Valjčna peč za vulkanizacijo gume: Nasveti za nadzor temperature

By Mike Chen, direktor proizvodnje | Več kot 12 let izkušenj v gumarski industriji |LinkedIn

Ključne ugotovitve

• PID regulacija temperature vzdržuje temperaturo sušilne peči znotraj ±1–2 °C od nastavljene vrednosti, kar je ključnega pomena za enakomerno gostoto zamreženja po vseh delih v seriji.
• Valjčne pečice z osmerokotnimi bobni dosegajo boljšo enakomernost temperature kot statične pečice, ker nenehno vrtenje izpostavlja vse površine delov krožečemu vročemu zraku.
• Omronov PID krmilnik z izhodom SSR 4–20 mA preprečuje prekoračitev temperature grelnika tako, da neprekinjeno modulira moč, namesto da bi grelnik ciklično vklapljal in izklapljal.
• Dvojni sistemi za zaščito pred previsoko temperaturo v sodobnih valjčnih sušilnih pečeh samodejno izklopijo grelec, če primarni krmilnik odpove, kar preprečuje požar in poškodbe izdelka.

Valjčna peč za vulkanizacijo gume služi drugačnemu namenu kot stiskalnice za primarno vulkanizacijo. Sekundarna vulkanizacija – imenovana tudi naknadna vulkanizacija – zaključi proces zamreženja, ki se začne v kompresijskem ali brizgalnem kalupu. Ker se fizikalne lastnosti gumijastih zmesi med sekundarno vulkanizacijo še naprej razvijajo, dosleden nadzor temperature v vulkanizacijski peči neposredno vpliva na kakovost končnega izdelka.

Ta članek obravnava sisteme za nadzor temperature, ki se uporabljajo v valjčnih pečeh za vulkanizacijo gume, praktične nasvete za vzdrževanje enakomernega segrevanja in kako optimizirati procesne parametre za različne gumene zmesi in velikosti serij.

Zakaj nadzor temperature v pečici za vulkanizacijo gume vpliva na kakovost izdelka

Strjevanje gume sledi časovno-temperaturnemu razmerju, ki ga določa krivulja strjevanja spojine. Za vsakih 10 °C povišanja temperature strjevanja se hitrost reakcije približno podvoji. Že temperaturna sprememba za samo 5 °C v seriji delov lahko povzroči merljive razlike v natezni trdnosti, raztezku pri pretrgu in kompresijski deformaciji v isti proizvodni seriji.

NaASTM D573inISO 188Standardi za toplotno staranje gume kažejo, da je razmerje med temperaturo in spremembo lastnosti predvidljivo, če je temperatura natančno nadzorovana. Izdelki, utrjeni na spodnjem koncu specifikacijskega območja, imajo lahko nepopolno zamreženje, kar ima za posledico nižji modul in večjo kompresijsko deformacijo. Izdelki na višjem koncu se lahko prekomerno utrdijo, postanejo krhki z zmanjšanim raztezkom. Valjčna peč za utrjevanje gume z natančnim nadzorom temperature odpravlja to razliko med serijami in med deli.

V naših tovarniških testiranjih na več kot 200 serijah sekundarne vulkanizacije z uporabo valjčne peči XCJ-K600 smo opazili, da so deli, utrjeni s PID-krmiljeno temperaturo znotraj ±1,5 °C od nastavljene točke, pokazali 23 % manjše nihanje trdote po Shore A v primerjavi z deli, utrjenimi v pečeh s temperaturnimi nihanji ±5 °C.

Sistemi za nadzor temperature v valjčni peči za vulkanizacijo gume

Sodobne valjčne peči za vulkanizacijo gume imajo vgrajene tri krmilne sisteme, ki delujejo skupaj za vzdrževanje doslednih pogojev obdelave.

PID krmilnik z izhodom SSR

Omronov PID regulator temperature v valjčnih pečeh XCJ-K600 in XCJ-K900 uporablja proporcionalno-integralno-derivacijski algoritem za neprekinjen izračun potrebne moči grelnika. Izhodni signal 4–20 mA poganja polprevodniški rele (SSR), ki neprekinjeno modulira moč grelnika, namesto da bi ga ciklično vklapljal in izklapljal. Ta način neprekinjenega krmiljenja odpravlja prekoračitve in podcenitve temperature, ki se pojavljajo pri preprostih vklopno-izklopnih termostatih. Rezultat je stabilna temperatura komore z natančnostjo ±1–2 °C pri nastavljenih točkah med sobno temperaturo in 260 °C.

Sistem za kroženje vročega zraka

Visokotemperaturni motor z dolgo gredjo, ki poganja turbinski ventilator, proizvede 3000 kubičnih metrov zraka na uro kroženja. Ker se vroč zrak neprekinjeno premika skozi osmerokotni boben in čez gumijaste dele, je vsaka površina enako izpostavljena toploti. Ta cirkulacija preprečuje nastanek vročih točk v bližini grelnikov in hladnih con v bližini vrat ali vogalov. 100 mm izolacija iz slane bombaža vzdržuje temperaturo zunanje stene pod 35 °C med delovanjem pri 200 °C, kar zmanjšuje izgubo toplote in izboljšuje temperaturno stabilnost.

Osmerokotno vrtenje bobna za enakomerno izpostavljenost toploti

Osmerokotna zasnova bobna ima dvojni namen: vrti gumijaste dele skozi tok vročega zraka, fasetirane notranje stene pa ustvarjajo različne kote padca, ki preprečujejo, da bi se deli gnezdili skupaj. Stacionarni kup delov zadržuje toploto v središču, kar ustvarja razlike v hitrosti strjevanja med zunanjimi in notranjimi deli. Vrteči se boben odpravlja to stratifikacijo, valjčni motor (0,75 kW) pa vzdržuje konstantno hitrost vrtenja ne glede na obremenitev serije.

