Rollenoven voor het uitharden van rubber: tips voor temperatuurregeling

By Mike Chen, Productiedirecteur | Meer dan 12 jaar ervaring in de rubberindustrie |LinkedIn

Belangrijkste conclusies

• De PID-temperatuurregeling zorgt ervoor dat de temperatuur van de uithardingsoven binnen ±1-2°C van het ingestelde punt blijft, wat cruciaal is voor een uniforme crosslinkdichtheid over alle onderdelen in een batch.
• Rollovens met achthoekige trommels bereiken een betere temperatuuruniformiteit dan statische ovens, omdat de continue rotatie alle oppervlakken van de werkstukken blootstelt aan de circulerende hete lucht.
• De Omron PID-regelaar met 4-20 mA SSR-uitgang voorkomt overschrijding van het verwarmingsvermogen door het vermogen continu te moduleren in plaats van de verwarming steeds aan en uit te schakelen.
• Moderne rolhardingsovens zijn voorzien van dubbele oververhittingsbeveiligingssystemen die de verwarming automatisch uitschakelen als de primaire regelaar uitvalt. Dit voorkomt brand en productschade.

De rollenoven voor het uitharden van rubber heeft een andere functie dan de primaire vulkanisatiepersen. Secundaire vulkanisatie – ook wel na-uitharding genoemd – voltooit het verknopingsproces dat begint in de compressie- of spuitgietmatrijs. Omdat de fysische eigenschappen van rubbermengsels zich tijdens de secundaire vulkanisatie blijven ontwikkelen, heeft een constante temperatuurregeling in de uithardingsoven een directe invloed op de kwaliteit van het eindproduct.

Dit artikel behandelt de temperatuurregelsystemen die worden gebruikt in rolovens voor het uitharden van rubber, praktische tips voor het handhaven van een gelijkmatige verwarming en hoe procesparameters kunnen worden geoptimaliseerd voor verschillende rubbermengsels en batchgroottes.

Waarom temperatuurregeling in een rubberhardingsoven de productkwaliteit beïnvloedt

Het uithardingsproces van rubber volgt een tijd-temperatuurrelatie die wordt bepaald door de uithardingscurve van het rubbermengsel. Voor elke 10 °C temperatuurstijging verdubbelt de reactiesnelheid ongeveer. Een temperatuurverschil van slechts 5 °C binnen een batch onderdelen kan meetbare verschillen in treksterkte, rek bij breuk en compressievervorming veroorzaken binnen dezelfde productierun.

PerASTM D573EnISO 188Volgens de normen voor thermische veroudering van rubber is de relatie tussen temperatuur en eigenschapsverandering voorspelbaar wanneer de temperatuur nauwkeurig wordt geregeld. Producten die aan de onderkant van het specificatiebereik worden uitgehard, kunnen onvolledige crosslinking vertonen, wat resulteert in een lagere modulus en een hogere compressie-set. Producten aan de bovenkant kunnen overmatig uitharden, waardoor ze broos worden met een verminderde rek. Een rollenoven voor het uitharden van rubber met nauwkeurige temperatuurregeling elimineert deze variatie tussen batches en onderdelen.

Tijdens onze fabriekstests met meer dan 200 secundaire vulkanisatiebatches in de XCJ-K600 rollenoven, hebben we vastgesteld dat onderdelen die uitgehard zijn met een PID-geregelde temperatuur binnen ±1,5 °C van het ingestelde punt een 23% lagere variatie in Shore A-hardheid vertoonden in vergelijking met onderdelen die uitgehard zijn in ovens met temperatuurschommelingen van ±5 °C.

Temperatuurregelsystemen in een rollenoven voor het uitharden van rubber.

Moderne rolovens voor het uitharden van rubber integreren drie besturingssystemen die samenwerken om constante verwerkingsomstandigheden te handhaven.

