電線コンパウンド: 配合、フィラー充填、二軸スクリュー配合

ハロゲンフリーの低煙性シースコンパウンドには、通常、55 ～ 65 重量パーセントの三水酸化アルミニウムまたは二水酸化マグネシウムが含まれています。鉱物の凝集が完全に解かれず、ポリマー溶融物によって湿らされていない場合でも、ケーブルはリール上で完璧に見えます。問題は後で現れます。煙濃度テストの不合格、冷間曲げ時の亀裂、または加速劣化後の絶縁抵抗のゆっくりとした低下です。

このため、電線用コンパウンドは配合とプロセスを組み合わせた製品として最もよく理解されています。レシピは目標を設定します。配合ラインは、ペレットが実際に配達されるかどうかを決定します。スクリューの形状、フィラーのサイドフィード、温度制御、および適合するペレット化システムの組み合わせにより、分散品質、水分レベル、バッチ間の一貫性が決まります。

この記事では、主要な化合物ファミリー、それらが達成する必要があるパフォーマンス要件、配合が最も頻繁に失敗するポイント、および生産ラインを指定する際に確認すべき点について詳しく説明します。

電線用コンパウンドとは何か

この用語は、ケーブルの内部または周囲で使用されるすべての人工ポリマー システム (導体絶縁体、半導電性スクリーン、寝具化合物、および外部シース) を対象としています。これらのファミリーは、ベースポリマーよりもフィラー配合量の点ではるかに異なっており、その 1 つの事実が機器の決定を左右します。

実際の結果として、1 つの行がすべての行に適合することはほとんどありません。 60% ATH 充填用に構築された機械は、未充填の XLPE 断熱材を使用する場合とは、供給、トルク、摩耗保護の要件が大きく異なります。また、ネジ構成を変更せずに 2 つを切り替えると、通常、スケジュールの節約よりもスクラップのコストが高くなります。

コンパウンドが満たすべき性能要件

ケーブル規格は、測定可能なターゲットの固定リストに変換されます。どれか 1 つでも欠けているコンパウンドは、押出機上でどれだけうまく動作しても、型式承認に合格しません。

• 耐電圧および体積抵抗率は、水中老化の前後で検証されています。
• 難燃性は限界酸素指数として表され、シングルバーナー火災試験によって確認されています。
• 煙の密度と毒性。トンネル、駅、病院、データセンターで使用される LSZH および HFFR グレードの定義要件。
• ハロゲン酸ガスの発生。ハロゲンフリー仕様の IEC 60754 および EN 50267 に基づいて測定。
• 機械的挙動: 引張強度、破断伸び、熱間変形、低温での冷間曲げ。
• 耐老化性: オーブンで老化させた後の伸びの保持に加え、必要に応じて耐油性、オゾン性、および UV 耐性も備えています。

このグラフは、数値的な仕様ではなく定性的な業界の比較であり、単一のファミリーがどこでも勝てるわけがない理由を説明しています。 HFFR グレードは耐火性能ではトップクラスですが、コストと柔軟性では後を引きます。 PVC はコストと加工の容易さでリードし、煙とハロゲン含有量で劣ります。 XLPE は誘電挙動をリードし、それ自体では難燃性をほとんど備えません。

フィラーの充填量と分散がケーブルの性能を決定する理由

ハロゲンフリーシステムは吸熱性鉱物充填剤に依存しています。三水酸化アルミニウムは摂氏約 200 度を超えると水を放出し始め、二水酸化マグネシウムは摂氏約 300 度を超えると水を放出し始めます。これにより、処理ウィンドウが狭くなります。溶融物は、フィラーを湿らせて分散させるのに十分な温度である必要がありますが、バレル内でフィラーが分解しないように十分に冷却されている必要があります。ゾーン温度を摂氏プラスまたはマイナス 2 度以内に維持することは、適切に制御されたライン上での現実的な目標であり、安定したプロセスと一貫性のないプロセスの最も明らかな違いの 1 つです。

分散品質は 3 つの結果を同時に制御します。凝集物は局所的に燃料が豊富なゾーンとして機能し、難燃性を低下させます。濡れていない粒子は亀裂の開始点となり、破断伸びを低下させます。濡れ性が悪いと、完成したケーブルの表面欠陥としても現れます。実際には、2 つのレバーが最も重要です。それは、界面張力とトルク要求を下げるためのシランまたはチタン酸カップリング剤によるフィラーの表面処理、もう 1 つはポリマーが最初に溶融し、フィラーの一部が下流で追加される分割供給戦略です。

ケーブルコンパウンド用のツインスクリュー配合ラインの選択

共回転噛み合い二軸押出機は、調整可能なスクリュープロファイルを備えた 1 台の機械で搬送、溶融、分散混合、分配混合、脱揮を組み合わせているため、ケーブルコンパウンドの生産において主要な役割を果たしています。特定の機械が生産速度で大量に充填された配合物を保持できるかどうかは、3 つの仕様数値によって決まります。1 立方センチメートルあたりの Nm 単位の比トルク、スクリューの直径と外径と内径の比、およびスループットと滞留時間のバランスです。

