Conhecimento

Quase todas as camadas que dão forma a um cabo óptico são extrudadas e formadas no mesmo momento. O tubo PBT que protege as fibras, o buffer apertado em uma fibra interna de 900 µm, a camada de cama sob a armadura, a capa externa que enfrenta a luz solar e os roedores pelos próximos trinta anos - cada um é derretido por uma única-extrusora de parafuso, formada por uma matriz de cruzeta, e congelada em sua geometria final em uma calha de resfriamento alguns metros depois.

Essa sequência é a razão pela qual um número na folha de dados da extrusora é mais importante do que os compradores normalmente supõem: oRelação L/D, o comprimento voado do parafuso dividido pelo seu diâmetro. Um parafuso de 90 mm a 30:1 carrega aproximadamente 2.700 mm de comprimento voado; o mesmo parafuso em 24:1 transporta cerca de 2.160 mm. Mais tempo é rotineiramente vendido como melhor. No trabalho com cabos, muitas vezes não é - porque o parafuso não fornece apenas a saída, ele fornece uma massa fundida em uma temperatura e consistência específicas, e o estágio de formação a jusante foi projetado em torno dessa massa fundida.

Este guia aborda o que o L/D faz em cada estação de extrusão em uma fábrica de cabos, como ele interage com as ferramentas de conformação e onde o comprimento extra deixa de ajudar e começa a custar o produto.

Onde a extrusão e a conformação acontecem em uma linha de cabo

Uma fábrica de cabos não possui um processo de extrusão. Possui vários, compartilhando pouco exceto a palavra "extrusora":

• Revestimento secundário (tubo solto).Uma pequena extrusora forma um tubo PBT em torno de fibras-preenchidas com gel ou secas-bloqueadas, em alta velocidade de linha e tolerância dimensional muito restrita.
• Buffer apertado.Uma extrusora muito pequena aplica um tampão termoplástico diretamente sobre fibra revestida de 250 µm para produzir fibra interna de 900 µm.
• Bainha interna e roupa de cama.Uma extrusora média aplica polietileno sobre o núcleo trançado antes da blindagem.
• Revestimento externo e jaqueta.A maior extrusora da linha aplica PE, LSZH ou PVC sobre o núcleo acabado - sobre fita de aço, armadura corrugada ou aramida, às vezes como um perfil em forma de 8 com um mensageiro integral.

Os compostos variam de termoplásticos de engenharia higroscópicos a formulações altamente preenchidas-sem halogênio. As saídas variam de alguns kg/h a várias centenas. Especificar um L/D "padrão" em umfabricação de cabos de fibra ópticalinha garante que a maioria dessas estações está executando o parafuso errado.

O que L/D mede, em termos de cabo

L/D é uma relação de formato, não uma classificação de capacidade:

• L- o comprimento útil do parafuso, da parte traseira da abertura de alimentação até a ponta.
• D- o diâmetro do parafuso, que é o que realmente define a classe de saída da máquina.

Um parafuso de tubo amortecedor-de 45 mm e um parafuso de revestimento de 120 mm podem ter proporção de 30:1 e diferir dez vezes na saída. A máquina de 45 mm está produzindo um tubo de 2,5 mm a 200 m/min; a máquina de 120 mm está produzindo uma parede de 2 mm sobre um núcleo de 15 mm a 40 m/min. Mesma proporção, empregos totalmente diferentes. O diâmetro e a potência de acionamento definem o teto de rendimento; L/D decide quanto espaço o parafuso tem paraderreter, homogeneizar e pressurizaro composto antes que a cruzeta assuma o controle e comece a formá-lo.

Um detalhe estrutural explica grande parte da confusão. A seção de alimentação permanece aproximadamente do mesmo comprimento, não importa o comprimento do parafuso. Cada diâmetro adicionado vai para fusão e medição - para qualidade de fusão e pressão - e não para alimentação. Portanto, a questão nunca é “quero mais comprimento”; é "este composto, nesta saída, precisa de mais fusão ou mais dosagem".

Por que as extrusoras ficaram mais longas e por que as linhas de cabos permaneceram curtas

Uma máquina 20:1 era normal no início dos anos 1960 e 24:1 contava como um parafuso longo. Desde então, o mercado geral tem subido, a tal ponto que30:1 a 36:1 agora é tratado como padrão comercialem máquinas de parafuso único-de uso geral-. Essa é uma oferta comum dos fabricantes de máquinas, e não um padrão formal de qualquer órgão de padronização - uma distinção que vale a pena manter quando uma citação descreve 36:1 como “padrão da indústria”.

As referências de engenharia permaneceram mais conservadoras, descrevendoL/D de parafuso único-normalmente de 20 a 30, sendo 24 o valor mais comume notas de trabalho recentes-revisadas por pares queo impulso em direção a 30:1 e além foi impulsionado principalmente pela produtividade e pelas demandas de mixagem, sendo o tempo de residência o preço pago.

