董振園, 申 碩, 廉 果, 王雪飛, 曹 強

（1.江蘇亨通電力電纜有限公司, 江蘇 蘇州 215234；2.鄭州一方電氣有限公司, 河南 鄭州 100088）

陶瓷化耐火硅橡膠加工工藝探討

董振園1, 申 碩2, 廉 果1, 王雪飛1, 曹 強1

（1.江蘇亨通電力電纜有限公司, 江蘇 蘇州 215234；2.鄭州一方電氣有限公司, 河南 鄭州 100088）

討論了陶瓷化耐火硅橡膠的加工工藝；采用可以提高生產(chǎn)效率的懸鏈式生產(chǎn)線，通過合理的模具設計、牽引力矩計算，保證了擠出制品的表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸;正確的擠出溫度及硫化工藝保證了產(chǎn)品的性能。

陶瓷化耐火硅橡膠；材料；工藝

0 前 言

近些年來，特別是美國9.11事件，以及國內(nèi)幾家大型公共娛樂場所、化工、煤礦、商廈火災造成的慘重的人民生命和財產(chǎn)的重大損失，人們對消防、防火安全有了更加深刻的認識。如何在火災的情況下，在一定時間內(nèi)保障電力和通訊的暢通，最大限度地贏得寶貴的時間，減少人員傷亡和生命財產(chǎn)損失，是人們一直在不斷探索的課題。

在新技術、新材料不斷涌現(xiàn)的今天，一種新型的陶瓷化高分子復合耐火硅橡膠的出現(xiàn)，在解決電纜在火災中短路而無法使用問題方面發(fā)揮了極其重要的作用。陶瓷化耐火硅橡膠不同于普通的橡膠，在常溫下其具備了普通硅橡膠的性能，而在被高溫火焰燒蝕的情況下，有機成分會在很短時間內(nèi)被燒蝕后迅速加入陶瓷化的反應過程中，轉(zhuǎn)化成堅硬的陶瓷狀物質(zhì)，形成一層良好的隔絕層，阻擋火焰的繼續(xù)燃燒，起到很好的防火效果。用陶瓷化耐火硅橡膠做成的電線電纜，被燒蝕后形成的堅硬殼體保護著電線電纜，從而保證了電力、通訊的暢通，為火災情況下的人員疏散和搶救贏得了寶貴的時間[1]。

本文主要討論陶瓷化硅橡膠擠出電線電纜制品的加工工藝。

1 陶瓷化耐火硅橡膠的加硫工藝

加硫工藝是將硫化劑借助煉膠機機械力的作用均勻分散于橡膠中的工藝過程。陶瓷化耐火硅橡膠硫化劑為雙-2,4，并且硫化劑的含量對膠料物理性能影響極大。為了找到最佳的硫化劑配比，我們做了以下實驗：

表1固定試驗條件為陶瓷化耐火硅橡膠壓片溫度165 ℃，壓片厚度2.0 mm，壓片時間5 min，w（硫化劑含量）0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%，通過改變硫化劑含量來觀察膠料物理性能和硫化劑含量的關系。

由表1可以看出，隨著硫化劑含量的增加，抗拉強度上升趨勢明顯，拉斷伸長率下降明顯，主要是硫化劑含量增加，提高了膠料的交聯(lián)度。

表1 硫化劑含量對膠料物理性能的影響

考慮技術指標，抗拉強度不小于6.0 MPa，拉斷伸長率不小于150%，硫化劑含量添加在0.8%～1.2%，膠料物理性能最優(yōu)異。而且在加硫過程中，硫化劑必須分散均勻，使硫化劑達到最好的分散度，以保證膠料性能的一致性。

圖1 懸鏈生產(chǎn)線示意圖

2 生產(chǎn)設備

目前行業(yè)內(nèi)大部分采用電加熱烘道式硅橡膠擠出設備進行生產(chǎn)，設備水平敷設，但對于大截面、大外徑，擠出陶瓷化耐火硅橡膠厚度后的電纜而言，極其容易造成電纜在烘道內(nèi)擦管、壓扁，并且生產(chǎn)效率不高。我公司對電加熱烘道式擠出設備進行改造，由傳統(tǒng)的水平形式改造為懸鏈形式（見圖1）。懸鏈形式既經(jīng)濟，生產(chǎn)效率又高，并且解決了壓扁擦管問題。電纜在懸鏈管（硫化箱）內(nèi)運行時，通過調(diào)整牽引力矩達到控制電纜的懸垂度，防止電纜與管壁接觸。

3 擠出模具

陶瓷化耐火硅橡膠拉伸比極小，甚至沒有，只能采用擠壓方式生產(chǎn)。我司在擠出陶瓷化耐火硅橡膠的時候，經(jīng)常出現(xiàn)卡模、外徑不穩(wěn)，表面毛糙等現(xiàn)象，為此我司對擠出模具進行了設計，并對模具規(guī)格的選擇進行了規(guī)定。圖2為硅橡膠擠出模具圖。

3.1 模具設計

為了保證擠出制品的致密性及表面光潔性，建議模芯角度α為45°～55°，模套角度β為75°～85°，角度差25°～35°，模套的承線長度L為2～5 mm，這樣既能保證擠出制品的致密性，又能使擠出壓力不至太大，出現(xiàn)卡模、外徑波動等現(xiàn)象。

