Валкова піч для вулканізації гуми: поради щодо контролю температури

By Майк Чен, Директор з виробництва | Більше 12 років досвіду у виробництві гуми |LinkedIn

Ключові висновки

• ПІД-регулювання температури підтримує температуру печі затвердіння в межах ±1-2°C від заданого значення, що є критично важливим для рівномірної щільності зшивання по всіх деталях партії.
• Роликові печі з восьмикутними барабанами досягають кращої рівномірності температури, ніж статичні печі, оскільки безперервне обертання піддає всі поверхні деталей впливу циркулюючого гарячого повітря.
• ПІД-контролер Omron з виходом SSR 4-20 мА запобігає перевищенням потужності нагрівача, безперервно модулюючи потужність, а не циклічно вмикаючи та вимикаючи нагрівач.
• Подвійні системи захисту від перегріву в сучасних роликових печах автоматично вимикають нагрівач у разі збою основного контролера, запобігаючи пожежі та пошкодженню продукту.

Валкова піч для вулканізації гуми служить іншій меті, ніж преси для первинної вулканізації. Вторинна вулканізація, яку також називають поствулканізацією, завершує процес зшивання, який починається у прес-формі або прес-формі для лиття під тиском. Оскільки фізичні властивості гумових сумішей продовжують розвиватися під час вторинної вулканізації, постійний контроль температури в печі для вулканізації безпосередньо впливає на якість кінцевого продукту.

У цій статті розглядаються системи контролю температури, що використовуються у вальцьових печах для вулканізації гуми, практичні поради щодо підтримки рівномірного нагрівання та оптимізації параметрів процесу для різних гумових сумішей та розмірів партій.

Чому контроль температури в печі для вулканізації гуми впливає на якість продукції

Затвердіння гуми відбувається за залежністю часу від температури, що визначається кривою затвердіння гумової суміші. На кожні 10°C підвищення температури затвердіння швидкість реакції приблизно подвоюється. Коливання температури всього на 5°C у партії деталей може призвести до помітних відмінностей у міцності на розрив, подовженні при розриві та остаточній деформації при стисканні в межах однієї виробничої партії.

ЗаASTM D573іISO 188Згідно зі стандартами теплового старіння гуми, зв'язок між температурою та зміною властивостей є передбачуваним, коли температура точно контролюється. Вироби, що затверділи на нижній межі діапазону специфікацій, можуть мати неповне зшивання, що призводить до нижчого модуля пружності та вищої остаточної деформації при стисканні. Вироби на верхній межі можуть зазнати надмірного затвердіння, стаючи крихкими зі зменшеним подовженням. Валкова піч для затвердіння гуми з точним контролем температури усуває цю варіацію від партії до партії та від деталі до деталі.

Під час наших заводських випробувань понад 200 партій вторинної вулканізації з використанням роликової печі XCJ-K600 ми спостерігали, що деталі, затверділі за температури, регульованої PID-регулятором, у межах ±1,5°C від заданого значення, показали на 23% меншу варіацію твердості за Шором А порівняно з деталями, затверділими в печах з коливаннями температури ±5°C.

Системи контролю температури в роликовій печі для вулканізації гуми

Сучасні роликові печі для вулканізації гуми об'єднують три системи керування, які працюють разом для підтримки стабільних умов обробки.

ПІД-контролер з виходом SSR

ПІД-регулятор температури Omron у роликових печах XCJ-K600 та XCJ-K900 використовує пропорційно-інтегрально-похідний алгоритм для безперервного розрахунку необхідної потужності нагрівача. Вихідний сигнал 4-20 мА керує твердотільним реле (SSR), яке безперервно модулює потужність нагрівача, а не циклічно вмикає та вимикає нагрівач. Цей режим безперервного керування усуває перевищення та недовищення температури, що виникає при використанні простих термостатів типу «вмикання/вимикання». Результатом є стабільна температура в камері з точністю ±1-2°C у заданих точках від кімнатної температури до 260°C.

Система циркуляції гарячого повітря

Високотемпературний двигун з довгим валом, що приводить в рух турбінний вентилятор, забезпечує циркуляцію повітря 3000 кубічних метрів на годину. Оскільки гаряче повітря безперервно рухається через восьмикутний барабан і над гумовими деталями, що обертаються, кожна поверхня деталі отримує однаковий тепловий вплив. Ця циркуляція запобігає утворенню гарячих точок поблизу нагрівачів і холодних зон біля дверей або кутів. 100-міліметрова соляна бавовняна ізоляція підтримує температуру зовнішньої стінки нижче 35°C під час роботи при 200°C, зменшуючи втрати тепла та покращуючи температурну стабільність.

Восьмикутне обертання барабана для рівномірного нагрівання

Восьмикутна конструкція барабана виконує подвійну функцію: вона обертає гумові деталі за допомогою потоку гарячого повітря, а фасетовані внутрішні стінки створюють різні кути падіння, що запобігає злипанню деталей. Нерухома купа деталей утримує тепло в центрі, створюючи різницю в швидкості затвердіння між зовнішніми та внутрішніми деталями. Обертовий барабан усуває це розшарування, а роликовий двигун (0,75 кВт) підтримує постійну швидкість обертання незалежно від завантаження партії.

