Conocimiento

Casi todas las capas que dan forma a un cable óptico se extruyen y se forman en el mismo momento. El tubo de PBT que protege las fibras, el amortiguador apretado en una fibra interior de 900 µm, la capa de lecho debajo de la armadura, la chaqueta exterior que enfrentará la luz solar y los roedores durante los próximos treinta años - cada uno se funde mediante una extrusora de un solo-tornillo, formado por una matriz de cruceta, y se congela en su geometría final en un canal de enfriamiento unos metros más tarde.

Esa secuencia es la razón por la que un número en la hoja de datos del extrusor importa más de lo que los compradores suelen suponer: elrelación L/D, la longitud del vuelo del tornillo dividida por su diámetro. Un tornillo de 90 mm en relación 30:1 tiene aproximadamente 2700 mm de longitud de ala; el mismo tornillo en proporción 24:1 lleva unos 2.160 mm. Habitualmente se vende más tiempo como mejor. En el trabajo con cables, a menudo no lo es - porque el tornillo no solo entrega salida, sino que entrega una masa fundida a una temperatura y consistencia particular, y la etapa de formación posterior se diseñó en torno a esa masa fundida.

Esta guía cubre lo que hace L/D en cada estación de extrusión en una planta de cables, cómo interactúa con las herramientas de conformado y dónde la longitud adicional deja de ayudar y comienza a costarle el producto.

Donde se producen la extrusión y el conformado en una línea de cable

Una planta de cables no tiene un solo proceso de extrusión. Tiene varios, compartiendo poco excepto la palabra "extrusora":

• Revestimiento secundario (tubo suelto).Una pequeña extrusora forma un tubo de PBT alrededor de fibras bloqueadas-llenas de gel o secas-, a alta velocidad de línea y con una tolerancia dimensional muy ajustada.
• Amortiguación ajustada.Una extrusora muy pequeña aplica un amortiguador termoplástico directamente sobre fibra recubierta de 250 µm para producir fibra interior de 900 µm.
• Funda interior y ropa de cama.Una extrusora mediana aplica polietileno sobre el núcleo trenzado antes del blindaje.
• Revestimiento y revestimiento exterior.La extrusora más grande de la línea aplica PE, LSZH o PVC sobre el núcleo terminado - sobre cinta de acero, armadura corrugada o aramida, a veces como un perfil en forma de 8 con un mensajero integral.

Los compuestos varían desde termoplásticos de ingeniería higroscópicos hasta formulaciones libres de halógenos-muy cargadas. Las producciones varían desde unos pocos kg/h hasta varios cientos. Especificación de un L/D "estándar" en unfabricacion de cables de fibra opticaLa línea garantiza que la mayoría de esas estaciones están usando el tornillo equivocado.

Lo que mide L/D, en términos de cable

L/D es una relación de forma, no una clasificación de capacidad:

• L- la longitud de trabajo del tornillo, desde la parte posterior de la abertura de alimentación hasta la punta.
• D- el diámetro del tornillo, que es lo que realmente establece la clase de salida de la máquina.

Un tornillo de tubo amortiguador- de 45 mm y un tornillo de revestimiento de 120 mm pueden ser 30:1 y diferir diez veces en su rendimiento. La máquina de 45 mm produce un tubo de 2,5 mm a 200 m/min; la máquina de 120 mm produce una pared de 2 mm sobre un núcleo de 15 mm a 40 m/min. Misma proporción, trabajos completamente diferentes. El diámetro y la potencia motriz establecen el techo de rendimiento; L/D decide cuánto espacio tiene el tornillo parafundir, homogeneizar y presurizarel compuesto antes de que la cruceta se haga cargo y comience a formarlo.

Un detalle estructural explica la mayor parte de la confusión. La sección de alimentación permanece aproximadamente de la misma longitud sin importar la longitud del tornillo. Cada diámetro que agrega se utiliza para derretir y medir - para la calidad de la masa fundida y presión - no para la alimentación. Entonces la pregunta nunca es "¿quiero más longitud"; es "¿este compuesto, a esta producción, necesita más fusión o más dosificación?".

