陶瓷化耐火硅橡胶加工工艺探讨

董振园, 申 硕, 廉 果, 王雪飞, 曹 强

（1.江苏亨通电力电缆有限公司, 江苏 苏州 215234；2.郑州一方电气有限公司, 河南 郑州 100088）

陶瓷化耐火硅橡胶加工工艺探讨

董振园1, 申 硕2, 廉 果1, 王雪飞1, 曹 强1

（1.江苏亨通电力电缆有限公司, 江苏 苏州 215234；2.郑州一方电气有限公司, 河南 郑州 100088）

讨论了陶瓷化耐火硅橡胶的加工工艺；采用可以提高生产效率的悬链式生产线，通过合理的模具设计、牵引力矩计算，保证了挤出制品的表面质量和结构尺寸;正确的挤出温度及硫化工艺保证了产品的性能。

陶瓷化耐火硅橡胶；材料；工艺

0 前 言

近些年来，特别是美国9.11事件，以及国内几家大型公共娱乐场所、化工、煤矿、商厦火灾造成的惨重的人民生命和财产的重大损失，人们对消防、防火安全有了更加深刻的认识。如何在火灾的情况下，在一定时间内保障电力和通讯的畅通，最大限度地赢得宝贵的时间，减少人员伤亡和生命财产损失，是人们一直在不断探索的课题。

在新技术、新材料不断涌现的今天，一种新型的陶瓷化高分子复合耐火硅橡胶的出现，在解决电缆在火灾中短路而无法使用问题方面发挥了极其重要的作用。陶瓷化耐火硅橡胶不同于普通的橡胶，在常温下其具备了普通硅橡胶的性能，而在被高温火焰烧蚀的情况下，有机成分会在很短时间内被烧蚀后迅速加入陶瓷化的反应过程中，转化成坚硬的陶瓷状物质，形成一层良好的隔绝层，阻挡火焰的继续燃烧，起到很好的防火效果。用陶瓷化耐火硅橡胶做成的电线电缆，被烧蚀后形成的坚硬壳体保护着电线电缆，从而保证了电力、通讯的畅通，为火灾情况下的人员疏散和抢救赢得了宝贵的时间[1]。

本文主要讨论陶瓷化硅橡胶挤出电线电缆制品的加工工艺。

1 陶瓷化耐火硅橡胶的加硫工艺

加硫工艺是将硫化剂借助炼胶机机械力的作用均匀分散于橡胶中的工艺过程。陶瓷化耐火硅橡胶硫化剂为双-2,4，并且硫化剂的含量对胶料物理性能影响极大。为了找到最佳的硫化剂配比，我们做了以下实验：

表1固定试验条件为陶瓷化耐火硅橡胶压片温度165 ℃，压片厚度2.0 mm，压片时间5 min，w（硫化剂含量）0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%，通过改变硫化剂含量来观察胶料物理性能和硫化剂含量的关系。

由表1可以看出，随着硫化剂含量的增加，抗拉强度上升趋势明显，拉断伸长率下降明显，主要是硫化剂含量增加，提高了胶料的交联度。

表1 硫化剂含量对胶料物理性能的影响

考虑技术指标，抗拉强度不小于6.0 MPa，拉断伸长率不小于150%，硫化剂含量添加在0.8%～1.2%，胶料物理性能最优异。而且在加硫过程中，硫化剂必须分散均匀，使硫化剂达到最好的分散度，以保证胶料性能的一致性。

图1 悬链生产线示意图

2 生产设备

目前行业内大部分采用电加热烘道式硅橡胶挤出设备进行生产，设备水平敷设，但对于大截面、大外径，挤出陶瓷化耐火硅橡胶厚度后的电缆而言，极其容易造成电缆在烘道内擦管、压扁，并且生产效率不高。我公司对电加热烘道式挤出设备进行改造，由传统的水平形式改造为悬链形式（见图1）。悬链形式既经济，生产效率又高，并且解决了压扁擦管问题。电缆在悬链管（硫化箱）内运行时，通过调整牵引力矩达到控制电缆的悬垂度，防止电缆与管壁接触。

3 挤出模具

陶瓷化耐火硅橡胶拉伸比极小，甚至没有，只能采用挤压方式生产。我司在挤出陶瓷化耐火硅橡胶的时候，经常出现卡模、外径不稳，表面毛糙等现象，为此我司对挤出模具进行了设计，并对模具规格的选择进行了规定。图2为硅橡胶挤出模具图。

