Вальцовая печь для вулканизации резины: советы по контролю температуры

By Майк ЧенДиректор по производству | Более 12 лет опыта в производстве резиновых изделий |LinkedIn

Основные выводы

• Система ПИД-регулирования температуры поддерживает температуру в печи для отверждения в пределах ±1-2°C от заданного значения, что имеет решающее значение для равномерной плотности сшивания всех деталей в партии.
• Вальцовые печи с восьмиугольными барабанами обеспечивают более равномерное распределение температуры, чем статические печи, поскольку непрерывное вращение подвергает все поверхности деталей воздействию циркулирующего горячего воздуха.
• ПИД-регулятор Omron с выходом SSR 4-20 мА предотвращает перерегулирование нагревателя, непрерывно модулируя мощность, а не циклически включая и выключая нагреватель.
• В современных вальцовых сушильных печах двойная система защиты от перегрева автоматически отключает нагреватель в случае отказа основного контроллера, предотвращая возгорание и повреждение продукции.

Вальцовая печь для вулканизации резины выполняет иную функцию, чем прессы для первичной вулканизации. Вторичная вулканизация — также называемая поствулканизацией — завершает процесс сшивания, начинающийся в пресс-форме или литьевой форме. Поскольку физические свойства резиновых смесей продолжают развиваться во время вторичной вулканизации, постоянный контроль температуры в вулканизационной печи напрямую влияет на качество конечного продукта.

В данной статье рассматриваются системы контроля температуры, используемые в вальцовых печах для вулканизации резины, практические советы по поддержанию равномерного нагрева, а также способы оптимизации параметров процесса для различных резиновых смесей и объемов партий.

Почему контроль температуры в печи для вулканизации резины влияет на качество продукции

Процесс вулканизации резины подчиняется зависимости «время-температура», определяемой кривой вулканизации компаунда. При каждом повышении температуры вулканизации на 10°C скорость реакции примерно удваивается. Изменение температуры всего на 5°C в партии деталей может привести к измеримым различиям в прочности на разрыв, относительном удлинении при разрыве и остаточной деформации при сжатии в рамках одной и той же производственной партии.

ПерASTM D573иISO 188В соответствии со стандартами термообработки резины, зависимость между температурой и изменением свойств предсказуема при точном контроле температуры. Изделия, вулканизированные при более низких температурах, могут иметь неполное сшивание, что приводит к снижению модуля упругости и увеличению остаточной деформации при сжатии. Изделия, вулканизированные при более высоких температурах, могут подвергаться перевулканизации, становясь хрупкими и уменьшая удлинение. Валковая печь для вулканизации резины с точным контролем температуры исключает эти колебания от партии к партии и от детали к детали.

В ходе заводских испытаний, проведенных на более чем 200 партиях вторичной вулканизации с использованием роликовой печи XCJ-K600, мы обнаружили, что детали, вулканизированные с помощью ПИД-регулятора температуры с отклонением ±1,5°C от заданной точки, показали на 23% меньшую вариацию твердости по Шору А по сравнению с деталями, вулканизированными в печах с колебаниями температуры ±5°C.

Системы контроля температуры в роликовой печи для вулканизации резины

Современные вальцовые печи для вулканизации резины объединяют три системы управления, которые работают совместно для поддержания постоянных условий обработки.

ПИД-регулятор с выходом SSR

В роликовых печах XCJ-K600 и XCJ-K900 ПИД-регулятор температуры Omron использует алгоритм пропорционально-интегрально-дифференциального управления для непрерывного расчета необходимой мощности нагревателя. Выходной сигнал 4-20 мА управляет твердотельным реле (SSR), которое непрерывно модулирует мощность нагревателя, а не включает и выключает его циклически. Этот режим непрерывного управления исключает перерегулирование и недорегулирование температуры, которые возникают при использовании простых термостатов с режимом включения-выключения. В результате достигается стабильная температура в камере с точностью ±1-2°C в заданных значениях в диапазоне от комнатной температуры до 260°C.

Система циркуляции горячего воздуха

Высокотемпературный двигатель с длинным валом, приводящий в движение турбинный вентилятор, обеспечивает циркуляцию воздуха объемом 3000 кубических метров в час. Благодаря непрерывному движению горячего воздуха через восьмиугольный барабан и над вращающимися резиновыми деталями, каждая поверхность детали подвергается одинаковому тепловому воздействию. Такая циркуляция предотвращает образование зон перегрева вблизи нагревателей и холодных зон у двери или углов. 100-миллиметровая теплоизоляция из солевого хлопка поддерживает температуру наружной стенки ниже 35°C при работе при температуре 200°C, снижая теплопотери и повышая температурную стабильность.

Восьмиугольное вращение барабана для равномерного воздействия тепла

Восьмиугольная конструкция барабана выполняет двойную функцию: она вращает резиновые детали в потоке горячего воздуха, а граненые внутренние стенки создают различные углы наклона, предотвращая слипание деталей. Неподвижная стопка деталей удерживает тепло в центре, создавая разницу в скорости отверждения между внешними и внутренними деталями. Вращающийся барабан устраняет это расслоение, а двигатель ролика (0,75 кВт) поддерживает постоянную скорость вращения независимо от загрузки партии.