A extrusão de cabos em grande parte não seguiu essa tendência, por uma razão específica da indústria:a extrusora não define a taxa de produção - que o cabo define.A saída é igual à velocidade da linha multiplicada pela{0}área da seção transversal da camada que está sendo aplicada, e ambas são fixadas pelo produto e pelo elemento mais lento da linha, que geralmente é a calha de resfriamento, o cabrestante, a lagarta ou o encalhe a montante. Uma extrusora de revestimento normalmente funciona bem abaixo de sua capacidade. O comprimento comprado para perseguir o rendimento que você nunca alcançará é o comprimento que apenas adiciona tempo de residência a um composto que preferiria não tê-lo.

Que comprimento extra realmente pode ser adquirido em uma linha de cabo

• Capacidade de fusão- um fundido totalmente derretido e termicamente uniforme. Em uma linha de tubo solta, isso aparece diretamente como consistência e arredondamento da espessura da parede; material não fundido ou um gradiente de temperatura através do fundido torna-se ovalidade e excentricidade em um tubo com parede de 0,2 mm.
• Geração de pressão- pressão da cabeça sem velocidade excessiva da rosca. Isso é mais importante nas duas estações pequenas: tamponamento apertado, onde a matriz é muito restritiva, e extrusão de tubo tampão, onde a estabilidade da pressão se traduz diretamente na estabilidade do diâmetro.
• Homogeneização- distribuição uniforme de aditivos. Este é o argumento mais forte para o comprimento em uma linha de revestimento externo, onde 2–3% de negro de fumo devem ser dispersos uniformemente ou a proteção UV em um cabo aéreo de 30 anos se torna uma loteria.
• Ventilação- uma zona de descompressão e ventilação para umidade e voláteis, que não contribui em nada para a produção, mas consome comprimento real.

Onde os ganhos de produção param

Adicionar L/D não aumenta a produção indefinidamente, porque o limite geralmente fica a montante na seção de alimentação - e ambos os modos de falha aparecem nas plantas de cabos:

• Parafusos pequenos são limitados pelo torque.Em um parafuso de tubo amortecedor-de 45 mm, o canal só pode ser aprofundado até certo ponto antes que o diâmetro da raiz fique muito fino e o parafuso corra o risco de falha por torção. As linhas do tubo tampão passam por isso antes de atingirem o comprimento de fusão.
• Parafusos grandes são limitados pela alimentação.À medida que o canal de alimentação é aprofundado, a rosca para de encher de forma confiável e a saída fica plana, independentemente do comprimento. Pellets LSZH altamente preenchidos, com diferentes densidades aparentes e fricção superficial, alimentam-se de maneira diferente do PE natural - um dos motivos pelos quais uma rosca que funciona em uma linha de revestimento de PE pode decepcionar na mesma máquina operando um composto-livre de halogênio.

O transporte de sólidos depende da densidade aparente, do formato do pellet e do atrito contra o cilindro versus a rosca, e é por isso que umseção de alimentação ranhuradacom uma garganta de alimentação devidamente resfriada pode manter a produção subindo onde um barril liso se estabiliza. Se um fornecedor oferecer uma máquina mais longa como solução para baixa produção, estabeleça primeiro se a restrição é o comprimento de fusão, ou alimentação, torque, potência de acionamento - ou simplesmente a velocidade da linha que o cabo permite.

Do parafuso à cruzeta: onde a extrusão se transforma em formação de cabos

O parafuso entrega o material fundido a uma matriz cruzada, e tudo o que o parafuso fez bem ou mal é herdado pelo estágio de conformação.

• Tipo de ferramenta.Tubo solto e uso mais encamisadoferramentas para tubos, onde o fundido deixa a matriz como um anel e desce para o núcleo - essencial quando o fundido não deve tocar as fibras.Ferramentas de pressão, onde o fundido encontra o núcleo dentro da matriz, é usado onde a adesão é necessária. As ferramentas de tubulação geralmente funcionam com pressão de cabeça mais baixa do que a extrusão de tubo ou perfil, o que enfraquece silenciosamente o caso de uma longa seção de medição em um parafuso de revestimento.
• Desenhe-para baixo.O anel é reduzido às dimensões finais entre a saída da matriz e o resfriamento. Essa tração depende da resistência do fundido, e a resistência do fundido cai à medida que a temperatura do fundido aumenta. Um parafuso funcionando mais quente do que o processo foi projetado produz um fundido que cede, fica oval e perde a concentricidade da parede - um defeito de formação com causa de extrusão.
• Vácuo e resfriamento.Em linhas de tubos soltos, o vácuo da cruzeta controla o diâmetro do tubo e evita o colapso, e o perfil da calha de resfriamento define o comportamento de contração do tubo acabado. Ambos foram ajustados em torno de uma temperatura de fusão específica que chega à matriz.