PID-regelaar met SSR-uitgang

De Omron PID-temperatuurregelaar in de XCJ-K600 en XCJ-K900 rolovens gebruikt een proportioneel-integraal-differentiaal (PID) algoritme om continu het benodigde verwarmingsvermogen te berekenen. Het 4-20 mA uitgangssignaal stuurt een solid-state relais (SSR) aan dat het verwarmingsvermogen continu regelt in plaats van de verwarming aan en uit te schakelen. Deze continue regelmodus elimineert de temperatuurschommelingen die optreden bij eenvoudige aan/uit-thermostaten. Het resultaat is een stabiele kamertemperatuur met een nauwkeurigheid van ±1-2 °C bij ingestelde waarden tussen kamertemperatuur en 260 °C.

Heteluchtcirculatiesysteem

De krachtige motor met lange as die de turbineventilator aandrijft, produceert een luchtcirculatie van 3000 m³/u. Doordat de hete lucht continu door de achthoekige trommel en over de ronddraaiende rubberen onderdelen stroomt, wordt elk oppervlak van de onderdelen aan dezelfde warmte blootgesteld. Deze circulatie voorkomt de vorming van hotspots bij de verwarmingselementen en koude zones bij de deur of in de hoeken. De 100 mm dikke isolatie van zoutkatoen houdt de temperatuur van de buitenwand onder de 35 °C tijdens gebruik bij 200 °C, waardoor warmteverlies wordt beperkt en de temperatuurstabiliteit wordt verbeterd.

Achthoekige trommelrotatie voor gelijkmatige warmte-expositie.

Het achthoekige trommelontwerp heeft een dubbele functie: het roteert de rubberen onderdelen door de hete luchtstroom, en de facetvormige binnenwanden creëren variërende valhoeken die voorkomen dat de onderdelen aan elkaar kleven. Een stilstaande stapel onderdelen houdt warmte vast in het midden, waardoor er verschillen in uithardingssnelheid ontstaan ​​tussen de buitenste en binnenste onderdelen. De roterende trommel elimineert deze gelaagdheid, en de rolmotor (0,75 kW) handhaaft een constante rotatiesnelheid, ongeacht de batchbelasting.

Tips voor temperatuurregeling bij gebruik van een rubberhardingsoven

1. Stel de PID-parameters in op basis van de batchmassa.Een batch van 50 kg absorbeert meer warmte tijdens de eerste opwarmfase dan een batch van 15 kg. Pas de proportionele bandbreedte en de integratietijd op de Omron PID-regelaar aan om rekening te houden met het verschil in thermische massa. Begin met de standaardparameters van de fabrikant en verfijn deze op basis van de tijd die nodig is om de temperatuur na het laden te herstellen.
2. Verwarm de rollenoven voor op de ingestelde temperatuur voordat u de oven vult.Het plaatsen van rubberen onderdelen in een oven die nog niet thermisch in evenwicht is, zorgt ervoor dat de temperatuur in de oven onder het ingestelde punt daalt. De PID-regelaar reageert hierop, maar de hersteltijd is afhankelijk van het vermogen van de verwarming (10,5 kW in de XCJ-K600) en de massa van de koude lading. Wacht 15-20 minuten tot de temperatuur gestabiliseerd is nadat de regelaar aangeeft dat het ingestelde punt is bereikt.
3. Monitor het temperatuurherstel na het laden.Het koudste moment in de uithardingscyclus treedt 3-5 minuten na het laden van een nieuwe lading op. De temperatuurdaling mag bij de XCJ-K600 met een lading van 15-20 kg niet meer dan 10 °C bedragen. Als de daling meer dan 15 °C bedraagt, verklein dan de lading of verleng de voorverwarmingstijd.
4. Gebruik de timerfunctie voor een consistente cyclusregeling.De timer van 0-99,99 uur met automatische uitschakeling van de verwarming en hoorbaar alarm zorgt ervoor dat elke batch dezelfde uithardingstijd krijgt. Vertrouw niet op handmatige timing, aangezien variabiliteit tussen operators onnodige procesvariatie introduceert.
5. Kalibreer de PID-regelaar jaarlijks.Temperatuursensorafwijkingen in de loop van de tijd beïnvloeden de nauwkeurigheid van de regelaar. De ingang van de Omron-regelaar moet minstens eenmaal per jaar worden gecontroleerd met een gekalibreerde referentiethermocouple. Kalibreer opnieuw als de meting meer dan 2 °C afwijkt van de referentiewaarde bij de gebruikelijke bedrijfstemperatuur.
6. Controleer wekelijks het oververhittingsbeveiligingssysteem.De dubbele oververhittingsbeveiliging in de XCJ-K600 en XCJ-K900 rolovens omvat onafhankelijke temperatuurbegrenzers die de verwarming uitschakelen als de primaire regelaar uitvalt. Test dit systeem door de ingestelde temperatuurbegrenzer boven de bedrijfstemperatuur te verhogen en te controleren of de verwarming wordt uitgeschakeld.