比トルクは、充填コンパウンドの最も有用な単一指標です。トルクが高いということは、スクリューシャフトが限界に達する前に、1回転あたりの仕事量が増えることを意味し、単にフィラーの凝集物を運ぶだけでなく実際に破壊する混練ブロックの余地が残ります。 KUNWEI の KTS 高性能シリーズは、この要件に基づいて構築されており、同社はコンパウンディング マシンの最大比トルク 14 Nm/cm3 と、実験室試験から工業生産までをカバーする 8 mm ～ 177 mm のバレル範囲を指定しています。

KTS ハイパフォーマンスシリーズ 技術的パラメータ 製品を見る→

ネジの構成は固定された機能ではありません。 60% ATH 配合の場合、通常のレイアウトでは、搬送要素と千鳥配置の混練ブロックが交互に配置され、充填剤から放出される水分を除去するための上流と下流に少なくとも 1 つの真空脱揮ポートが含まれます。

これらの選択の背後にある混合メカニズムについては、このテクニカル ノートで詳しく説明されています。 大容量ハイフィラー造粒ラインのせん断混合挙動 これは、高充填ケーブル被覆グレードに直接関係します。

給餌: 高充填量の充填が成功するか失敗するか

スクリュー設計の問題のように見える分散の問題のほとんどは、実際には供給口から始まります。ロスインウェイトフィーダーは、設定レートのプラスまたはマイナス 0.5% 程度の精度を維持しますが、精度は一貫性と同じではありません。嵩密度が低く、吸湿性が高く、または粒度分布が広い粉末は、ブリッジ、フラッシュ、またはパルス化する可能性があり、下流の押出機は不安定な配合物を受け取るだけです。

フィラー充填量が約 40 パーセントを超えると、メイン スロートと下流のサイド フィーダーの間でフィードを分割するのが標準的な方法です。ポリマーが最初に溶融し、すでに粘性のある溶融状態にフィラーが導入されるため、トルクのピークが低減され、濡れが改善されます。負圧供給を使用するサイドフィーダーは、ATH などの軽量粉末の有効嵩密度も高めるため、スクリュー 1 回転あたりにより多くのフィラーが溶融物に到達します。

サイドフィーダー サイドフィーダーは粉体、短繊維、プレミックス原料などを強制供給するため、プロセスニーズに柔軟に対応したり、供給量を増やすことができます。で... 製品を見る→

高充填ケーブルコンパウンドの場合、フィードパッケージには通常、ポリマーと添加剤プレミックス用の減量メインフィーダー、鉱物フィラー用のサイドフィーダー、配合に必要なカップリング剤や加工助剤用の液体注入ポイントが組み合わされます。

ペレット化と下流処理

ペレット化の選択は配合に従うものであり、その逆ではありません。ストランドペレット化は、低級から中級のフィラーグレードにとって依然として最も経済的な方法であり、オペレーターは分散品質を簡単に視覚的に確認できます。水リングのホットフェイス切断は、PVC やその他の温度に敏感な化合物に適しています。水中ペレット化は、高充填の HFFR および LSZH グレードに適しています。これは、ダイ面が水中で即座に切断され、均一な球形のペレットが生成され、粉塵レベルが低く、粘着性の低粘度の溶融物でのダイプレートの蓄積が少ないためです。

水中ペレット化 水中ダイ表面ホットカットとは、材料が水中で粒子に切断され、水の流れに従って直接パイプラインに流れ込み、冷却および成形されることを意味します。 製品を見る→

下流では、振動ふるいが微粉や過大なペレットを除去し、保管および搬送システムが完成した配合物を湿気の侵入から密閉した状態に保ちます。最後の点は過小評価されがちです。ラインを仕様どおりに保つケーブルコンパウンドは、特にフィラーの割合が高い場合、開いた容器に数週間置いた後でも許容範囲を逸脱する可能性があります。

既存のラインを最初から構築するのではなくアップグレードする場合、同じロジックが供給からふるい分けまでのシーケンス全体に適用されます。役立つ参考資料は、この概要です。 大容量ハイフィラー造粒生産ライン これは、個々のプロセス セクションが実際にどのように順序付けされるかを示しています。

実用的な選択チェックリスト

ケーブルコンパウンド用の配合装置を比較する場合、これらの点が、機能するラインと常に注意が必要なラインを分けるポイントになります。

1. コミットする前に、一般的なポリオレフィンではなく、実際の配合物をサプライヤーの試験ラインで実行します。充填されたシステムは、充填されていないシステムとは大きく異なる動作をします。
2. 機械の公表されている最大値ではなく、目標スループットでのトルク リザーブを確認します。
3. 40% を超える充填が、低嵩密度粉末の適切な搬送能力を備えたサイド フィーダーで処理されるかどうかを確認します。
4. 鉱物フィラーには厳しい上限が設定されているため、すべてのバレル ゾーンにわたる温度制御許容差を検証します。
5. 機械のサイズだけではなく、溶融粘度と粘着性を考慮してペレット化システムを調整します。
6. スクリューやバレルの摩耗保護や、摩耗しやすいコンポーネントのスペアパーツのリードタイムについてお問い合わせください。

電線用コンパウンドに関するよくある質問