NO151602B - Fremgangsmaate og anordning for ekstrudering av et retikulert produkt. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og

en anordning for kontinuerlig ekstrudering i et lukket miljø av et fornettet isolerende materiale, omfattende trinnene å føre et fornettbart isolerende materiale gjen-

nom en oppvarmet ekstruderingsmaskin og å injisere et fornettingsmiddel i nevnte isolerende materiale i oppstrøms-nærheten av ekstruderingshodet, idet blandingen som omfatter fornettingsmidlet oppvarmes ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for ekstruderingen av. nevnte blanding i den hensikt senere å fo-rnette denne. Oppfinnelsen finner særlig anvendelse ved ekstrudering av

en fornettet isolasjon rundt en elektrisk kabel.

Det er kjent i teknikken at man som isolasjon for elektriske kabler bruker produkter som fornettes kjemisk ved hjelp av peroksyder, idet disse fornettbare produkter f.eks. kan være polyetylen eller dettes derivater.

Fig. 1 viser meget skjematisk en ekstruderingsmaskin som er i stand til å legge et fornettbart produkt på en kabel.

Ifølge den tidligere teknikk, omfatter legemet på ekstruderingsmaskinen 1 en endeløs skrue som drives roterende av en motor 2 for å dirigere en ønsket blanding 3 som inneholdes i en trakt 4 mot ekstruderingsmaskinens utgang 5 og derpå

mot et ekstruderingshode 6. På den måten blir en kabel 7

kledd med det fornettede produkt 8 før den føres inn i en fornettingsovn 9.

Man vil legge merke til at, ifølge et viktig trekk ved anordningene etter den tidligere.teknikk, fører man sam-

tidig inn i ekstruderingsmaskinens inngangstrakt 4 alle de produkter som er beregnet på å gi en fornettet isolasjon, nemlig det fornettede produkt, f.eks. polyetylen, og fornettingsmidlet, typisk et organisk peroksyd. Herav følger at temperaturen inne i ekstruderingsmaskinen må holdes lav nok til at fornettingen ikke begynner for

tidlig i selve ekstruderingsmaskinens legeme eller i hodet, hvilket ville medføre dannelse av korn og hetero-gene partikler i det ekstruderte produkt. Likeledes må tiden mens produktene oppholder seg i ekstruderingsmaskinens legeme og ekstruderingshodet ikke være for lang.

Av disse krav følger det at ugangsgitteret eller filteret

10 på ekstruderingsmaskinen ikke kan være meget fint, og eventuelt tilmed må sløyfes. Et meget fint filter med-fører nemlig dannelse av døde soner i ekstruderingsmaskinens legeme, der det dannes en forhåndsfornetting.

En av de vesentlige mangler ved den tidligere teknikk består således i det faktum at man ikke kan filtrere det fornettede produkt effektivt ved utgangen fra ekstruderingsmaskinen. Ikke desto mindre er en slik filtrering meget viktig. Det fornettede produkt leveres nemlig ved trakten 4 i form av pulver eller korn, idet pulveret eller kornene vanligvis oppnåes ved oppkutting av et fornettet produkt som disponeres i form av stenger eller rør. Selv om det fornettede produkt er blitt renset før oppkuttingen eller opphakkingen, fører oppkuttingen eller opphakkingen til at fine metallpartikler blander seg med det fornettede produkt. Den senere tilstedeværelse av slike metallpartikler, som f.eks. har dimensjoner av størrelsesorden 50 til 100 mikron, kan ubotelig skade den gode isolasjonen på en kabel. Eksempelvis kan man anta at en eneste metall-partikkel med en dimensjon av størrelsorden 100 mikron i en mengde polyetylen på 1,5 tonn, som må til for å isolere omtrent 800 m kabel, er nok til å skade kabelens gode funksjon. Herav følger at man i den tidligere teknikk ble tvunget til å overdimensjonere tykkelsen på isolasjonen.

En annen betydelig mangel ved den tidligere teknikk består

i det faktum at, som vi har sett tidligere, temperaturen inne i ekstruderingsmaskinen må være lavere enn fornettingstemperaturen. Denne temperaturen kan f.eks. være av størrelsesorden 130°C. For å utføre fornettingen må deri-

derimot temperaturen økes til en verdi av størrelseorden 160°C. I de vanlige anordninger må denne temperaturstigning realiseres etter ekstruderingsdysen, hvilket gjør det nødvendig å øke lengden av ovnen 9. Herav følger en økning av fabrikasjonskjedens omfang.

