Valcová pec na vytvrdzovanie gumy: Tipy na reguláciu teploty

By Mike Chen, výrobný riaditeľ | 12+ rokov skúseností vo výrobe gumy |LinkedIn

Kľúčové poznatky

• PID regulácia teploty udržiava teplotu vytvrdzovacej pece v rozmedzí ±1 – 2 °C od nastavenej hodnoty, čo je rozhodujúce pre rovnomernú hustotu zosieťovania vo všetkých častiach v dávke.
• Valcové pece s osemuholníkovými bubnami dosahujú lepšiu rovnomernosť teploty ako statické pece, pretože kontinuálna rotácia vystavuje všetky povrchy dielov cirkulujúcemu horúcemu vzduchu.
• PID regulátor Omron s výstupom SSR 4 – 20 mA zabraňuje prekročeniu ohrievača tým, že plynule moduluje výkon namiesto cyklického zapínania a vypínania ohrievača.
• Dvojité systémy ochrany proti prehriatiu v moderných valcových vytvrdzovacích peciach automaticky vypnú ohrievač, ak zlyhá primárny ovládač, čím sa zabráni požiaru a poškodeniu produktu.

Valcová pec na vulkanizáciu gumy slúži na iný účel ako primárne vulkanizačné lisy. Sekundárna vulkanizácia – nazývaná aj dodatočné vulkanizovanie – dokončuje proces zosieťovania, ktorý začína v lisovacej alebo vstrekovacej forme. Pretože fyzikálne vlastnosti gumových zmesí sa počas sekundárnej vulkanizácie neustále vyvíjajú, konzistentná regulácia teploty vo vulkanizačnej peci priamo ovplyvňuje kvalitu konečného výrobku.

Tento článok sa zaoberá systémami regulácie teploty používanými vo valcových peciach na vulkanizáciu gumy, praktickými tipmi na udržanie rovnomerného ohrevu a optimalizáciou procesných parametrov pre rôzne gumové zmesi a veľkosti šarží.

Prečo regulácia teploty v peci na vulkanizáciu gumy ovplyvňuje kvalitu výrobku

Vytvrdzovanie gumy sa riadi časovo-teplotným vzťahom definovaným krivkou vytvrdzovania zmesi. Pri každom zvýšení teploty vytvrdzovania o 10 °C sa rýchlosť reakcie približne zdvojnásobí. Zmena teploty len o 5 °C v rámci šarže dielov môže spôsobiť merateľné rozdiely v pevnosti v ťahu, predĺžení pri pretrhnutí a deformácii v tlaku v rámci tej istej výrobnej série.

ZaASTM D573aISO 188Podľa noriem pre tepelné starnutie gumy je vzťah medzi teplotou a zmenou vlastností predvídateľný, keď je teplota presne kontrolovaná. Výrobky vytvrdené na spodnej hranici rozsahu špecifikácií môžu mať neúplné zosieťovanie, čo má za následok nižší modul a vyššiu deformáciu v tlaku. Výrobky na hornej hranici môžu podliehať nadmernému vytvrdzovaniu, čím sa stanú krehkými so zníženým predĺžením. Valcová pec na vytvrdzovanie gumy s presnou reguláciou teploty eliminuje túto odchýlku medzi jednotlivými šaržami a medzi jednotlivými dielmi.

V našich továrenských testoch na viac ako 200 dávkach sekundárnej vulkanizácie s použitím valcovej pece XCJ-K600 sme pozorovali, že diely vytvrdené pri teplote riadenej PID v rozmedzí ±1,5 °C od nastavenej hodnoty vykazovali o 23 % nižšiu odchýlku tvrdosti Shore A v porovnaní s dielmi vytvrdenými v peciach s teplotnými výkyvmi ±5 °C.

Systémy regulácie teploty vo valcovej peci na vytvrdzovanie gumy

Moderné valcové pece na vulkanizáciu gumy integrujú tri riadiace systémy, ktoré spolupracujú na udržiavaní konzistentných podmienok spracovania.