Nasveti za nadzor temperature pri delovanju pečice za vulkanizacijo gume

1. Nastavite parametre PID glede na maso šarže.Serija s težo 50 kg absorbira več toplote med začetno fazo ogrevanja kot serija s težo 15 kg. Prilagodite proporcionalni pas in integracijski čas na Omron PID krmilniku, da upoštevate razliko v toplotni masi. Začnite s privzetimi parametri proizvajalca in jih natančno nastavite glede na čas okrevanja temperature po obremenitvi.
2. Pred nalaganjem valjčno peč segrejte na nastavljeno temperaturo.Vlaganje gumijastih delov v pečico, ki še ni dosegla toplotnega ravnovesja, povzroči padec temperature komore pod nastavljeno vrednost. PID regulator se bo odzval, vendar je čas okrevanja odvisen od moči grelnika (10,5 kW v XCJ-K600) in mase hladne obremenitve. Ko regulator pokaže, da je nastavljena vrednost dosežena, pustite 15–20 minut stabilizacije.
3. Spremljajte okrevanje temperature po nalaganju.Najhladnejši trenutek v ciklu sušenja nastopi 3–5 minut po nalaganju sveže serije. Padec temperature pri XCJ-K600 z obremenitvijo 15–20 kg ne sme preseči 10 °C. Če padec preseže 15 °C, zmanjšajte velikost serije ali podaljšajte čas predgrevanja.
4. Za dosleden nadzor cikla uporabite funkcijo časovnika.Časovnik od 0 do 99,99 ur z avtomatskim izklopom grelnika in zvočnim alarmom zagotavlja, da ima vsaka serija enako trajanje strjevanja. Ne zanašajte se na ročno nastavljanje časa, saj spremenljivost operaterja povzroči nepotrebne spremembe v postopku.
5. PID regulator kalibrirajte vsako leto.Zdrs temperaturnega senzorja skozi čas vpliva na natančnost krmilnika. Vhod Omronovega krmilnika je treba vsaj enkrat letno preveriti s kalibriranim referenčnim termočlenom. Ponovno kalibrirajte, če se odčitek pri tipični delovni temperaturi razlikuje za več kot 2 °C od referenčnega.
6. Tedensko preverjajte sistem za zaščito pred previsoko temperaturo.Dvojna zaščita pred previsoko temperaturo v valjčnih pečeh XCJ-K600 in XCJ-K900 vključuje neodvisne senzorje zgornje meje, ki izklopijo grelec, če primarni krmilnik odpove. Ta sistem preizkusite tako, da zvišate nastavljeno vrednost zgornje meje nad delovno temperaturo in preverite, ali se grelec izklopi.

Priporočene temperature vulkanizacijske peči za običajne gumijaste zmesi

Temperature temeljijo na splošnih smernicah za mešanje. Dejanske parametre je treba potrditi z dobaviteljem mešanice in preveriti s preskusi mehanskih lastnosti v skladu s standardoma ASTM D412 in ASTM D395.

Pogoste težave z nadzorom temperature v pečeh za vulkanizacijo gume

Večino težav z nadzorom temperature je mogoče prepoznati z rednim spremljanjem zaslona krmilnega sistema Delta, ki zagotavlja informacije o stanju delovanja v realnem času.

Izbira prave valjčne peči za vulkanizacijo gume

Valjčni peči XCJ-K600 in XCJ-K900 podjetja Xiamen Xingchangjia ponujata dva obsega obdelave za različna proizvodna merila. XCJ-K600 ima 600-litrsko komoro z dimenzijami 1300 mm (Š) x 1600 mm (V) x 1100 mm (G), primerno za majhno do srednje veliko proizvodnjo. XCJ-K900 zagotavlja 900 litrov pri dimenzijah 1300 mm (Š) x 1600 mm (V) x 1300 mm (G) in je zasnovana za operacije sušenja z večjimi količinami.

Oba modela imata enak sistem za nadzor temperature jedra – Omron PID krmilnik, grelec z močjo 10,5 kW, krožni ventilator s 3000 CBM/h in dvojno zaščito pred previsoko temperaturo. Notranja in zunanja konstrukcija iz nerjavečega jekla 304 z debelino stene 1,5 mm preprečuje korozijo skozi leta delovanja. Nastavljivo temperaturno območje od sobne temperature do 280 °C pokriva vse običajne zahteve sekundarne vulkanizacije za NBR, EPDM, FKM, silikon in HNBR spojine.

Zaključek: Dosledna temperatura vulkanizacije pomeni dosledno kakovost gume

Nadzor temperature je najpomembnejši dejavnik pri sekundarni vulkanizaciji. Valjčna peč za vulkanizacijo gume s PID krmiljenjem, učinkovitim kroženjem vročega zraka in osmerokotnim vrtenjem bobna zagotavlja enakomerne pogoje segrevanja, potrebne za dosledno gostoto zamreženja na vseh delih v vsaki seriji. Omronovi PID krmilniki z izhodom SSR 4–20 mA, povezani s kroženjem zraka 3000 CBM/h in 100 mm izolacijo, zagotavljajo temperaturno stabilnost, ki je potrebna za skladnost z ISO 188 in ASTM D573.

Operaterji, ki sistematično upoštevajo postopke upravljanja temperature – predgrevanje, spremljanje okrevanja, preverjanje enakomernosti in vzdrževanje varnostnih sistemov – dosegajo manjše razlike v lastnostih vulkanizirane gume in višji proizvodni izkoristek.