Oppfinnelsen tar sikte på en ny fremgangsmåte og en ny anordning for ekstrudering av en fornettet isolasjon som tillater en å bøte på de nevnte mangler ved fremgangsmåtne ifølge den tidligere teknikk.

Således er det et formål med nærværende oppfinnelse å sørge for ekstrudering av en fornettet isolasjon i hvilken isolasjonen befinner seg på hovedsakelig fornettingstemperaturen ved utgangen fra ekstruderingsdysen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å sørge for ekstrudering av et fornettet produkt, i hvilket det fornettbare produkt kan filtreres effektivt i nivå med ekstruderingsmaskinens legeme.

For å oppnå disse formål så vel som andre, forutsetter oppfinnelsen en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, omfattende de følgende trinn: - å føre fornettbart isolerende materiale gjennom ekstruderingsmaskinen som er oppvarmet ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for nevnte materiale, ca. 200°C, for derved å bringe materialet til en tilstand hvor det er så flytende som mulig, - filtrering av nevnte fornettbare materiale ved nevnte temperatur, - avkjøling av det således filtrerte materialet til en temperatur som er noe lavere (ca. 150°C) enn reaksjonstemperaturen for fornettingsmidlet, - injisering, etter nevnte avkjølingstrinn, av fornettingsmidlet, - på passende måte å blande nevnte fornettbare materiale og

nevnte fornettingsmiddel, og

- heve blandingens temperatur lik omtrentlig den maksimalt tillatelige temperatur for ekstruderingen av nevnte blanding i den hensikt senere å fornette denne.

For utførelsen av fremgangsmåten omfatter den innledningsvis nevnte anordning, ifølge oppfinnelsen, et filtrerings-organ plassert tilliggende utløpsenden av nevnte ekstruderingsmaskinlegeme, idet injiseringsanordningen for fornettingsmidlet er anbragt mellom filtreringsorganet og ekstruderingshodet og et kjøleorgan mellom filtreringsorganet og injiseringsanordningen, idet temperaturene for de ulike soner i anordningen respektive tilpasses slik at ekstruderingsmaskinlegemet oppvarmes ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for materialet,

ca. 200°C, for derved å bringe materialet til en så flytende tilstand som mulig, således at det filtrerte materialet avkjøles til en temperatur som er noe lavere enn reaksjonstemperaturen for fornettingsmidlet, ca. 150°C.

Disse formål, trekk og fordeler med oppfinnelsen skal frem-stilles detaljert i den følgende beskrivelse av spesielle utforminger i forbindelse med de vedlagte tegninger, der: Fig. 1 viser en spinnemaskin ifølge den tidligere teknikk. Fig. 2 viser et blokkskjema av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen . Fig. 3 viser på generell måte en fabrikasjonskjede for isolert kabel. Fig. 4 viser en utformning av en injektor ifølge oppfinnelsen . Fig. 5 viser på generell måte en isoleringskjede for kabel inkludert en variant av anordningen ifølge oppfinnelsen, og Fig. 6 viser på generell måte en isoleringskjede for kabel omfattende en annen variant av anordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 tjener til å vise anordninger ifølge den tidligere teknikk, og deres mangler er nevnt tidligere. Fig. 2 viser, i form av funksjonelle blokker, fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Et fornettbart produkt 11 er anbragt i inngangstrakten 12 på legemet til en ekstruderingsmaskin eller ekstruder 13 (analog med ekstruderingsmaskinen 1 på Fig. 1).

