NO144475B - Fremgangsmaate for kontinuerlig vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter samt apparat for utfoerelse av fremgangsmaaten - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kontinuerlig vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter, f.eks. kabler, ved hvilken det produkt som skal vulkaniseres trekkes gjennom -et vulkaniseringsrør og i dette utsettes for en strålingsopphetning i en opphetningssone for å opphete produktet til vulkaniseringstemperatur og derefter i en av-kjølingssone for å avkjøle det vulkaniserte produkt.

For vulkanisering av kabler anvendes vanligvis et vulkani-seringsrør gjennom hvilket det produkt som skal vulkaniseres blir ført og hvor produktet først utsettes for oppvarmning slik at det materiale i produktet som inneholder vulkaniseringsreageriset opp-når en temperatur ved hvilken vulkaniseringsprosessen skjer, hvor-efter det vulkaniserte, produkt.avkjøles og føres ut av vulkaniser-ingsrøret. Blant slike vulkaniserbare materialer kan nevnes lav-trykkspolyeten (HDPE), høytrykkspolyeten (LDPE), etylenpropylen-gummi (EPR) og andre syntetiske gummiarter samt naturgummi.

Oppvarmningen av det produkt som skal vulkaniseres kan foretas på tidligere kjent måte hvorav enkelte skal omtales neden-for.

Oppvarmningen av det produkt som skal vulkaniseres kan skje i et vulkaniseringsrør ved hjelp av vanndamp med en temperatur på ca. 180 - 2l0°C og et tilsvarende trykk på 1,0 - 2,0 MPa. Kapasiteten av anlegget avhenger av rørets lengde og vanndampens temperatur. En økning av vanndampens temperatur medfører nødvendig-vis et forhøyet trykk og dette stiller på sin side særskilte krav til den mekaniske styrke i delene. Av denne grunn har man ikke ansett å kunne overskride de nevnte verdier av temperatur og trykk i nåværende anlegg som er i drift, på grunn av økonomiske over-veielser. En økning av rørets lengde er heller ikke økonomisk lønn-somt ut over en viss grense. Lengden av de kjedelinjeformede rør

er vanligvis 100 - 150 m og de vertikale rør ca. 40 - 70 m.

Det er også tidligere kjent å utføre opphetningen av det produkt som skal vulkaniseres i røret ved hjelp av infrastrålere plassert i røret. Ved hjelp av en beskyttelsesgass tilveiebringes det nødvendige trykk i røret. Et slikt anlegg er vist i US-patentskrift 3.588.954. plasseringen av infrastrålerne i røret på den indre flate av dette er teknisk omstendelig og som følge av den plass som de krever blir rørdiameteren stor og likeså veggtykkelsen. På grunn av strålernes høye overflatetemperatur skader de lett overflaten på det produkt som skal vulkaniseres. Dette medfører at fremgangsmåten bare kan anvendes ved vertikale rør. Strålerne oppheter effektivt bare en liten sektor. Det produkt som skal vulkaniseres blir ikke jevnt oppvarmet da strålerne består av separate element-er og antall strålere som kan plasseres i røret er begrenset. Vanndampen som oppblandes i beskyttelsesgassen og de gasser som oppstår ved vulkaniseringsreaksjonen ledes ut av røret ved å sirkulere beskyttelsesgassen gjennom et komplisert rense- og tørkeanlegg. Videre må det råmateriale som skal vulkaniseres være av spesial-type for å kunne tåle strålernes høye overflatetemperatur. Ytterligere som følge av den høyere vulkaniseringstemperatur må man anvende en lengre avkjølingssone.

Det er likeledes tidligere kjent fra US-patentskrift 3.645.656 å utføre opphetningen av det produkt som skal vulkaniseres ved hjelp åv varm beskyttelsesgass som opphetes i en opphetnings-anordning anbragt utenom vulkaniseringsrøret. Gassenes varmeled-ningsevne er dog som kjent liten sammenlignet med vanndampens, hvilket innebærer at en slik anordning ikke kan konkurrere med den tidligere beskrevne dampmetode når det gjelder effektivitet.