3.2 模具規(guī)格的選擇

模具規(guī)格的正確選擇是影響擠出質(zhì)量的一個重要因素，下面針對陶瓷化耐火硅橡膠擠出模具，論述模具規(guī)格的選取。

圖2 擠出模具圖

（1）模芯的選擇。模芯1通常按式（1）選擇：

式中：d為模芯內(nèi)徑/mm；dc為擠出前導體直徑/ mm；e1為放大值，通常取0.4 mm。

模芯的內(nèi)徑越接近導體直徑，擠出質(zhì)量越好，如果模芯內(nèi)徑過大，這會導致擠出外徑不均勻或偏心度超標。所以選擇模芯的規(guī)格不能僅僅按照上述的公式（1）套用，應根據(jù)具體的實際情況進行選擇。通常模芯的內(nèi)徑為擠出前導體實際直徑加上0.3～0.8 mm較為合適。

（2）模套的選擇。模套內(nèi)徑的計算應遵循以下公式：

式中：D為模套內(nèi)徑/mm；dc為擠出前導體直徑/mm；t為陶瓷化耐火硅橡膠厚度/mm；k為減小值，其值一般取0.2 mm，這樣能保證擠出制品表面光滑，并且擠出外徑穩(wěn)定一致。

4 擠出工藝

4.1 擠出溫度控制

陶瓷化耐火硅橡膠擠出溫度不能超過40 ℃，由于硫化劑為雙-2,4，分解溫度僅為60 ℃，并且分解速度很快，在機身內(nèi)部極其容易出現(xiàn)焦燒。我司采用冷擠出形式，冷卻介質(zhì)為冰水，這可保證擠出機的螺桿、機頭、機身的擠出溫度均在30 ℃以下，解決了機身內(nèi)部焦燒問題。

4.2 硫化工藝

橡膠的硫化是指線型高分子通過交聯(lián)作用而形成的網(wǎng)狀高分子的工藝過程。陶瓷化耐火硅橡膠經(jīng)過硫化，由線型結(jié)構(gòu)交聯(lián)成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣才使得它具有更好的物理化學性能，更加實用。陶瓷化耐火硅橡膠的硫化為熱空氣硫化，硫化工藝包含硫化溫度及硫化時間（以線速度調(diào)節(jié)）。以Φ115硅橡膠熱空氣硫化生產(chǎn)線為例（見圖3），Φ115硅橡膠熱空氣硫化生產(chǎn)線，硫化箱有8個，每個硫化箱長度為4 m。

硫化工藝與制品的厚度有很大關系，表2為我公司部分硫化工藝參數(shù)。

表2 硫化工藝參數(shù)

4.3 牽引力矩

圖3 硅橡膠熱空氣硫化生產(chǎn)線示例

由于生產(chǎn)線為懸鏈形式，電纜在懸鏈管內(nèi)運行，須通過調(diào)整牽引的力矩來控制電纜的懸垂度，防止電纜擦管及壓扁。精確計算牽引力矩便顯得至關重要。以Φ115硅橡膠熱空氣硫化生產(chǎn)線為例，硫化管懸鏈常數(shù)a為160，下牽引最大力矩為47.7 Nm（如圖4），硫化管АB段為懸鏈段，BC段為水平段。

（1）電纜B點水平張力/N

式中：a-懸鏈常數(shù)/m；G-電纜單位長度質(zhì)量/ （kg·m-1）。

（2）下牽引力矩/Nm

由公式（3）和（4）得

圖4 Φ115硅橡膠熱空氣硫化生產(chǎn)線簡易圖

式中：F—電纜水平張力/N；R—牽引機轉(zhuǎn)輪半徑，取0.2 m；i—傳動比，我公司牽引傳動比為50∶1；η—效率，取0.92。

表3為我公司部分實際開機力矩與理論計算力矩關系，理論力矩百分比均在實際力矩百分比范圍內(nèi)。

表3 實際開機力矩與理論計算力矩關系

5 擠制產(chǎn)品結(jié)果

以185 mm2絕緣線芯為例，對陶瓷化耐火硅橡膠絕緣層的結(jié)構(gòu)尺寸及物理性能進行測試，性能均符合預定要求（見表4）。

6 結(jié) 語

表4 185 mm?絕緣線芯檢測結(jié)果

加工工藝是決定陶瓷化耐火硅橡膠制品性能的重要環(huán)節(jié)。懸鏈式生產(chǎn)設備極大地提高了陶瓷化耐火硅橡膠制品的生產(chǎn)速度，合理的擠出模具設計及選用、牽引力矩的精確計算保證了制品的表面質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸，而正確的擠出溫度及硫化工藝（硫化溫度、線速度）則保證了產(chǎn)品的性能。

[1] 趙源, 彭小弟, 梁喆. 新型陶瓷化耐火硅橡膠的探索研究[J].世界橡膠工業(yè), 2008(1)：19-21.

[責任編輯：朱 胤]

Study on Processing Technology of Fire-Resistance Ceramic Silicone Rubber

Dong Zhenyuan, Shen Shuo, Lian Guo, Wang Xuefei, Cao Qiang
(1.Jiangsu Hengtong Power Co., Ltd., Suzhou 215234, China; 2.ZhengZhou Yifang Electric Co., Ltd., ZhengZhou 100088, China)

The processing technology of fire-resisting ceramic silicone rubber was discussed. The production efficiency was improved by the catenary production line.Through the reasonable die design, calculation of driving torque, surface quality and structure size of the extrusion product were guaranteed. Product performance was ensured through the correct extrusion temperature and vulcanization process.

Fire-Resisting Ceramic Silicone Rubber; Material; Processing Technology

TQ333.93

B

1671-8232(2014)08-0044-04

2014-02-27

董振園（1988—），男，助理工程師。