Поради щодо контролю температури під час роботи печі для вулканізації гуми

1. Встановіть параметри PID-регулятора на основі маси партії.Партія вагою 50 кг поглинає більше тепла під час початкової фази прогріву, ніж партія вагою 15 кг. Відрегулюйте пропорційну зону та час інтегрування на PID-контролері Omron, щоб врахувати різницю теплової маси. Почніть із параметрів виробника за замовчуванням та налаштуйте їх на основі часу відновлення температури після завантаження.
2. Перед завантаженням розігрійте роликову піч до заданого значення.Завантаження гумових деталей у піч, яка не досягла теплової рівноваги, призводить до падіння температури в камері нижче заданого значення. ПІД-регулятор відреагує, але час відновлення залежить від потужності нагрівача (10,5 кВт у XCJ-K600) та маси холодного завантаження. Зачекайте 15-20 хвилин для стабілізації після того, як контролер покаже досягнення заданого значення.
3. Слідкуйте за відновленням температури після завантаження.Найнижча температура в циклі затвердіння настає через 3-5 хвилин після завантаження свіжої партії. Падіння температури не повинно перевищувати 10°C для XCJ-K600 із завантаженням 15-20 кг. Якщо падіння перевищує 15°C, зменшіть розмір партії або збільште час попереднього нагрівання.
4. Використовуйте функцію таймера для послідовного контролю циклу.Таймер з функцією автоматичного зупинення нагрівача та звуковим сигналом гарантує, що кожна партія отримає однакову тривалість затвердіння. Не покладайтеся на ручне налаштування часу, оскільки мінливість оператора призводить до непотрібних варіацій процесу.
5. Калібруйте ПІД-контролер щорічно.Дрейф датчика температури з часом впливає на точність контролера. Вхідні дані контролера Omron слід перевіряти за допомогою каліброваної еталонної термопари принаймні раз на рік. Перекалібруйте, якщо показання відрізняються від еталонного значення більш ніж на 2°C за типової робочої температури.
6. Перевіряйте систему захисту від перегріву щотижня.Подвійний захист від перегріву в роликових печах XCJ-K600 та XCJ-K900 включає незалежні датчики верхньої межі, які вимикають нагрівач у разі відмови основного контролера. Перевірте цю систему, піднявши уставку верхньої межі вище робочої температури та переконавшись, що нагрівач відключається.

Рекомендовані температури в печі для вулканізації поширених гумових сумішей

Температури базуються на загальних рекомендаціях щодо компаундування. Фактичні параметри слід узгодити з постачальником компаунду та перевірити за допомогою випробувань механічних властивостей згідно зі стандартами ASTM D412 та ASTM D395.

Поширені проблеми контролю температури в печах для вулканізації гуми

Більшість проблем із контролем температури можна виявити за допомогою регулярного моніторингу дисплея системи керування Delta, який надає інформацію про робочий стан у режимі реального часу.

Вибір правильної роликової печі для вулканізації гуми

Роликові печі XCJ-K600 та XCJ-K900 від Xiamen Xingchangjia пропонують два об'єми обробки для різних масштабів виробництва. XCJ-K600 має камеру об'ємом 600 літрів з розмірами 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1100 мм (Т), що підходить для малого та середнього виробництва. XCJ-K900 забезпечує 900 літрів з розмірами 1300 мм (Ш) x 1600 мм (В) x 1300 мм (Т) і призначена для операцій затвердіння з великим обсягом.

Обидві моделі мають однакову систему контролю температури в основі — ПІД-контролер Omron, нагрівач потужністю 10,5 кВт, циркуляційний вентилятор продуктивністю 3000 куб. футів/год та подвійний захист від перегріву. Внутрішня та зовнішня конструкція з нержавіючої сталі 304 з товщиною стінки 1,5 мм запобігають корозії протягом багатьох років експлуатації. Регульований діапазон температур від кімнатної до 280°C покриває всі поширені вимоги до вторинної вулканізації для компаундів NBR, EPDM, FKM, силікону та HNBR.

Висновок: Постійна температура затвердіння означає стабільну якість гуми

Контроль температури є найважливішим фактором вторинної вулканізації. Роликова піч для вулканізації гуми з ПІД-регулюванням, ефективною циркуляцією гарячого повітря та восьмикутним обертанням барабана забезпечує рівномірні умови нагрівання, необхідні для стабільної щільності зшивання на всіх деталях у кожній партії. ПІД-контролери Omron з виходом SSR 4-20 мА, у поєднанні з циркуляцією повітря 3000 куб. м/год та ізоляцією 100 мм, забезпечують стабільність температури, необхідну для відповідності стандартам ISO 188 та ASTM D573.

Оператори, які дотримуються систематичних процедур управління температурою — попереднього нагрівання, контролю відновлення, перевірки однорідності та підтримки систем безпеки — досягають меншої варіації властивостей вулканізованої гуми та вищого вихіду продукції.