Por qué las extrusoras se hicieron más largas y por qué las líneas de cable se quedaron cortas

Una máquina 20:1 era normal a principios de la década de 1960 y 24:1 contaba como un tornillo largo. Desde entonces, el mercado general ha ido subiendo, hasta el punto de que30:1 a 36:1 ahora se trata como el valor predeterminado comercialen máquinas-de un solo-tornillo de uso general. Se trata de una oferta común de los fabricantes de máquinas, no de un estándar formal de ningún organismo de normalización - una distinción que vale la pena conservar cuando una cita describe 36:1 como "estándar de la industria".

Las referencias de ingeniería se mantuvieron más conservadoras, describiendoEl L/D de un solo-tornillo normalmente es de 20 a 30, siendo 24 el valor más común.y notas de trabajo recientes-revisadas por pares queEl impulso hacia 30:1 y más ha sido impulsado principalmente por las demandas de rendimiento y mezcla., siendo el tiempo de residencia el precio pagado.

La extrusión de cables no siguió en gran medida esa tendencia, por una razón específica de la industria:el extrusor no establece la tasa de producción - lo hace el cable.La producción es igual a la velocidad de la línea multiplicada por el área de la sección transversal-de la capa que se aplica, y ambos están fijados por el producto y por el elemento más lento de la línea, que suele ser el canal de enfriamiento, el cabrestante, la oruga o el cable aguas arriba. Una extrusora de revestimiento normalmente funciona muy por debajo de su capacidad. La longitud comprada para lograr un rendimiento que nunca alcanzará es una longitud que solo agrega tiempo de residencia a un compuesto que preferiría no tenerlo.

¿Qué longitud extra se puede comprar realmente en una línea de cable?

• Capacidad de fusión- una masa fundida térmicamente uniforme y completamente derretida. En una línea de tubo suelto, esto se muestra directamente como la consistencia y redondez del espesor de la pared; El material no fundido o un gradiente de temperatura a través de la masa fundida se convierte en ovalidad y excentricidad en un tubo con una pared de 0,2 mm.
• Generación de presión- presión del cabezal sin velocidad excesiva del tornillo. Esto es más importante en las dos estaciones pequeñas: amortiguación ajustada, donde el troquel es muy restrictivo, y extrusión del tubo amortiguador, donde la estabilidad de la presión se traduce directamente en estabilidad del diámetro.
• Homogeneización- distribución uniforme de aditivos. Este es el argumento más fuerte a favor de la longitud en una línea de revestimiento exterior, donde se debe dispersar uniformemente entre un 2% y un 3% de negro de humo o la protección UV en un cable aéreo de 30 años se convierte en una lotería.
• Desfogue- una zona de descompresión y ventilación de humedad y volátiles, que no aporta nada a la producción pero consume longitud real.

Donde terminan las ganancias de producción

Agregar L/D no aumenta la producción indefinidamente, porque el límite generalmente se encuentra aguas arriba en la sección de alimentación - y ambos modos de falla aparecen en las plantas de cable:

• Los tornillos pequeños están limitados por el torque.En un tornillo de tubo amortiguador- de 45 mm, el canal solo se puede profundizar hasta cierto punto antes de que el diámetro de la raíz sea demasiado delgado y el tornillo corra el riesgo de fallar por torsión. Las líneas del tubo de amortiguación llegan a este punto antes de alcanzar la longitud de fusión.
• Los tornillos grandes están limitados por la alimentación.A medida que se profundiza el canal de alimentación, el tornillo deja de llenarse de manera confiable y la salida se aplana independientemente de la longitud. Los gránulos de LSZH altamente rellenos, con su diferente densidad aparente y fricción superficial, se alimentan de manera diferente que el PE natural - una de las razones por las que un tornillo que funciona en una línea de revestimiento de PE puede decepcionar en la misma máquina que ejecuta un compuesto libre de halógenos-.

El transporte de sólidos depende de la densidad aparente, la forma de los gránulos y la fricción contra el cilindro versus el tornillo, por lo que unsección de alimentación ranuradacon una garganta de alimentación adecuadamente enfriada puede mantener la producción aumentando donde un barril liso se estabiliza. Si un proveedor ofrece una máquina más larga como solución para la baja producción, establezca primero si la restricción es la longitud de fusión, o la alimentación, el par, la potencia de accionamiento - o simplemente la velocidad de línea que permite el cable.