PID regulátor s výstupom SSR

Regulátor teploty Omron PID vo valcových peciach XCJ-K600 a XCJ-K900 používa proporcionálny-integračno-derivačný algoritmus na nepretržitý výpočet požadovaného výkonu ohrievača. Výstupný signál 4 – 20 mA riadi polovodičové relé (SSR), ktoré nepretržite moduluje výkon ohrievača, namiesto toho, aby ho cyklicky zapínalo a vypínalo. Tento režim nepretržitej regulácie eliminuje prekmity a podkročenia teploty, ku ktorým dochádza pri jednoduchých termostatoch typu „zap/vyp“. Výsledkom je stabilná teplota v komore s presnosťou ±1 – 2 °C v nastavených hodnotách medzi izbovou teplotou a 260 °C.

Systém cirkulácie horúceho vzduchu

Vysokoteplotný motor s dlhým hriadeľom poháňajúci turbínový ventilátor vytvára cirkuláciu vzduchu s výkonom 3 000 kubických metrov za hodinu. Pretože horúci vzduch sa nepretržite pohybuje cez osemuholníkový bubon a cez prevracajúce sa gumené časti, povrch každej časti je vystavený rovnakému teplu. Táto cirkulácia zabraňuje tvorbe horúcich miest v blízkosti ohrievačov a studených zón v blízkosti dverí alebo rohov. 100 mm izolácia zo soľnej bavlny udržiava teplotu vonkajšej steny pod 35 °C počas prevádzky pri 200 °C, čím sa znižuje tepelná strata a zlepšuje teplotná stabilita.

Osemhranná rotácia bubna pre rovnomerné vystavenie teplu

Osemhranná konštrukcia bubna slúži na dva účely: otáča gumové diely prúdom horúceho vzduchu a fazetované vnútorné steny vytvárajú rôzne uhly pádu, ktoré bránia súčiastkam vkladať sa do seba. Stacionárna kopa súčiastok zachytáva teplo v strede, čím vytvára rozdiely v rýchlosti vytvrdzovania medzi vonkajšími a vnútornými časťami. Rotujúci bubon eliminuje toto vrstvenie a motor valca (0,75 kW) udržiava konštantnú rýchlosť otáčania bez ohľadu na zaťaženie dávky.

Tipy na reguláciu teploty pri prevádzke pece na vytvrdzovanie gumy

1. Nastavte parametre PID na základe hmotnosti dávky.Dávka s hmotnosťou 50 kg absorbuje počas počiatočnej fázy zahrievania viac tepla ako dávka s hmotnosťou 15 kg. Upravte proporcionálne pásmo a integračný čas na regulátore Omron PID tak, aby sa zohľadnil rozdiel tepelnej hmotnosti. Začnite s predvolenými parametrami výrobcu a jemne dolaďte na základe času zotavenia teploty po naložení.
2. Pred vložením predhrejte valcovú pec na nastavenú hodnotu.Vkladanie gumových dielov do pece, ktorá nedosiahla tepelnú rovnováhu, spôsobí pokles teploty v komore pod nastavenú hodnotu. PID regulátor zareaguje, ale čas zotavenia závisí od výkonu ohrievača (10,5 kW v XCJ-K600) a hmotnosti studeného zaťaženia. Po dosiahnutí nastavenej hodnoty regulátorom nechajte 15 – 20 minút stabilizovať teplotu.
3. Po naložení monitorujte obnovenie teploty.Najchladnejší moment v cykle vytvrdzovania nastáva 3 – 5 minút po vložení čerstvej dávky. Pokles teploty by nemal pre XCJ-K600 s hmotnosťou 15 – 20 kg prekročiť 10 °C. Ak pokles presiahne 15 °C, znížte veľkosť dávky alebo predĺžte čas predhrievania.
4. Pre konzistentné riadenie cyklu použite funkciu časovača.Časovač s časom 0 – 99,99 hodín s automatickým vypnutím ohrievača a zvukovým alarmom zaisťuje, že každá dávka dostane rovnaký čas vytvrdzovania. Nespoliehajte sa na manuálne nastavenie času, pretože variabilita operátora spôsobuje zbytočné zmeny procesu.
5. Kalibrujte PID regulátor každoročne.Posun teplotného senzora v priebehu času ovplyvňuje presnosť regulátora. Vstup regulátora Omron by sa mal overiť oproti kalibrovanému referenčnému termočlánku aspoň raz ročne. Ak sa údaj pri typickej prevádzkovej teplote líši od referenčného o viac ako 2 °C, vykonajte prekalibráciu.
6. Systém ochrany proti prehriatiu kontrolujte každý týždeň.Dvojitá ochrana proti prehriatiu vo valcových peciach XCJ-K600 a XCJ-K900 obsahuje nezávislé senzory horného limitu, ktoré vypnú ohrievač, ak zlyhá primárny ovládač. Tento systém otestujte zvýšením nastavenej hodnoty horného limitu nad prevádzkovú teplotu a potvrdením, že sa ohrievač odpojí.