Alle' de ovenfor beskrevne fremgangsmåter har vannavkjøling. Det ér imidlertid ålment kjent at vanndamp'og vann har en skadelig innvirkning på produkter som skal vulkaniseres. Ved høy temperatur trenger vann meget lett inn i det produkt som skal vulkaniseres og resultatet blir en porøs konsistens i produktet. Den porøse konsistens forårsakes først og fremst av mikroblærer' med en diameter mellom 1 og 20^/um. I denne henseende er dampvulkanisering avgjort "dårligere enn beskyttelsesgassmetoden. Mikroblærene er større i antall og har i' gjennomsnitt større7 dimens joner enn i produkter som er vulkanisert efter beskyttelsesgassmetoden. Rensing og tørking av beskyttelsesgassen utenfor røret forbedrer produktets kvalitet, men mikroblærer kan ikke helt unngås.

Damp- og beskyttelsesgass-vulkaniseringsmetodene kombinert med vannavkjøling ér undersøkt på en' prøveproduksjorislinje. Tørr-hetsgraden av kabler efter vulkanisering og avkjøling kan kontrol-leres ved hjelp av en direkte metode slik at kabelisoleringen holdes under vekselspenning og undersøkes mikroskopisk ved hjelp av Mitsumara-Yamanouchi-farvemetoden for påvisning av såkalt vanntre (vattentråd). Dette forårsakes av de vannfylte mikroblærer som opptrer i isoleringen når kabelen belastes med spenning og dette fenomen er funnet å forringe kabelens elektriske styrke. Typiske spenningsbelastninger er 5 - 10 kv/mm, 50 Hz - 5 kHz og belastnir.gs-tider fra 50 timer og oppad.

Ved forsøk er det konstatert at damp- og beskyttelsesgass-vulkaniserte og vannavkjølte kabler inneholder vann i en slik grad at vanntre begynner å oppstå i dem når en spenning påvirker isoleringen.

Som allerede nevnt oppstår mikroblærer ved vulkaniseringen på grunn av at det forekommer vann. At vann trenger inn i produktet beror på hvor hygroskopisk de anvendte råmaterialer er f.eks. plast og gummi. Fenomenet foregår dessuten temmelig hurtig, da temperaturen av det produkt som skal vulkaniseres er høy når produktet kommer i berøring med vannet. Dessuten kommer det vanndamp fra kjølevannsonen inn i den egentlige vulkaniseringssone. Fordampning-ens skadelige innvirkninger kan i noen grad minskes ved å anordne en kaldfelle eller en pakning mellom avkjølings- og opphetningssone hvor en del av vanndampen kondenseres.

US-patent 3.909.177 vedrører fremstilling av polyolefin-mantlede elektriske kabler, hvor vulkaniseringsprosessens opphetning og avkjøling utføres med vannfri silikonolje. Dette har ulemper ved kabel-materialer som ikke tåler olje og videre vil silikonolje suge opp fuktig-het som krever påfølgende awanning, og dessuten vil oljen medføre til-smussing av omgivelsene og kabelen selv.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen går i hovedsaken ut på at det opphetede produkt i avkjølingssonen bringes i kontakt med et gassformig medium under trykk for avkjøling under helt vannfrie forhold. Av-kjølingen av produktet i avkjølingssonen skjer tildels ved varmestråling tildels ved konveksjon. Varmestrålingen skjer omvendt i forhold til vul-kaniseringsfasen, med andre ord til avkjølingsrøret som omgir produktet. Varmestrålingen befordres ved hjelp av kaldavkjøling av røret. Kon-veks jonsavkjølingen kan på sin side befordres ved hjelp av gass-

strømning.