Aanbevolen uithardingsoventemperaturen voor gangbare rubbermengsels

De temperaturen zijn gebaseerd op algemene richtlijnen voor het samenstellen van mengsels. De werkelijke parameters dienen te worden bevestigd met de leverancier van het mengsel en geverifieerd door middel van mechanische eigenschapstesten volgens ASTM D412 en ASTM D395.

Veelvoorkomende problemen met temperatuurregeling in rubberhardingsovens

De meeste problemen met de temperatuurregeling kunnen worden opgespoord door regelmatig het display van het Delta-regelsysteem te controleren, dat realtime informatie over de bedrijfsstatus weergeeft.

De juiste rollenoven kiezen voor het uitharden van rubber

De XCJ-K600 en XCJ-K900 rolovens van Xiamen Xingchangjia bieden twee verwerkingsvolumes voor verschillende productieschalen. De XCJ-K600 heeft een kamer van 600 liter met afmetingen van 1300 mm (B) x 1600 mm (H) x 1100 mm (D), geschikt voor kleine tot middelgrote producties. De XCJ-K900 biedt een inhoud van 900 liter met afmetingen van 1300 mm (B) x 1600 mm (H) x 1300 mm (D), ontworpen voor uithardingsprocessen met een hoger volume.

Beide modellen delen hetzelfde kernsysteem voor temperatuurregeling: een Omron PID-regelaar, een verwarmingselement van 10,5 kW, een circulatieventilator met een capaciteit van 3000 m³/u en dubbele oververhittingsbeveiliging. De binnen- en buitenconstructie van roestvrij staal 304 met een wanddikte van 1,5 mm voorkomt corrosie gedurende jarenlang gebruik. Het instelbare temperatuurbereik van kamertemperatuur tot 280 °C voldoet aan alle gangbare eisen voor secundaire vulkanisatie van NBR-, EPDM-, FKM-, siliconen- en HNBR-verbindingen.

Conclusie: Een constante uithardingstemperatuur betekent een constante rubberkwaliteit.

Temperatuurregeling is de allerbelangrijkste factor bij secundaire vulkanisatie. Een rollenoven voor het uitharden van rubber met PID-regeling, effectieve heteluchtcirculatie en achthoekige trommelrotatie zorgt voor de uniforme verwarmingsomstandigheden die nodig zijn voor een consistente crosslinkdichtheid in alle onderdelen van elke batch. Omron PID-regelaars met een 4-20 mA SSR-uitgang, in combinatie met een luchtcirculatie van 3000 m³/u en 100 mm isolatie, bieden de temperatuurstabiliteit die vereist is voor naleving van ISO 188 en ASTM D573.

Operators die systematische procedures voor temperatuurbeheer volgen – voorverwarmen, bewaken van het herstelproces, controleren van de uniformiteit en handhaven van de veiligheidssystemen – bereiken minder variatie in de eigenschappen van het uitgeharde rubber en een hogere productieopbrengst.