Рекомендации по контролю температуры при работе печи для вулканизации резины.

1. Установите параметры ПИД-регулятора в зависимости от массы партии.Партия весом 50 кг поглощает больше тепла на начальном этапе прогрева, чем партия весом 15 кг. Отрегулируйте пропорциональную полосу и время интегрирования на ПИД-регуляторе Omron с учетом разницы в тепловой массе. Начните с параметров по умолчанию, установленных производителем, и выполните точную настройку, исходя из времени восстановления температуры после загрузки.
2. Перед загрузкой предварительно разогрейте вальцовую печь до заданной температуры.Загрузка резиновых деталей в печь, не достигшую теплового равновесия, приводит к падению температуры в камере ниже заданного значения. ПИД-регулятор отреагирует, но время восстановления зависит от мощности нагревателя (10,5 кВт в XCJ-K600) и массы холодной нагрузки. После того, как регулятор укажет на достижение заданного значения, дайте время стабилизации в течение 15-20 минут.
3. Контролируйте восстановление температуры после загрузки.Самый холодный момент в цикле вулканизации наступает через 3-5 минут после загрузки свежей партии. Падение температуры не должно превышать 10°C для установки XCJ-K600 с загрузкой 15-20 кг. Если падение превышает 15°C, уменьшите размер партии или увеличьте время предварительного нагрева.
4. Используйте функцию таймера для обеспечения стабильного управления циклом.Таймер с диапазоном от 0 до 99,99 часов, автоматической остановкой нагревателя и звуковым сигналом обеспечивает одинаковую продолжительность отверждения для каждой партии. Не полагайтесь на ручной таймер, так как вариативность показаний оператора вносит ненужные изменения в технологический процесс.
5. Ежегодно проводите калибровку ПИД-регулятора.Со временем дрейф показаний датчика температуры влияет на точность контроллера. Входные данные контроллера Omron следует проверять по калиброванному эталонному термоэлементу не реже одного раза в год. Повторную калибровку следует проводить, если показания отличаются от эталонных более чем на 2 °C при типичной рабочей температуре.
6. Проверяйте систему защиты от перегрева еженедельно.Двойная защита от перегрева в роликовых печах XCJ-K600 и XCJ-K900 включает в себя независимые датчики верхнего предела, которые отключают нагреватель в случае отказа основного контроллера. Проверьте эту систему, подняв заданное значение верхнего предела выше рабочей температуры и убедившись, что нагреватель отключается.

Рекомендуемые температуры в печи для вулканизации распространенных резиновых смесей

Температурные режимы указаны в соответствии с общими рекомендациями по компаундированию. Фактические параметры следует уточнить у поставщика компаунда и проверить путем испытаний механических свойств в соответствии со стандартами ASTM D412 и ASTM D395.

Распространенные проблемы с регулированием температуры в печах для вулканизации резины.

Большинство проблем с регулированием температуры можно выявить путем регулярного мониторинга дисплея системы управления Delta, который предоставляет информацию о рабочем состоянии в режиме реального времени.

Выбор подходящей вальцовой печи для вулканизации резины.

Вальцовые печи XCJ-K600 и XCJ-K900 от компании Xiamen Xingchangjia предлагают два варианта объема обработки для разных масштабов производства. Печь XCJ-K600 имеет объем 600 литров и размеры 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1100 мм (Т), что подходит для малого и среднего производства. Печь XCJ-K900 обеспечивает объем 900 литров при размерах 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1300 мм (Т) и предназначена для более крупных объемов отверждения.

Обе модели имеют одинаковую систему контроля температуры — ПИД-регулятор Omron, нагреватель мощностью 10,5 кВт, циркуляционный вентилятор производительностью 3000 куб. м/ч и двойную защиту от перегрева. Внутренняя и внешняя конструкция из нержавеющей стали 304 с толщиной стенок 1,5 мм предотвращает коррозию в течение многих лет эксплуатации. Регулируемый диапазон температур от комнатной температуры до 280°C охватывает все распространенные требования вторичной вулканизации для компаундов NBR, EPDM, FKM, силикона и HNBR.

Вывод: Постоянная температура вулканизации означает стабильное качество резины.

Контроль температуры является важнейшим фактором вторичной вулканизации. Вальцовая печь для вулканизации резины с ПИД-регулированием, эффективной циркуляцией горячего воздуха и восьмиугольным вращением барабана обеспечивает равномерные условия нагрева, необходимые для стабильной плотности сшивки во всех деталях каждой партии. ПИД-регуляторы Omron с выходным сигналом SSR 4-20 мА в сочетании с циркуляцией воздуха 3000 куб. м/ч и изоляцией толщиной 100 мм обеспечивают температурную стабильность, необходимую для соответствия стандартам ISO 188 и ASTM D573.

Операторы, которые следуют систематическим процедурам управления температурой — предварительному нагреву, контролю процесса восстановления, проверке однородности и поддержанию систем безопасности — достигают меньших колебаний свойств вулканизированной резины и более высокого выхода продукции.