Del tornillo a la cruceta: donde la extrusión se convierte en formación de cables

El tornillo entrega la masa fundida a una matriz de cruceta, y todo lo que hizo bien o mal el tornillo se hereda en la etapa de formación.

• Tipo de utillaje.Uso de tubos sueltos y la mayoría de revestimientos.herramientas para tubos, donde la masa fundida sale del troquel como un anillo y desciende hacia el núcleo - esencial cuando la masa fundida no debe tocar las fibras.Herramientas de presión, donde la masa fundida se encuentra con el núcleo dentro del troquel, se utiliza cuando se requiere adhesión. Las herramientas para tubos generalmente funcionan con una presión de cabeza más baja que la extrusión de tubos o perfiles, lo que debilita silenciosamente la necesidad de una sección de medición larga en un tornillo de revestimiento.
• Dibujar-hacia abajo.El espacio anular se reduce a sus dimensiones finales entre la salida del troquel y el enfriamiento. Esa extracción depende de la resistencia de la masa fundida, y la resistencia de la masa fundida disminuye a medida que aumenta la temperatura de la masa fundida. Un tornillo que funciona a una temperatura más alta de lo que se diseñó el proceso produce una masa fundida que se hunde, se vuelve ovalada y pierde la concentricidad de la pared - un defecto de formación con una causa de extrusión.
• Vacío y enfriamiento.En las líneas de tubos sueltos, el vacío de cruceta controla el diámetro del tubo y evita el colapso, y el perfil del canal de enfriamiento establece el comportamiento de contracción del tubo terminado. Ambos se ajustaron en torno a una temperatura de fusión específica al llegar al troquel.

Esta es la razón por la que L/D no puede evaluarse como una especificación de la máquina de forma aislada. En una línea de cable es unformandoparámetro: establece el estado térmico de la masa fundida en el punto donde la geometría queda bloqueada.

L/D por estación

Tubo suelto (recubrimiento secundario)

PBT esel material de tubo suelto dominantepor su rigidez, resistencia química y estabilidad dimensional - y es higroscópico, hidrolizándose en la masa fundida si no se seca hasta una humedad residual muy baja, generalmente especificada en centésimas de porcentaje. Eso ofrece dos rutas: secar completamente y pasar un tornillo de una sola-etapa, o ventilar y pagar por la longitud.

La mayoría de las líneas de tubo holgado están secas, lo que mantiene viable un tornillo de una sola etapa de 25:1 a 30:1 en un diámetro pequeño. La restricción decisiva en esta estación es térmica más que volumétrica, porqueSe crea un exceso de longitud de fibra en el perfil de enfriamiento., a medida que el tubo se encoge sobre las fibras que se le acoplaron mientras aún estaba caliente. El trabajo publicado sobre el control de inglés como lengua extranjera sitúa los requisitos típicos entre cero yuna fracción del uno por ciento dependiendo del diseño del cable, lograda mediante la gestión del punto de enfriamiento y el tiempo de permanencia. Un tornillo que entrega masa fundida más caliente que el punto de diseño mueve toda la ventana de enfriamiento y arrastra consigo el EFL y la contracción post-extrusión -, por lo quecontrol de exceso de longitudpertenece a la conversación sobre especificaciones de tornillos, no sólo a la conversación sobre canales de refrigeración.

Amortiguación ajustada

La amortiguación ajustada aplica una capa termoplástica directamente sobre fibra recubierta de 250 µm con un rendimiento muy bajo a través de un troquel restrictivo, con un recubrimiento de acrilato debajo que tiene poca tolerancia térmica. La longitud aquí compra calidad de fusión y estabilidad de presión en lugar de rendimiento - pero también compra tiempo de residencia en un compuesto ubicado a milímetros de una fibra que no tolera un punto caliente. Los tornillos cortos y bien-perfilados son la norma. Las demandas contrastantes deconstrucciones de tubos apretados-y sueltos-son el ejemplo más claro de por qué una especificación de tornillo no puede cubrir una planta.