Odporúčané teploty vytvrdzovacej pece pre bežné gumové zmesi

Teploty sú založené na všeobecných pokynoch pre miešanie. Skutočné parametre by mali byť potvrdené dodávateľom zmesi a overené skúškami mechanických vlastností podľa noriem ASTM D412 a ASTM D395.

Bežné problémy s reguláciou teploty v peciach na vytvrdzovanie gumy

Väčšinu problémov s reguláciou teploty možno identifikovať pravidelným monitorovaním displeja riadiaceho systému Delta, ktorý poskytuje informácie o prevádzkovom stave v reálnom čase.

Výber správnej valcovej pece na vytvrdzovanie gumy

Valcové pece XCJ-K600 a XCJ-K900 od spoločnosti Xiamen Xingchangjia ponúkajú dva objemy spracovania pre rôzne výrobné mierky. Model XCJ-K600 má 600-litrovú komoru s rozmermi 1300 mm (Š) x 1600 mm (V) x 1100 mm (H), vhodnú pre malú až strednú výrobu. Model XCJ-K900 poskytuje 900 litrov s rozmermi 1300 mm (Š) x 1600 mm (V) x 1300 mm (H) a je určený pre vytvrdzovacie operácie s vyšším objemom.

Oba modely zdieľajú rovnaký systém regulácie teploty jadra – PID regulátor Omron, ohrievač s výkonom 10,5 kW, cirkulačný ventilátor s výkonom 3000 CBM/h a dvojitú ochranu proti prehriatiu. Vnútorná a vonkajšia konštrukcia z nehrdzavejúcej ocele 304 s hrúbkou steny 1,5 mm zabraňuje korózii počas rokov prevádzky. Nastaviteľný teplotný rozsah od izbovej teploty do 280 °C pokrýva všetky bežné požiadavky na sekundárnu vulkanizáciu pre zmesi NBR, EPDM, FKM, silikón a HNBR.

Záver: Konzistentná teplota vytvrdzovania znamená konzistentnú kvalitu gumy

Regulácia teploty je najdôležitejším faktorom pri sekundárnej vulkanizácii. Valcová pec na vytvrdzovanie gumy s PID reguláciou, efektívnou cirkuláciou horúceho vzduchu a osemuholníkovou rotáciou bubna zaisťuje rovnomerné podmienky ohrevu potrebné pre konzistentnú hustotu zosieťovania vo všetkých častiach v každej dávke. PID regulátory Omron s výstupom SSR 4 – 20 mA, spárované s cirkuláciou vzduchu 3 000 CBM/h a 100 mm izoláciou, zabezpečujú teplotnú stabilitu požadovanú pre splnenie noriem ISO 188 a ASTM D573.

Prevádzkovatelia, ktorí systematicky dodržiavajú postupy riadenia teploty – predhrievanie, monitorovanie regenerácie, overovanie rovnomernosti a údržbu bezpečnostných systémov – dosahujú menšie rozdiely vo vlastnostiach vytvrdenej gumy a vyšší výťažok výroby.