É por isso que L/D não pode ser avaliado isoladamente como uma especificação de máquina. Em uma linha de cabo é umformandoparâmetro: define o estado térmico do fundido no ponto onde a geometria fica travada.

L/D por estação

Tubo solto (revestimento secundário)

PBT éo material de tubo solto dominantepor sua rigidez, resistência química e estabilidade dimensional - e é higroscópico, hidrolisando no fundido se não for seco até uma umidade residual muito baixa, normalmente especificada em centésimos de por cento. Isso oferece duas rotas: secar completamente e aplicar um parafuso de{2}}estágio único ou ventilar e pagar pelo comprimento.

A maioria das linhas de tubos soltos seca, o que mantém viável um parafuso de estágio único de 25:1 a 30:1 em um diâmetro pequeno. A restrição decisiva nesta estação é térmica e não volumétrica, porqueexcesso de comprimento de fibra é criado no perfil de resfriamento, à medida que o tubo encolhe nas fibras que foram acopladas a ele ainda quentes. O trabalho publicado sobre controle EFL coloca os requisitos típicos em qualquer lugar de zero auma fração de um por cento dependendo do projeto do cabo, obtida através do gerenciamento do ponto de resfriamento e do tempo de permanência. Uma rosca que fornece fusão mais quente que o ponto de projeto move toda a janela de resfriamento e arrasta o EFL e a contração pós{1}}extrusão com ela - e é por issocontrole de excesso de comprimentopertence à conversa sobre especificações de parafusos, não apenas à conversa sobre-refrigerantes.

Buffer apertado

O buffer apertado aplica uma camada termoplástica diretamente sobre a fibra revestida de 250 µm com rendimento muito baixo através de uma matriz restritiva, com um revestimento de acrilato por baixo que tem pouca tolerância térmica. O comprimento aqui compra qualidade de fusão e estabilidade de pressão em vez de rendimento -, mas também compra tempo de residência em um composto situado a milímetros de uma fibra que não perdoará um ponto quente. Parafusos curtos e bem{4}}perfilados são a norma. As demandas contrastantes deconstruções de tubos apertados-protegidos e soltos-são a ilustração mais clara de por que uma especificação de parafuso não pode abranger uma planta.

Revestimento de polietileno

A estação mais tolerante. MDPE e HDPE têm uma ampla janela de processamento, e ferramentas de tubulação com pressão modesta na cabeça significam que uma longa seção de medição retorna menos do que a folha de dados indica. Onde o comprimento merece destaque é a dispersão - negro de fumo e aditivos UV ou anti{3}}roedores devem ser distribuídos uniformemente pela parede. Uma barreira ou parafuso de mistura de 25:1 a 30:1 geralmente consegue isso melhor do que um parafuso-de uso geral mais longo. Quando uma bomba de fusão é instalada para estabilidade do diâmetro, o argumento da pressão para 36:1 desaparece em grande parte.

LSZH e revestimento{0}retardador de chamas

A estação menos tolerante da linha.Compostos de halogênio com baixo teor de-fumaça zero-carregam cargas minerais muito altas, e o tri-hidrato de alumínio começa a liberar água não muito acima das temperaturas normais de processamento de poliolefinas - essa decomposição é precisamente o mecanismo que torna o composto retardador de chamas-, e precisamente o que não deve acontecer dentro do barril. Alta viscosidade, alto aquecimento de cisalhamento e baixo espaço térmico combinam-se em uma janela estreita.

Este é o caso mais claro na extrusão de cabos ondemenos L/D é melhor: parafusos mais curtos, perfis-de baixo cisalhamento, resfriamento generoso, velocidades de parafuso conservadoras. Comparando ocomportamento de processamento de materiais de revestimento de PE, LSZH e PVCé um ponto de partida muito mais produtivo para a seleção de parafusos do que comparar valores L/D entre cotações.

Faixas L/D recomendadas por estação

Trate-os como pontos de partida para uma conversa com um projetista de parafusos, e não como especificações. Diâmetro, profundidade do canal, perfil de compressão, faixa de velocidade da rosca e torque do acionamento, todos determinam a resposta.

Ventilação versus secagem em uma linha de cabo

Parafusos ventilados de dois{0}}estágios são o caso mais forte para um L/D longo em qualquer lugar em uma planta de cabos. A zona de descompressão e ventilação - comumente citada em aproximadamente 4 a 6 diâmetros - não derrete e não gera pressão; ele existe para retirar a umidade e os voláteis do fundido antes que a seção de medição o repressurize para a cruzeta.