3.1 模具设计

为了保证挤出制品的致密性及表面光洁性，建议模芯角度α为45°～55°，模套角度β为75°～85°，角度差25°～35°，模套的承线长度L为2～5 mm，这样既能保证挤出制品的致密性，又能使挤出压力不至太大，出现卡模、外径波动等现象。

3.2 模具规格的选择

模具规格的正确选择是影响挤出质量的一个重要因素，下面针对陶瓷化耐火硅橡胶挤出模具，论述模具规格的选取。

图2 挤出模具图

（1）模芯的选择。模芯1通常按式（1）选择：

式中：d为模芯内径/mm；dc为挤出前导体直径/ mm；e1为放大值，通常取0.4 mm。

模芯的内径越接近导体直径，挤出质量越好，如果模芯内径过大，这会导致挤出外径不均匀或偏心度超标。所以选择模芯的规格不能仅仅按照上述的公式（1）套用，应根据具体的实际情况进行选择。通常模芯的内径为挤出前导体实际直径加上0.3～0.8 mm较为合适。

（2）模套的选择。模套内径的计算应遵循以下公式：

式中：D为模套内径/mm；dc为挤出前导体直径/mm；t为陶瓷化耐火硅橡胶厚度/mm；k为减小值，其值一般取0.2 mm，这样能保证挤出制品表面光滑，并且挤出外径稳定一致。

4 挤出工艺

4.1 挤出温度控制

陶瓷化耐火硅橡胶挤出温度不能超过40 ℃，由于硫化剂为双-2,4，分解温度仅为60 ℃，并且分解速度很快，在机身内部极其容易出现焦烧。我司采用冷挤出形式，冷却介质为冰水，这可保证挤出机的螺杆、机头、机身的挤出温度均在30 ℃以下，解决了机身内部焦烧问题。

4.2 硫化工艺

橡胶的硫化是指线型高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。陶瓷化耐火硅橡胶经过硫化，由线型结构交联成为网状结构，这样才使得它具有更好的物理化学性能，更加实用。陶瓷化耐火硅橡胶的硫化为热空气硫化，硫化工艺包含硫化温度及硫化时间（以线速度调节）。以Φ115硅橡胶热空气硫化生产线为例（见图3），Φ115硅橡胶热空气硫化生产线，硫化箱有8个，每个硫化箱长度为4 m。

硫化工艺与制品的厚度有很大关系，表2为我公司部分硫化工艺参数。

表2 硫化工艺参数

4.3 牵引力矩

图3 硅橡胶热空气硫化生产线示例

由于生产线为悬链形式，电缆在悬链管内运行，须通过调整牵引的力矩来控制电缆的悬垂度，防止电缆擦管及压扁。精确计算牵引力矩便显得至关重要。以Φ115硅橡胶热空气硫化生产线为例，硫化管悬链常数a为160，下牵引最大力矩为47.7 Nm（如图4），硫化管АB段为悬链段，BC段为水平段。

（1）电缆B点水平张力/N

式中：a-悬链常数/m；G-电缆单位长度质量/ （kg·m-1）。

（2）下牵引力矩/Nm

由公式（3）和（4）得

图4 Φ115硅橡胶热空气硫化生产线简易图

式中：F—电缆水平张力/N；R—牵引机转轮半径，取0.2 m；i—传动比，我公司牵引传动比为50∶1；η—效率，取0.92。

表3为我公司部分实际开机力矩与理论计算力矩关系，理论力矩百分比均在实际力矩百分比范围内。

表3 实际开机力矩与理论计算力矩关系

5 挤制产品结果

以185 mm²绝缘线芯为例，对陶瓷化耐火硅橡胶绝缘层的结构尺寸及物理性能进行测试，性能均符合预定要求（见表4）。

6 结 语

表4 185 mm☒绝缘线芯检测结果

加工工艺是决定陶瓷化耐火硅橡胶制品性能的重要环节。悬链式生产设备极大地提高了陶瓷化耐火硅橡胶制品的生产速度，合理的挤出模具设计及选用、牵引力矩的精确计算保证了制品的表面质量及结构尺寸，而正确的挤出温度及硫化工艺（硫化温度、线速度）则保证了产品的性能。

[1] 赵源, 彭小弟, 梁喆. 新型陶瓷化耐火硅橡胶的探索研究[J].世界橡胶工业, 2008(1)：19-21.

[责任编辑：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

董振园（1988—），男，助理工程师。