Revestimiento de polietileno

La estación más tolerante. MDPE y HDPE tienen una amplia ventana de procesamiento, y el mecanizado de tuberías con una presión de cabeza modesta significa que una sección de medición larga rinde menos de lo que implica la hoja de datos. Donde la longitud gana su fuerza es la dispersión - negro de carbón y los aditivos UV o anti-roedores deben distribuirse uniformemente a través de la pared. Una barrera o un tornillo mezclador de 25:1 a 30:1 generalmente logra esto mejor que un tornillo más largo de uso general-. Cuando se instala una bomba de fusión para la estabilidad del diámetro, el argumento de la presión para 36:1 desaparece en gran medida.

LSZH y revestimiento-ignífugo

La estación menos tolerante de la línea.Compuestos de bajo-humo y cero-halógenosllevan cargas de relleno mineral muy altas y el trihidrato de aluminio comienza a liberar agua no muy por encima de las temperaturas normales de procesamiento de poliolefinas - esa descomposición es precisamente el mecanismo que hace que el compuesto-retardante de llama, y ​​precisamente lo que no debe suceder dentro del barril. Alta viscosidad, calentamiento de alto cizallamiento y bajo margen térmico se combinan en una ventana estrecha.

Este es el caso más claro en la extrusión de cables dondemenos L/D es mejor: tornillos más cortos, perfiles-bajos de cizallamiento, refrigeración generosa y velocidades de tornillo conservadoras. Comparando elcomportamiento de procesamiento de materiales de revestimiento de PE, LSZH y PVCes un punto de partida mucho más productivo para la selección de tornillos que comparar las cifras L/D entre cotizaciones.

Rangos L/D recomendados por estación

Trátelos como puntos de partida para una conversación con un diseñador de tornillos, no como especificaciones. El diámetro, la profundidad del canal, el perfil de compresión, el rango de velocidad del tornillo y el par de accionamiento mueven la respuesta.

Ventilación versus secado en una línea de cable

Los tornillos ventilados de dos-etapas son la carcasa más resistente para un L/D largo en cualquier lugar de una planta de cable. La zona de descompresión y ventilación - comúnmente citada en aproximadamente 4 a 6 diámetros - no se derrite y no genera presión; existe para extraer la humedad y los volátiles de la masa fundida antes de que la sección de medición la vuelva a presurizar para la cruceta.

La regla general conocida es que se necesita un tornillo de dos-etapa 30:1 para igualar la salida de un tornillo de una sola-etapa 24:1. Esto se cumple sólo cuando los dos comparten el mismo diámetro, velocidad del tornillo, paquete de accionamiento, material, profundidades del canal, presión del troquel y techo de temperatura de fusión. Es una asignación de planificación, no una fórmula.

Para la mayoría de las plantas de cables, la economía favorece el secado. El PBT y muchos compuestos rellenos recogen humedad durante el almacenamiento, y un secador-que funciona bien es más barato que seis diámetros de barril, tornillo, calefacción y espacio de piso - además evita los problemas de inundación-de ventilación que una segunda etapa parcialmente llena puede crear en una línea donde la producción está dictada por la velocidad de la línea y no por el operador.

Cuando un tornillo más largo daña el cable

El exceso de longitud aparece primero como temperatura de fusión, y en la extrusión de cables la temperatura de fusión es una cuestión de especificación del producto, no una cuestión de comodidad:

• Degradación y cambio de color.en la funda, con pérdida de resistencia al agrietamiento por tensión ambiental en el PE.
• Fallo aditivoEl rendimiento - del estabilizador UV y del retardador de llama-depende de que el compuesto no se haya cocinado en el camino hacia el molde.
• Placa-salidaen la cruceta y en la superficie de la matriz, lo que se convierte en líneas de matriz, defectos superficiales y variación del diámetro a lo largo de un largo ciclo de producción.
• Pérdida de fuerza de fusiónen el descenso-, lo que produce ovalidad y excentricidad en la pared que ningún ajuste de herramientas corregirá por completo.
• EFL y deriva de contracciónen la línea de tubos sueltos, porque la ventana de enfriamiento se diseñó en torno a una temperatura de fusión que usted ya no entrega.