Ifølge oppfinnelsen blir det tilveiebragt en fremgangsmåte for vulkanisering som i vulkaniseringsrørets avkjølingssone helt eliminerer de ulemper som forårsaker mikroblærer som skyldes vann, idet avkjølingen skjer i helt vannfrie omgivelser og derved for-hindrer den skadelige innvirkning av vann på vulkaniserte produkter. En avkjølingsmetode som baserer seg på et gassformig medium kan anvendes ved alle slike vulkaniseringsfremgangsmåter hvor hverken vann eller vanndamp anvendes som vulkaniseringsmedium. Den egner seg til å anvendes ved vilkårlig form eller stilling av vulkaniser-ingsrøret.

Som medium i avkjølingssonen anvendes en gass som ikke innvirker skadelig på det produkt som skal vulkaniseres. Slike gasser er blant annet nitrogen, karbondioksyd, svovelheksafluorid og endel edelgasser.

I nedenstående tabell angis antall og størrelse av mikro-blærene ved tidligere kjente metoder og ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse: Den undersøkte overflate var 0,154 m<2>

og antall prøver var 3 7 stykker.

1) varmebehandlet i 1 uke ved +70°C

De mikroblærer som forekommer i produkter fremstilt ved hjelp aV en helt tørr metode inneholder ikke vann som mikroblærer i alminnelighet, men fremkomsten av slike beror på andre forurens-ninger i materialet og heller ikke har de noen innvirkning på fremkomsten eller'utviklingen av vanntre.

Den fremgangsmåte som foreliggende oppfinnelse angår med-fører i motsetning til andre metoder en så tørr kabel at vanntre ikke oppstår, hvilket innebærer en avgjørende forbedring av kabel-kvaliteten. Kabelen forblir'tørr også under drift og forsynes med en fuktighetsbeskyttende mantel av metall eller annet materiale. Det er fordelaktig at det produkt som skal vulkaniseres opphetes i opphetningssonen ved at elektrisk strøm ledes gjennom selve vulkaniseringsrøret for opphetning av vulkaniseringsrøret til en enhetlig opphetningsmantel som utstråler varme på det produkt som skal vulkaniseres. Opphetningen av produktet skjer delvis også ved konveksjon.

Denne form for opphetning er fordelaktig i for-

bindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fordi oppvarmningen ved motstandsoppvarmning

skjer jevnt kan produktets middeltemperatur holdes lavere. Derav følger at man kan anvende normalt belegningsmateriale. Dertil kommer at opphetningssonen blir kortere enn ved andre strålingsmetoder og som følge av produktets mindre varmeopptak kan avkjølingssonen gjøres kortere, eller som alternativ kan produksjonshastigheten for samme linjelengde økes. Som følge av den lavere vulkaniseringstemperatur blir produktet mindre eksentrisk enn et produkt fremstilt under høyere vulkaniseringstemperatur.

Oppfinnelsen omfatter også et apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og det nye og særegne ved apparatet er nærmere angitt i patentkrav 4 .

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser noen fordelaktige utførelses-former av oppfinnelsen.

Figur 1 viser fra siden en fordelaktig utførelse av et vulkaniseringsanlegg ifølge oppfinnelsen, hvor vulkaniseringsrøret står vertikalt for gjennomføring av kabelen ovenfra og nedad,

figur 2 viser skjematisk anleggets vulkaniseringsrør i snitt,

figur 3 viser vulkaniseringsrørets opphetningssone i for-størrelse ,

figur 4 viser skjematisk vulkaniseringsrørets alternative avkjølingsdel,

figur 5 viser i forstørrelse monteringen av en vifte be-regnet for sirkulasjon av avkjølingsgass,

figur 6 viser en alternativ utførelse av vulkaniseringsanlegget hvor vulkaniseringsrøret står vertikalt for gjennomføring av kabelen nedenfra og oppad,

figur 7 viser en utførelse av vulkaniseringsanlegget hvor vulkaniseringsrøret er bøyet og ligger horisontalt og

figur 8 viser en ytterligere utførelsesform av vulkaniser-

ingsanlegget hvor vulkaniseringsrøret er bøyet og hvor linjens begynnelse og avslutning befinner seg på samme nivå og linjens krumning blir tilveiebragt ved hjelp av en blokk.

