодически загружается или непрерывно подается специальным устройством в загрузочную воронку 1 экструдера. Вращающийся червяк за счет винтовой нарезки захватывает загруженный материал и перемещает его по направлению к зонам // и III экструдера. За счет механических усилий, действующих на материал в винтовом канале нарезки червяка, и за счет теплоты, поступающей от нагревателей цилиндра, гранулы полимера нагреваются и постепенно материал размягчается. Объем витков на входе червяка (зона / или зона загрузки) больше, чем на выходе в зоне /// — дозирующей зоне или зоне выдавливания. Отношение этих объемов называется компрессией или степенью сжатия. Количественно компрессия экструдера равна отношению плотности расплава полимера к средней плотности гранул в единице объема в зоне загрузки. Обычно компрессия в червяках для переработки пластмасс осуществляется за счет уменьшения глубины нарезки при неизменном по всей длине ее шаге. Как правило, это уменьшение глубины нарезки происходит в зоне //, которая называется зоной сжатия.

Если в начале зоны загрузки материал находится в виде гранул, то в конце этой зоны и в зоне сжатия наблюдаются уже две фазы состояния полимера — частично размягченные, но еще не расплавленные гранулы и расплав полимера. В зоне дозирования полимер уже расплавлен и полностью заполняет винтовой канал червяка.

За счет винтовой нарезки вращающегося червяка создается мощное усилие, которое выдавливает расплав полимера из цилиндра экструдера в головку 9, где расположен формующий инструмент (дорн 10 и матрица 11), обеспечивающий наложение заданного слоя 12 изоляции (или оболочки) на токопроводящую жилу 13.

Для повышения качества изоляции, повышения давления в головке, фильтрации расплава полимера между цилиндром и головкой экструдера размещается обычно пакет металлических сеток 7 и решетка 8. Во избежание образования мертвых зон в конце цилиндра, в которых скорость течения расплава равна нулю и, следовательно, происходит застой массы, конец червяка снабжается специальной насадкой 14, имеющей часто дополнительную нарезку.

Следует иметь в виду, что важное значение имеет правильно подобранный температурный режим нагрева зон цилиндра, головки и матрицы. Весьма существенным для эффективной работы экструдера является недопустимость перегрева червяка, особенно загрузочной зоны. Для этого внутри червяка имеется канал для трубы, в которую подается циркулирующая охлаждающая вода 19.

Процессы, происходящие в экструдере, весьма- сложны и не всегда поддаются строгому математическому описанию. Как было указано выше, в разных зонах экструдера полимер находится в разных состояниях, поэтому для объяснения причин его перемещения в цилиндре экструдера используются обычно различные физические модели. Рассмотрим сначала закономерности перемещения материала в загрузочной зоне пресса.

Классификация экструдеров

Экструдеры для переработки пластмасс и резиновых смесей имеют общую принципиальную конструкцию. Однако в зависимости от вида перерабатываемого материала, особенностей кабелей и проводов, которые изготовляются в экструдере, и других факторов конструктивное выполнение отдельных его элементов может быть различным.

В зависимости от взаимного положения центральных осей червяка и токопроводящей жилы или заготовки под оболочку, проходящих через головку, различают экструдеры прямоточные, с косоугольной и прямоугольной головками. В кабельной промышленности наиболее широко применяются прямоугольные головки, которые весьма удобны в эксплуатации, легко выполняются откидными, что облегчает смену формующего инструмента, фильтрующих сеток и решеток, чистку червяка и головки.

Упрощенные схемы экструдеров:

а) прямоугольный;

б) косоугольный;

в) прямоточный.

Имеет применение также косоугольная головка. Ее ось расположена под углом 40 — 60° к оси червяка, что выравнивает путь расплава полимера, поступающего из цилиндра экструдера в зону формующего инструмента. В этом ее некоторое преимущество перед прямоугольной головкой, в которой поток испытывает поворот на 90°, что затрудняет центровку изоляции на жиле. Однако, для того чтобы выполнить косоугольную 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 перегреву и разложению полимера и получению недоброкачественной изоляции.

Прямоточные экструдеры 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 вращающемся червяке, что существенно затрудняет заправку жилы и чистку головки. По этой причине прямоточные головки в кабельной промышленности не применяются, а используются в тех экструдерах, где нет необходимости во внутреннем отверстии дорна для прохождения жилы. Например, для экструзии полимерных плёнок, нитей и т.п.

Схема экструдера с двумя червяками.

Экструдеры обычно выполняются с цилиндром, в котором расположен один червяк. Однако существуют конструкции экструдеров, у которых в цилиндре расположены два червяка, оси которых параллельны, а выступы нарезки одного червяка входят во впадины другого. Такая конструкция способствует лучшей пластикации и переработке материала.

Для одновременного наложения двух или трех слоев на кабельную заготовку используются сдвоенные или строенные экструдеры. В этих агрегатах обычно различные материалы (для изоляции, экрана, оболочки) последовательно накладываются в одной общей головке. До поступления в общую головку материал каждого слоя перерабатывается в отдельном экструдере совместная работа которых синхронизирована.

При двухслойном наложении материала применяются так называемые V- или Т-образные агрегаты. Оси червяков первых расположены под углом 30-40° друг к другу, вторых — направлены навстречу.

схема T-образного экструдера.

схема V-образного экструдера.

Экструдеры для двух- и трехслойного наложения изоляции, экранов и оболочек применяются обычно для производства силовых и высоковольтных кабелей с пластмассовой или резиновой изоляцией. Для производства большинства кабелей и проводов с пластмассовой или резиновой изоляцией применяются одночервячные экструдеры с прямоугольной головкой.

Различаются эти экструдеры диаметром червяка, который является их основным техническим параметром.

Производительность прессов

Зависит от:

1. Геометрии пресса (конструкции шнека). Угол захода нарезки a.