Мало кто знает, что в основной массе случаев при наложении кабельной оболочки/изоляции из термопластичного компаунда остывание экструдированной оболочки/изоляции вначале начинается с глубинных слоев, прилегающих к токопроводящей жиле или сердечнику из нескольких изолированных жил. Именно с ними и происходит начальный теплообмен, через внутреннюю поверхность оболочки/изоляции, вне зависимости от того, насколько эффективен процесс охлаждения.
Этот факт объясняется непосредственным контактом экструдируемого материала и токопроводящей жилой (или жилами), имеющими температуру окружающей среды (комнатную). Этот контакт происходит до начала процесса охлаждения в первой ванной.
Классическая технология наложения изоляции подразумевает прямой контакт экструдируемого материала с высокой собственной температурой и медной жилой, т.е. с металлом, у которого теплопроводность больше теплопроводности полимера более чем в 1000 раз. Соответственно, температура внутренней поверхности изоляции снижается очень быстро.
При некоторых особых технических условиях (к примеру, тонкие слои или не высокая скорость производственной линии) может заморозиться весь изоляционный слой до погружения в первую охлаждающую ванну. То есть, разность температур между наружной и внутренней поверхностью экструдируемого слоя часто играет очень важную роль. Следует отметить, что при формировании трубки в процессе наложение оболочки экструзионным методом, указанный градиент может быть очень сложным, так как внутренняя поверхность только частично соприкасается с изолированными токопроводящими жилами. Оставшаяся часть имеет контакт исключительно с захваченным воздухом. По этой причине снижение температуры внутренней поверхности будет не столь быстрым, как у наружной на каждой стадии охлаждения изделия. На форму кабеля значительное влияние оказывает общий температурный градиент на первой стадии охлаждения внутри экструдированной оболочки.
Решение проблемы обеспечения у кабеля круглой формы сумели решить в компании Nexans. При этом без применения подушки, а путем уменьшения температурных градиентов экструдируемого слоя на ранней стадии процесса охлаждения.
Компания Nexans производит целый ряд кабелей без медной оплетки и подушки, что значительно увеличивает гибкость кабелей и упрощает операцию их зачистки в процессе монтажа.
Производство определенных кабельных конструкций некоторых сечений давало недостаточно круглую форму из-за усадки и деформации экструдируемой оболочки в процессе охлаждения. Она сжималась вокруг изолированной жилы, и под оболочкой весь сердечник становился виден. Еще более явно проявлялся этот эффект в кабелях с медной оплеткой. В ходе решения данной проблемы специалистами Nexans в компьютерной программе «Виртуальная лаборатория экструзии» Compuplast был воспроизведен стандартный процесс охлаждения.
Исследования показали следующие процессы, происходящие при экструдировании оболочки (сечение кабеля 3х16 кв. мм):
• оболочка не кристаллизуется при короткой водяной ванне;
• быстрее охлаждается часть оболочки, расположенная ближе к жилам, чем та, которая от жил удалена;
• температурный градиент внутри оболочки имеет обратное значение между частью, которая соседствует с жилами, и частью, которая удалена от них: вблизи жил внутренняя поверхность имеет более низкую температуру, чем наружная поверхность, тогда, как внутренняя поверхность, находящаяся вдали от жил, более теплая, чем наружная поверхность.
Анализ температур в разных точках на периметре кабеля показал, что оболочка подвержена последовательным отрицательным и положительным градиентам, что создает внутреннее напряжение, способствующее образованию эффекта сжатия на горячем полимере и, как следствие, к деформированию оболочки на сердечнике.
Сравнительный анализ кабелей без медной оплетки и в ней показал, в случае кабеля с медной оплеткой отрицательный градиент первого метра изделия сразу после выхода из экструдера выше на 400С – медная оплетка локально поглощает тепло, и снижение температуры происходит значительно быстрее, чем у кабеля без медной оплетки.
Следовательно, для того чтобы предотвратить существенный отрицательный градиент на первом метре кабеля, вышедшего из экструдера, требуется снизить температуру оболочки раньше. Но если расположить водяную ванную ближе к экструдеру, то будет получено не только снижение отрицательного градиента, но и увеличение положительного. Было установлено, что наиболее правильным решением будет последовательное охлаждение 50 первых сантиметров кабеля.
Достигнуто это было за счет добавочных рядов сопел, орошающих водой. Достаточно простая модификация показала незначительное воздействие на общий температурный профиль экструдируемой оболочки при хорошем эффекте, оказываемом на первые 50 см изделия. Далее отмечались такие же серьезные перепады температуры, потому что такая модификация не привела к улучшению эффективности процесса охлаждения.
Наибольшую эффективность дает сокращение 1/3 отрицательных градиентов при первой части охладительного процесса (до выхода изделия из короткой ванны). Именно эффект перепада температуры на первом, после экструдера, метре кабеля является именно тем важным параметром, который определяет итоговую форму готового кабеля. Анализ температурных градиентов и компьютерное моделирование процесса охлаждения показали, что достичь оптимально круглой формы при экструдировании на кабель оболочки можно с помощью очень простой модификации, которая позволит регулировать процесс охлаждения первого метра изделия. Такая модификация сокращает температурный градиент в накладываемой оболочке и минимизирует эффект сжатия оболочки на сердечнике из изолированных жил. Благодаря этому стало доступно получение готового изделия – кабеля круглой формы.
09.09.2011