Figur 1 viser en vertikalvulkaniseringslinje hvis hoved-deler består av en vertikal vulkaniseringsdel 1 som understøttes vertikalt av en bærer 2 og en ved vulkaniseringsdelens øvre ende plassert munnstykkepresse 3 hvis pressehode 4 befinner seg i for-lengelsen av vulkaniseringsdelen. Ved vulkaniseringsdelens øvre og nedre ender er anordnet drivhjul 5 og 6 for en leder 7 som trekkes fra en lagertrommel 8 til en mottagningstrommel 9. Lederen får i trykkhodet anbragt en mantel rundt seg som først opphetes til vulkaniseringstemperatur og derefter avkjøles i vulkaniseringsrøret. Vulkaniseringsdelen 1 er ved sin øvre og nedre ende forsynt med tetninger 10 gjennom hvilke den mantlede kabel 14 passerer på gass-tett måte.

på figur 2 vises i større skala selve vulkaniseringsdelen 1 som består av et vulkaniseringsrør 11 gjennom hvilket det produkt som skal vulkaniseres føres aksielt - i dette tilfelle fra rørets øvre ende nedad gjennom røret. Røret dannes av et trykk- og temperaturbestandig materiale, f.eks. stål. Når produktet passerer røret underkastes det vulkaniseringsopphetning og derefter avkjøl-ing. Opphetningssonen er avmerket med A og avkjølingssonen med B.

I opphetningssonen omgis vulkaniseringsrøret av et koaksialt ytre mantelrør 12, som f.eks. er laget av kobber. Mantelrøret er ved sin øvre ende forbundet med den ene pol på en lavspennings-veksel-strømtransformator 13 mens vulkaniseringsrøret ved sin øvre ende er forbundet med transformatorens annen pol, slik at mantelrøret virker som matningsledning for å lede oppvarmningsstrømmen til vul-kaniseringsrøret. Når den elektriske strøm er innkoblet vil vulkani-seringsrøret bli opphetet og danner en kontinuerlig oppvarmnings-mantel innenfor opphetningssonen A langs rørets periferi og aksielt, hvorfra det stråler varme mot det produkt som skal vulkaniseres.

Vulkaniseringsrøret har ved opphetningssonens begynnelses-ende en innløpstilkobling 15 og ved sluttenden en utløpstilkobling 16, f.eks. munnstykker, for å lede en beskyttelsesgass gjennom vulkaniseringsrøret. Inn i den ringformede kanal 17, som dannes av mantelrøret 12, kan det innføres kjøleluft ved hjelp av en vifte 19 gjennom en innløpstilkobling 18 ved den nedre ende.

I stedet for den kontinuerlige opphetningsmantel ifølge konstruksjonen på figur 2, kan opphetningssonen A sammensettes av et flertall efter hverandre følgende separate opphetningsmantler.

I så fall utgjøres vulkaniseringsrørets begynnelsesdel av på hverandre følgende separate rørdeler, av hvilke hver enkelt er til-koblet til sin egen transformator slik at rørdelene når strømmen er innkoblet danner de ovenfor nevnte separate opphetningsmantler.

Ved passende regulering av transformatorene blir det oppnådd en temperaturfordeling i opphetningssonen svarende til den gunstigste vulkaniseringsprosess for hvert særskilt produkt som skal vulkaniseres.

Avkjølingen av produktet som skal vulkaniseres skjer ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen helt uten vann eller vanndamp.

