Forn de rodets per al curat del cautxú: consells de control de temperatura

By Mike Chen, Director de Producció | Més de 12 anys en la fabricació de cautxú |LinkedIn

Conclusions clau

• El control de temperatura PID manté la temperatura del forn de curat dins de ±1-2 °C del punt de consigna, cosa que és fonamental per a una densitat de reticulació uniforme a totes les peces d'un lot.
• Els forns de rodets amb tambors octogonals aconsegueixen una millor uniformitat de temperatura que els forns estàtics perquè la rotació contínua exposa totes les superfícies de les peces a l'aire calent circulant.
• El controlador PID d'Omron amb sortida SSR de 4-20 mA evita el sobreescalfament de l'escalfador modulant la potència contínuament en lloc d'encendre i apagar l'escalfador.
• Els sistemes de doble protecció contra sobretemperatura dels forns de curat de rodets moderns apaguen automàticament l'escalfador si falla el controlador principal, evitant incendis i danys al producte.

El forn de rodets per al curat del cautxú té una finalitat diferent de les premses de vulcanització primària. La vulcanització secundària, també anomenada postcurat, completa el procés de reticulació que comença al motlle de compressió o injecció. Com que les propietats físiques dels compostos de cautxú continuen desenvolupant-se durant la vulcanització secundària, el control constant de la temperatura al forn de curat afecta directament la qualitat del producte final.

Aquest article tracta els sistemes de control de temperatura utilitzats en forns de rodets per al curat del cautxú, consells pràctics per mantenir un escalfament uniforme i com optimitzar els paràmetres del procés per a diferents compostos de cautxú i mides de lot.

Per què el control de temperatura en un forn de curat de cautxú afecta la qualitat del producte

El curat del cautxú segueix una relació temps-temperatura definida per la corba de curat del compost. Per cada augment de 10 °C en la temperatura de curat, la velocitat de reacció es duplica aproximadament. Una variació de temperatura de només 5 °C en un lot de peces pot produir diferències mesurables en la resistència a la tracció, l'allargament a la ruptura i la deformació per compressió dins de la mateixa tirada de producció.

PerASTM D573iISO 188Segons els estàndards per a l'envelliment tèrmic del cautxú, la relació entre la temperatura i el canvi de propietats és predictible quan la temperatura es controla amb precisió. Els productes curats a l'extrem inferior del rang d'especificacions poden tenir una reticulació incompleta, la qual cosa resulta en un mòdul més baix i una deformació per compressió més alta. Els productes a l'extrem superior poden patir un sobrecurat, tornant-se fràgils amb una elongació reduïda. Un forn de rodets per al curat del cautxú amb un control precís de la temperatura elimina aquesta variació de lot a lot i de peça a peça.

En les nostres proves de fàbrica en més de 200 lots de vulcanització secundària utilitzant el forn de rodets XCJ-K600, vam observar que les peces curades amb temperatura controlada per PID dins de ±1,5 °C del punt de consigna van mostrar una variació un 23% inferior en la duresa Shore A en comparació amb les peces curades en forns amb oscil·lacions de temperatura de ±5 °C.

Sistemes de control de temperatura en un forn de rodets per al curat del cautxú

Els forns de rodets moderns per al curat del cautxú integren tres sistemes de control que treballen conjuntament per mantenir unes condicions de processament consistents.

Controlador PID amb sortida SSR

El controlador de temperatura PID d'Omron dels forns de rodets XCJ-K600 i XCJ-K900 utilitza un algoritme proporcional-integral-derivatiu per calcular contínuament la potència de l'escalfador necessària. El senyal de sortida de 4-20 mA impulsa un relé d'estat sòlid (SSR) que modula la potència de l'escalfador contínuament en lloc d'encendre i apagar l'escalfador. Aquest mode de control continu elimina l'excés i el subexcés de temperatura que es produeix amb els termostats d'encesa i apagada simples. El resultat és una temperatura de cambra estable amb una precisió de ±1-2 °C en punts de consigna entre la temperatura ambient i 260 °C.

Sistema de circulació d'aire calent

El motor d'eix llarg d'alta temperatura que impulsa el ventilador de la turbina produeix 3000 CBM/h de circulació d'aire. Com que l'aire calent es mou contínuament a través del tambor octogonal i sobre les peces de goma que giren, totes les superfícies de les peces reben la mateixa exposició a la calor. Aquesta circulació evita la formació de punts calents prop dels escalfadors i zones fredes prop de la porta o les cantonades. L'aïllament de cotó salat de 100 mm manté la temperatura de la paret exterior per sota dels 35 °C durant el funcionament a 200 °C, reduint la pèrdua de calor i millorant l'estabilitat de la temperatura.

Rotació del tambor octogonal per a una exposició uniforme a la calor

El disseny del tambor octogonal té un doble propòsit: fa girar les peces de goma a través del corrent d'aire calent, i les parets interiors facetades creen angles de caiguda variables que impedeixen que les peces s'encaixin entre si. Una pila estacionària de peces atrapa la calor al centre, creant diferències de velocitat de curació entre les peces exteriors i interiors. El tambor giratori elimina aquesta estratificació, i el motor del corró (0,75 kW) manté una velocitat de rotació constant independentment de la càrrega del lot.