Ifølge et fundamentalt aspekt ved oppfinnelsen inneholder likevel ikke inngangsproduktet 11 noe fornettingsmiddel så som et peroksyd men inneholdet bare det fornettbare produkt i form av pulver eller korn, så som polyetylen så vel som eventuelt midler som hemmer fornettingen. Således kan et meget effektivt filtreringsmiddel 14 som kan tilbakeholde faste partikler med dimensjoner mellom ca. 50 og 100 mikron, anbringes ved utgangen av ekstruderingsmaskinen 13 på grunn av at det ikke lenger er noen risiko for fornetting i ekstruderingsmaskinens 13 legeme eller i de døde soner i nærheten av filteret 14. Filtreringsmidlet 14 består av et gitter der filtrerings-élementene er anbragt. Videre kan temperaturen av det fornettbare produkt inne i ekstruderingsmaskinens legeme 13 være meget høy, nær den tillatte temperatur for produktet, hvilket sikrer god flyt av det fornettbare produkt og effektiv filtrering. Det produkt som kommer ut av filteret 14 passerer en injeksjonsanordning 15 i hvis nivå det injiseres et fornettingsmiddel så som et peroksyd 16. Injektoren 15 tillater for det første injisering av fornettingsmidlet 16 i det fornettbare produkt, og for det annet god blanding mellom produktet og midlet enten ved diffusjon eller ved hjelp av blande-midler slik det skal forklares nedenfor. Til slutt forbindes utgangen fra injektoren 15 på vanlig måte til et ekstruderingshode 17 for å anbringe isolasjonen på kabelen 18.

På den måten oppnår man tydeligvis den førstnevnte for-

del med oppfinnelsen, nemlig gdd filtrering av det fornettbare produkt like før det legges på den kabel som skal isoleres. Man bemerker at, på grunn av at fornettingsmidlet 16 blandes med det fornettbare produkt like før det føres inn i ekstruderingshodet 17, kan blandingens temperatur holdes på en forholdsvis høy verdi, nær lik fornettingstemperaturen, på grunn av det meget korte forløp av blandingen ved injiseringen og i ekstruderingshodet. På denne måten oppnår man en vinning i lengden av den fornettingsovenen som må anordnes ved utgangen.

Fig. 3 viser skjematisk en fabrikasjonskjede for kabel, omfattende: - en maskin I som ekstruderer et spesielt ledende produkt så som et ledende polyetylen på kabelkjernen,

- en maskin II som ekstruderer isolasjonen uten peroksyd,

- en injeksjons- og diffusjonsanordning III for peroksydet, og - en maskin IV som ekstruderer det ytre ledende polyetylen på det isolerende lag.

Kabelkjernen 21 passerer suksessivt gjennom en forvarmnings-ovn 22, gjennom ekstruderingsmaskinens hode (I) der den blir dekket av et lag med ledende polyetylen (PE), gjennom en temperatur-vedlikeholdsovn 23, og så gjennom hodet på ekstruderingsmaskin (II). Ifølge oppfinnelsen innføres det isolerende polyetylen i ekstruderingsmaskinen (II) med eller uten antioksydasjonstoff, men i hvert fall uten peroksyd .

Isolasjonen blir således skjøvet gjennom knehodet 24 og, før den pålegges lederen, passerer den anordningen (II) hvor det. suksessivt oppstår injeksjon og diffusjon av peroksydet. Formene og dimensjonene av anordningen (III) er avpasset slik at peroksydet kan diffundere på passende måte i den isolerende massen. Eksempelvis kan temperaturen i ekstruderingsmaskinens (II) legeme velges av størrelsesorden 200°C. Temperaturen i nivå med injeksjonsanordningen III er så vist lavere enn fornettingsmidlets reaksjonstemperatur, av størrelsesorden 150°C, og endelig er den temperatur som leveres av utgangs-fornettingsovnen 29 av størrelsesorden 200 til 300°C. Referansenummer 30 er et kjølemiddel og referansenummer 28 er hodet på ekstruderingsmaskinen IV som ekstruderer det ledende polyetylen.

Fig. 4 viser mer detaljert en utformning av injeksjonsanordningen III for fornettingsmidlet. Utgangen fra det på Fig. 3 vist knehode 24 er forbundet til injeksjonsanordningen III.

Injeksjonen gjøres vanligvis i lamineringsområdet av injektorer 26 anbragt på en kran utenpå maskinen. Injektorene kan være eller ikke være utstyrt med lukke-klaffer som hindrer oppstuing av ekstrudert materiale i injektorene. Even elt kan en ekstra injeksjon utføres ved hjelp av en krans 27 av injektorer anbragt inne i appratet. Isolasjonen passerer derpå en diffusjonsanordning 25 av passende form, blir formet, og føres gjennom hodet 28 på ekstruderingsmaskinen (IV) som legger på det ytre, ledende polyetylen. I visse tilfeller kan det hende at diffusjonen av blandingen med peroksydbasis ikke er tilstrekkelig til å sikre god homogenitet i det ekstruderte produkt. En ekstra homogenisering kan oppnås ved at man i diffusjonsanordningen 25 plasserer sik-sak passasjer eller, mer generelt, anordninger som tvinger trådene i materialet til å filtre seg sammen. I dette tilfelle kan man sørge for en kjøleanordning som hindrer.

en overdreven temperaturstigning i materialet.