Una vez que la temperatura de fusión es la restricción vinculante, la producción medida en la matriz deja de significar cualquier cosa - que es dondecontrol de temperatura del barril y de la masa fundidadeja de ser un ajuste en un panel y se convierte en un límite integrado en la máquina que compraste.

Dos mecanismos merecen ser nombrados explícitamente:

• Una sección de transición demasiado-larga puede ralentizar el derretimiento en lugar de acelerarlo.En una poliolefina-que se funde fácilmente, distribuir la compresión en demasiados diámetros comprime el lecho sólido de manera demasiado gradual, espesa la película fundida y reduce la velocidad de corte que impulsa la fusión, lo que a veces termina en la ruptura del lecho sólido-. El efecto es real, pero depende -de la geometría -, por lo que se recomienda hacer coincidir la longitud de fusión con la resina, no para tornillos cortos en general.
• Las bombas de fusión han cambiado el argumento de la presión.Mientras que una bomba de engranajes maneja la presión de cabeza y el suavizado de salida, el tornillo ya no tiene que generar presión de descarga por sí solo y una sección de medición larga se vuelve mucho menos valiosa.

Cómo elegir L/D para una extrusora de cable

1. Comience desde la velocidad de la línea y la geometría de la capa.La producción en kg/h es una consecuencia del cable, no un objetivo que usted elija. Mida el diámetro y conduzca hasta ese punto, luego analice la longitud.
2. Caracterizar el compuesto.Viscosidad a velocidades de corte del proceso, grado de adelgazamiento por corte, carga de relleno, cristalinidad, densidad aparente y, sobre todo, techo de temperatura de fusión-. Los proveedores de resina publican esto, y algunos establecen directamente un L/D mínimo, como lo hace Arkema en suDirectrices para el procesamiento de alambres y cables..
3. Incorpore la cruceta a la conversación.El tipo de herramienta, la presión del troquel y la relación-de extracción determinan cuánta longitud de medición es realmente útil.
4. Decida secar versus ventilar.Si la estación debe ventilar, agregue aproximadamente 4 a 6 D y vuelva a -examinar el costo total.
5. Comprueba qué dispersión necesita la capa.El negro de carbón, los retardantes de llama y los paquetes UV pueden requerir una barrera o un perfil de mezcla en lugar de una longitud bruta.
6. Pregunte con qué frecuencia cambiará el compuesto.Se puede optimizar al máximo una línea de revestimiento dedicada; una línea que utiliza PE este año y LSZH el próximo se beneficia de la flexibilidad, y ese es el argumento legítimo a favor de un tornillo más largo.
7. Confirmar en la máquina.Pruebe la velocidad de la línea de producción y mida la temperatura de fusión, la presión del cabezal, la carga del motor, el diámetro y la ovalidad - y en el tubo suelto, EFL - antes de firmar.

Señales de que la longitud del tornillo es incorrecta

Demasiado largo para el proceso:

• Temperatura de fusión muy por encima del punto de ajuste a velocidad de línea normal, con zonas del cilindro enfriándose durante la mayor parte del proceso.
• Decoloración, geles o placas-que empeoran con el tiempo de residencia, especialmente después de una parada de línea.
• EFL o contracción post-extrusión se deriva de la receta sin cambios en el canal de enfriamiento.
• Ovalidad o hundimiento en la extracción-que mejora cuando se reduce la velocidad del tornillo.

Demasiado corto para el proceso:

• Partículas no fundidas, geles o dispersión de negro de humo visiblemente pobre en la funda.
• Aumento repentino de presión y salida, que aparece como una variación del diámetro a lo largo del tambor.
• Presión en la cabeza inalcanzable sin girar el tornillo más rápido de lo que tolera el compuesto.
• Variación del espesor de la pared que no responde al ajuste de herramientas, vacío o velocidad de línea.

Estos síntomas se superponen con fallas en el perfil del tornillo, las herramientas de la cruceta y el perfil{0}}de temperatura, así que confirme el diagnóstico antes de concluir que la máquina tiene la longitud incorrecta.

Preguntas frecuentes