Consells de control de temperatura per al funcionament del forn de curat de cautxú

1. Estableix els paràmetres PID en funció de la massa del lot.Un lot de 50 kg absorbeix més calor durant la fase d'escalfament inicial que un lot de 15 kg. Ajusteu la banda proporcional i el temps integral al controlador PID Omron per tenir en compte la diferència de massa tèrmica. Comenceu amb els paràmetres predeterminats del fabricant i ajusteu-los en funció del temps de recuperació de la temperatura després de la càrrega.
2. Preescalfeu el forn de rodets fins al punt de consigna abans de carregar-lo.Carregar peces de goma en un forn que no ha arribat a l'equilibri tèrmic fa que la temperatura de la cambra baixi per sota del punt de consigna. El controlador PID respondrà, però el temps de recuperació depèn de la potència de l'escalfador (10,5 kW a l'XCJ-K600) i de la massa de la càrrega freda. Espereu entre 15 i 20 minuts d'estabilització després que el controlador indiqui que s'ha arribat al punt de consigna.
3. Monitoritzar la recuperació de la temperatura després de la càrrega.El moment més fred del cicle de curació es produeix entre 3 i 5 minuts després de carregar un lot nou. La caiguda de temperatura no ha de superar els 10 °C per a l'XCJ-K600 amb una càrrega de 15-20 kg. Si la caiguda supera els 15 °C, reduïu la mida del lot o augmenteu el temps de preescalfament.
4. Feu servir la funció de temporitzador per a un control de cicle consistent.El temporitzador de 0 a 99,99 hores amb aturada automàtica de l'escalfador i alarma audible garanteix que cada lot rebi la mateixa durada de curació. No confieu en el cronometratge manual, ja que la variabilitat de l'operador introdueix variacions innecessàries del procés.
5. Calibrar el controlador PID anualment.La desviació del sensor de temperatura al llarg del temps afecta la precisió del controlador. L'entrada del controlador Omron s'ha de verificar amb un termopar de referència calibrat almenys un cop l'any. Cal recalibrar si la lectura difereix en més de 2 °C de la referència a la temperatura de funcionament típica.
6. Verifiqueu el sistema de protecció contra sobretemperatura setmanalment.La doble protecció contra sobretemperatura dels forns de rodets XCJ-K600 i XCJ-K900 inclou sensors de límit alt independents que apaguen l'escalfador si falla el controlador principal. Proveu aquest sistema elevant el punt de consigna del límit alt per sobre de la temperatura de funcionament i confirmant que l'escalfador es desconnecta.

Temperatures de forn de curat recomanades per a compostos de cautxú comuns

Temperatures basades en les directrius generals de mescla. Els paràmetres reals s'han de confirmar amb el proveïdor del compost i verificar-los mitjançant proves de propietats mecàniques segons ASTM D412 i ASTM D395.

Problemes comuns de control de temperatura en forns de curat de cautxú

La majoria dels problemes de control de temperatura es poden identificar mitjançant la monitorització regular de la pantalla del sistema de control Delta, que proporciona informació sobre l'estat de funcionament en temps real.

Selecció del forn de rodets adequat per al curat del cautxú

Els forns de rodets XCJ-K600 i XCJ-K900 de Xiamen Xingchangjia ofereixen dos volums de processament per a diferents escales de producció. L'XCJ-K600 té una cambra de 600 litres amb unes dimensions de 1300 mm (amplada) x 1600 mm (alçada) x 1100 mm (profunditat), adequada per a produccions petites i mitjanes. L'XCJ-K900 proporciona 900 litres a 1300 mm (amplada) x 1600 mm (alçada) x 1300 mm (profunditat), dissenyat per a operacions de curat de major volum.

Ambdós models comparteixen el mateix sistema de control de la temperatura central: controlador PID Omron, escalfador de 10,5 kW, ventilador de circulació de 3000 CBM/h i doble protecció contra sobretemperatura. La construcció interior i exterior d'acer inoxidable 304 amb un gruix de paret d'1,5 mm evita la corrosió durant anys de funcionament. El rang de temperatura ajustable des de la temperatura ambient fins a 280 °C cobreix tots els requisits habituals de vulcanització secundària per a compostos de NBR, EPDM, FKM, silicona i HNBR.

Conclusió: una temperatura de curació constant significa una qualitat de cautxú constant

El control de la temperatura és el factor més important en la vulcanització secundària. Un forn de rodets per al curat del cautxú amb control PID, circulació efectiva d'aire calent i rotació del tambor octogonal proporciona les condicions d'escalfament uniformes necessàries per a una densitat d'enllaç creuat consistent a totes les peces de cada lot. Els controladors PID d'Omron amb sortida SSR de 4-20 mA, combinats amb una circulació d'aire de 3000 CBM/h i un aïllament de 100 mm, proporcionen l'estabilitat de temperatura necessària per al compliment de les normes ISO 188 i ASTM D573.

Els operadors que segueixen procediments sistemàtics de gestió de la temperatura (preescalfament, control de la recuperació, verificació de la uniformitat i manteniment dels sistemes de seguretat) aconsegueixen una menor variació en les propietats del cautxú curat i un rendiment de producció més elevat.