I en annen variant, som er vist på Fig. 5 og 6, tillater

den anordningen som brukes til å diffusere peroksydet, at det blir utført et enda mer viktig mekanisk arbeide. I denne hensikt bruker man en kort spinnemaskin (II<*>). Injiseringen av blandingen på basis av peroksyd gjøres mellom de to ekstruderingsmaskinene (II) og (II') i A, ;eller i mateområdet for ekstruderingsmaskinens (II') skrue. Den oppstilling som er vist på Fig. 6 unngår døde soner i utløpet, men krever en ekstruderingsmaskin (II<*>) med hul skrue som lar kabelkjerne 21 passere sentralt.

I alle tilfeller er sammensetningen av den injiserte blanding viktig for at anlegget skal virke godt. Det er ønskelig at ekstruderingen, ved start av kjeden, begynner uten peroksyd, hvilket tillater en bekvem regulering uten at man risikerer for tidlig fornetting. Hvis man anbringer injektorer med klaffer, kan denne operasjonen gjøres uten vanskelighet ved at man kutter av matningen av den injiserte blanding. Hvis ikke, må en ved igangsettingen injisere en nøytral væske som ikke inneholder peroksyd, f.eks. en olje som er forenlig med polyetylen. Når reguleringen er utført, injiseres peroksydet uten at den oppnådde tilstand avbrytes. Dette peroksydet kan være i ren tilstand, blandet med en bærende olje av samme natur som den oljen som tjener til igangsetting, og/eller blandet med et produkt som forsinker fornettingsreaksjonen, så som et antioksyderingsmiddel. Doseringen av det forsinkede produkt tillater regulering av hastigheten av peroksydreaksjonen.

Det må bemerkes at man i hvert øyeblikk kan regulere injeksjonen av peroksyd, hvilket sikrer en smidig virkemåte og tillater kontroll av risikoen for dannelse av "korn" i diffusjonsanordningen. Temperaturene i væsken og veggene i injeksjonsanordningen kontrolleres. Verdiene av disse bør være slik at fornettingsreaksjonen ikke setter inn før materialet er trengt inn i hodet 28 på ekstruderingsmaskinen (IV) .

A.S M. A/S 15.000.6.84

Ved utgangen fra ekstruderingshodet 28 føres den isolerte

kabel inn i fornettingssonen 29, som kan bestå av en av de kjente anordninger, men som fortrinnsvis nytter den tørre vulkaniseringsmetode, enten i gassatomsfære eller i en lang dyse. Uansett metoden blir ekstruderingssonen sterkt redusert i forhold til den som for tiden er nød-

vendig. Den kan deles med en faktor større enn 2, på

grunn av den høye temperatur i den isolasjon som ekstru-

deres ved utgangen fra holdet 28. Med f.eks. dicumyl-

peroksyd kan denne temperaturen nå 150 - 160°C, mot ca.

130°C med de vanlige metodene. Dekomponeringen av peroksydet, spesielt nær kordellen, som på forhånd er blitt passende forvarmet, starter da raskere og fornettingen av isolasjonen utføres på kortere tid enn med de vanlige fremgangsmåtene.

Det skal nå angis forskjellige produkter som kan brukes

ifølge oppfinnelsen, men det er klart at disse produktene bare blir angitt eksempelvis, og at alle de for tiden kjente produkter som kan brukes til fornettet isolasjon av en kabel brukes ifølge oppfinnelsen.

Det fornettbare produkt kan være polyetylen éller dets derivater.