I avkjølingssonen B på figurene 1 og 2 avkjøles de mantlede produkter ved hjelp av gass eller luft som sirkuleres gjennom røret. I begynnelsesenden av avkjølingssonen er vulkaniseringsrøret forsynt med en utløpstilkobling 20 og ved sluttenden av røret med en innløpstilkobling 21 for gassen. Denne gass sirkuleres ved hjelp av en vifte 22 gjennom en varmeveksler 23.

Ifølge den avkjølingsmetode som vises på figur 2, blir gassen sirkulert under overtrykk gjennom koblingene 20 og 21 gjennom vulkaniseringsrøret, hvorved gassen avkjøler den vulkaniserte kabel og varmen føres bort utenfor røret. Alternativt kan vulkani-seringsrøret 11 langs avkjølingssonen forsynes med en ytre mantel 24, som er forsynt med innløp og utløp 25 og 26 for væske eller gass som sirkuleres gjennom mantelen ved hjelp av en pumpe 27 og gjennom en varmeveksler 28. Vulkaniseringsrøret 11 er i dette tilfellet gassfylt. i begynnelsesdelen av avkjølingssonen stråler det hete produkt varme mot veggen av røret 11 som holdes kald. Fra den vulkaniserte kabel vil varme ved konveksjon også bli avgitt til gassen som igjen avgir varme til vulkaniseringsrørets 11 avkjølte vegg.

En slik konstruksjon er vist på figur 4. For å føre det gassformige medium inn i vulkaniseringsrøret og for å holde det under trykk i avkjølingssonen B, er rørets avkjølingssone forsynt med passende innløp og utløp for mediet, men disse er ikke inntegnet på figuren. I stedet for å sirkulere den gass som føres inn i vulkaniserings-røret og lede den tilbake til røret efter avkjøling, er det i enkelte tilfeller mulig å lede gassen ut fra røret, f.eks. gjennom tilkoblingen 20 direkte til atmosfæren.

Det foretrekkes at de vifter som sirkulerer gassen i av-kjølingssonen er montert inne i strømningsrøret 29 slik det fremgår

av figur 5.

I det følgende skal det gis et eksempel på vulkanisering

av en plastkabel ved hjelp av apparaturen ifølge figurene 1 og 4.

En Al-leder med tverrsnitt 10 mm, som skal overtrekkes.med plast, blir ved hjelp av trekkhjulene trukket gjennom munnstykkepresshodet inn i vulkaniseringsrøret og videre ved hjelp av trekkhjulene til mottagningstrommelen. I munnstykkepresshodet påpresses et 12 mm tykt polyetenlag på metallederen. <p>lastsprøytetemparaturen er 125°C og opphetningssonen A oppvarmes ved hjelp av fem vekselstrøm-transformatorer av hvilke hver enkelt påtrykkes i sin egen sone ca. 2,0 - 2,5 kA vekselstrøm. Temperaturen ved begynnelsesenden av opphetningssonen A var 350°C på en distanse av 15 m og derefter 300°C over en distanse på 23 m. Begynnelsesenden av avkjølings-sonen ble holdt ved romtemperatur ved å blåse inn luft i den om-givende mantel. Vulkaniseringsrøret var fylt med nitrogengass hvis trykk var 1,4 MPa. Den i opphetningssonen sirkulerte beskyttelsesgass likesom den i avkjølingssonen sirkulerende gass ble holdt under trykk for å forebygge blæredannelse som følge av vulkaniseringen.

Produktet ble i dette eksempel vulkanisert med en hastig-het på 3,5 m pr. min. og den oppnådde vulkaniseringsgrad var 90%.