Fornettingsmidlet som injiseres etter filtrering av det fornettbare produkt, kan f.eks. være et organisk peroksyd så som dicumylperoksyd eller en blanding av organiske peroksyder med en egenskap slik at den bevirker fornetting av polyetylenet og forøvrig kan inkorporeres i dette i flytende tilstand, enten fordi peroksydet eller blandingen av peroksyder er flytende ved omgivelsestemperaturen, eller fordi peroksydet eller blandingen av peroksyder er oppløst i en bærevæske så som parafinolje. Videre skal det minnes om at ved begynnelsen av en isoleringsprosess kan, som tidligere nevnt, bærevæsken injiseres alene for å tillate forskjellige reguleringer. Likeledes kan man, enten i nivå

med injisering av det fornettbare produkt, eller i nivå

med injisering av fornettingsmidlet, tilsette et eller flere midler som hemmer eller forsinker forsinker pre-fornetting.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de beskrevne utform-ingseksempler. Den kan tvert imot utformes i varianter og modifikasjoner som vil være tydelige for fagmannen.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig ekstrudering i et lukket miljø av et fornettet isolerende materiale, omfattende trinnene å føre et fornettbart isolerende materiale gjennom en oppvarmet ekstruderingsmaskin og å injisere et fornettingsmiddel i nevnte isolerende materiale i oppstrøms-nærheten av ekstruderingshodet, idet blandingen som omfatter fornettingsmidlet oppvarmes ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for ekstruderingen av nevnte blanding i den hensikt senere å fornette denne, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter de føl-gende trinn: - å føre fornettbart isolerende materiale gjennom ekstruderingsmaskinen som er oppvarmet ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for nevnte materiale, ca. 200°C, for derved å bringe materialet til en tilstand hvor det er så flytende som mulig, - filtrering av nevnte fornettbare materiale ved nevnte temperatur, - avkjøling av det således filtrerte materialet til en temperatur som er noe lavere (ca. 150°C) enn reaksjonstemperaturen for fornettingsmidlet, - injisering, etter nevnte avkjølingstrinn, av fornettingsmidlet, - på passende måte å blande nevnte fornettbare materiale og nevnte fornettingsmiddel, og - heve blandingens temperatur lik omtrentlig den maksimalt tillatelige temperatur for ekstruderingen av nevnte blanding i den hensikt senere å fornette denne.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at et fornettingsretarderende middel initi-alt tilføres nevnte fornettbare materiale.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at et fornettingsretarderende middel initi-alt tilføres nevnte fornettingsmiddel.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som fornettingsmiddel anvendes en oppløsning i en bæreyæske.

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4, karakterisert ved at det som fornettbart materiale anvendes polyetylen.

6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at det som fornettingsmiddel anvendes en organisk peroksyd, slik som dikumyl peroksyd.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert ved at det som bærevæske anvendes parafinolje.

8. Anordning for kontinuerlig ekstrudering av et fornettet isolerende materiale for utførelse av fremgangsmåten av et hvilket som helst av kravene 1-7, omfattende et oppvarmet ekstruderingsmaskinlegeme, et ekstruderingshode og en inji-seringsanordning for injisering av et fornettingsmiddel ved oppstrømsnærheten av nevnte ekstruderingshode, idet blandingen som omfatter nevnte fornettingsmiddel oppvarmes ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for ekstrudering av nevnte blanding i den hensikt senere å fornette denne, karakterisert ved at anordningen omfatter et filteringsorgan (14) plassert tilliggende utløps-enden av nevnte ekstruderingsmaskinlegeme (13), idet injiseringsanordningen (15; III) for fornettingsmidlet er anbragt mellom filtreringsorganet og ekstruderingshodet (17; IV), og et kjøleorga-n mellom f iltreringsorganet og injiseringsanordningen, idet temperaturene for de ulike soner i anordningen respektive tilpasses slik at ekstruderingsmaskinlegemet oppvarmes ved en temperatur nær den maksimalt tillatelige temperatur for materialet, ca. 200°C, for derved å bringe materialet til en så flytende tilstand som mulig, således at det filtrerte materialet avkjøles til en temperatur som er noe lavere enn reaksjonstemperaturen for fornettingsmidlet ca. 150°C.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at den omfatter et blandeorgan mellom inji-seringsanordning og ekstruderingshodet.

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at blandeorganet utgjøres av en hjelpeekstru-deringsmaskin.

11. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 8 og 9, karakterisert ved at injiseringsanordningen (III) utgjøres av en profilert strømningskanal for strømmen av fornettbart materiale som er anbragt konsen-trisk relativt en kabel på hvilken skal påføres det materialet som skal ekstruderes, idet injiseringen foretas minst langs en krans (26, 27) av nevnte profilerte kanal.