Når vulkaniseringsprosessen utføres ifølge tidligere kjente metoder har man vært tvunget til å anbringe prosessens be-gynnelsesende høyere enn sluttenden, da det ble anvendt vannkjøling og linjens form derfor måtte gjøres slik at vannet forhindres i å renne inn i opphetningssonen. Dette krever kostbare fabrikk-konstruksjoner, og dertil kommer at linjens operative drift krever et større personale og dessuten er dens behandling og kontroll mer omstendelig.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, som innebærer at hele vulkaniseringsprosessen forløper helt tørr, gjør det mulig å realisere vulkaniseringslinjen slik som vist på figurene 6, 7 og 8. Ifølge figur 6 er vulkaniseringsrøret stort sett vertikalt, men opphetningssonen A av vulkaniseringsrøret 1' befinner seg lavere enn avkjølingssonen B. Ifølge figur 7 er vulkaniserings-røret 1'' krummet og prosessens begynnelses- og sluttende befinner seg i det vesentlige på samme nivå. i det tilfellet som vist på figur 8 befinner prosessens ender seg på samme nivå, nemlig direkte på gulvplanet, og linjens krumning er tilveiebragt ved hjelp av en blokk. Dette medfører den vesentlige fordel at linjens drift blir

lettere og kostbare konstruksjoner elimineres.

Tegningene og den tilhørende beskrivelse er bare ment som illustrasjon av oppfinnelsens idé, og denne kan i detaljer ved apparatet ifølge oppfinnelsen variere betydelig innenfor rammen av patentkravene.

Selv om opphetningen i de beskrevne eksempler er angitt

å skje som motståndsoppvarmning av selve vulkaniseringsrøret, hvorved selve rørets veggmateriale virker som elektrisk motstand og danner en varmestrålende opphetningsmantel, kan opphetningen tilveiebringes ved hjelp av andre strålingsoppvarmningsmetoder. Mellom opphetnings- og avkjølingssonene kan anbringes en passende gass-tetning i tilfelle av at man anvender forskjellige gasser i disse soner og ønsker å unngå at beskyttelsesgassen og avkjølingsgassen blandes eller trenger inn i den annen sone.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig vulkanisering av langstrakte vulkaniserbare produkter, f.eks. kabler, ved hvilken det produkt som skal vulkaniseres trekkes gjennom et vulkani-seringsrør (11) og i dette utsettes for en strålingsopphetning i en opphetningssone (A) for å opphete produktet til vulkaniseringstemperatur og derefter i en avkjølingssone (B) for å avkjøle det vulkaniserte produkt, karakterisert ved at det opphetede produkt i avkjølingssonen (B) bringes i kontakt med et gassformig medium under trykk for avkjøling under helt vannfrie forhold .

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vulkaniseringsrøret (11) avkjøles fra utsiden i avkjølingssonen (B) for avkjøling av det gassformige medium som befinner seg i røret (11).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det gassformige medium blåses langs overflaten av det vulkaniserte produkt for mer effektiv avledning av varme fra produktet.

4. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende et vulkaniseringsrør (11) gjennom hvilket det produkt som skal vulkaniseres blir trukket, hvilket vulkaniserings-rør omfatter en opphetningssone (A), som er forsynt med midler til opphetning av produktet i vulkaniseringsrøret til vulkani-seringstemperaturen og en avkjølingssone (B) for avkjøling av det vulkaniserte produkt, karakterisert ved at vulkaniseringsrørets (11) avkjølingssone (B) er forsynt med en anordning for å bringe et gassformig medium i avkjølingssonen (B) i kontakt med det vulkaniserte produkt for avkjøling av dette .

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at avkjølingssonen (B) er forsynt med en anordning (20, 21,22) for å blåse en gass langs overflaten av det vulkaniserte produkt for å avkjøle dette.

6. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at vulkaniseringsrørets (11) avkjølingssone (B) er forsynt med en mantel (24) som tettsluttende omgir røret og tjener til å avgrense et gass- eller væskeformig kjølemedium for av-kjøling av rørets (11) vegg.

7. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at vulkaniseringsrøret (11) ved avkjølingssonen (B) er forsynt med en anordning til å blåse en kjølegass eller kjøle-luft mot rørets ytre overflate for avkjøling av dette.