A regra prática conhecida é que um parafuso 30:1 de dois-estágios é necessário para corresponder à saída de um parafuso 24:1-de estágio único. Isso é válido apenas quando os dois compartilham o mesmo diâmetro, velocidade da rosca, conjunto de acionamento, material, profundidade do canal, pressão da matriz e teto-da temperatura de fusão. É um subsídio de planejamento, não uma fórmula.

Para a maioria das fábricas de cabos, a economia favorece a secagem. O PBT e muitos compostos preenchidos absorvem umidade no armazenamento, e um secador- bem executado é mais barato do que seis diâmetros de cilindro, parafuso, aquecimento e espaço físico -, além de evitar problemas de inundação de ventilação-que um segundo estágio parcialmente preenchido pode criar em uma linha onde a saída é ditada pela velocidade da linha e não pelo operador.

Quando um parafuso mais longo danifica o cabo

O excesso de comprimento aparece primeiro como temperatura de fusão e, na extrusão de cabos, a temperatura de fusão é uma questão de especificação do produto, não uma questão de conforto:

• Degradação e mudança de corna bainha, com perda de resistência à fissuração por tensão ambiental no PE.
• Falha aditivaO desempenho do -estabilizador UV e retardador de chama-depende do composto não ter sido cozido no caminho para a matriz.
• Prato-forana cruzeta e na região da matriz, que se transformam em linhas de matriz, defeitos superficiais e desvios de diâmetro durante um longo ciclo de produção.
• Perda de força de fusãono rebaixamento-, produzindo ovalização e excentricidade da parede que nenhum ajuste de ferramenta corrigirá totalmente.
• EFL e desvio de contraçãona linha de tubo solto, porque a janela de resfriamento foi projetada em torno de uma temperatura de fusão que você não está mais fornecendo.

Uma vez que a temperatura de fusão é a restrição de ligação, a saída medida na matriz deixa de significar qualquer coisa - que é ondecontrole de temperatura de barril e derretimentodeixa de ser uma configuração de um painel e passa a ser um limite embutido na máquina que você comprou.

Dois mecanismos merecem ser nomeados explicitamente:

• Uma seção de transição muito{0}}longa pode retardar o derretimento em vez de acelerá-lo.Em uma poliolefina de fácil-fusão, espalhar a compressão em muitos diâmetros comprime o leito sólido muito gradualmente, engrossa o filme fundido e reduz a taxa de cisalhamento que leva à fusão, às vezes terminando na ruptura do-leito sólido. O efeito é real, mas depende da geometria -, ele defende a correspondência do comprimento de fusão com a resina, não para parafusos curtos em geral.
• As bombas de derretimento mudaram o argumento da pressão.Onde uma bomba de engrenagens lida com a pressão do cabeçote e a suavização da saída, o parafuso não precisa mais criar pressão de descarga por conta própria e uma seção de medição longa se torna muito menos valiosa.

Como escolher L/D para uma extrusora de cabo

1. Comece pela velocidade da linha e pela geometria da camada.A produção em kg/h é uma consequência do cabo, não um alvo que você escolhe. Dimensione o diâmetro e dirija até ele, depois discuta o comprimento.
2. Caracterize o composto.Viscosidade nas taxas de cisalhamento do processo, grau de afinamento por cisalhamento, carga de enchimento, cristalinidade, densidade aparente e, acima de tudo, o teto-da temperatura de fusão. Os fornecedores de resina publicam isso, e alguns declaram um L/D mínimo, como faz a Arkema em seudiretrizes de processamento de fios e cabos.
3. Traga a cruzeta para a conversa.O tipo de ferramenta, a pressão da matriz e a taxa de estiramento determinam quanto comprimento de medição é realmente útil.
4. Decida secar versus ventilar.Se a estação precisar ventilar, adicione aproximadamente 4–6 D e re-examine o custo total.
5. Verifique qual dispersão a camada precisa.Negro de fumo, retardadores de chama e embalagens UV podem exigir uma barreira ou perfil de mistura em vez de comprimento bruto.
6. Pergunte com que frequência o composto mudará.Uma linha de revestimento dedicada pode ser totalmente otimizada; uma linha que opera PE este ano e LSZH no próximo se beneficia da flexibilidade, e esse é o argumento legítimo para um parafuso mais longo.
7. Confirme na máquina.Teste na velocidade da linha de produção e meça a temperatura de fusão, pressão do cabeçote, carga do motor, diâmetro e ovalidade - e em tubo solto, EFL - antes de assinar.

Sinais de que o comprimento do parafuso está errado

Muito tempo para o processo:

• Temperatura de fusão bem acima do ponto de ajuste na velocidade normal da linha, com zonas cilíndricas em resfriamento durante a maior parte da operação.
• Descoloração, géis ou placas-que pioram com o tempo de permanência, principalmente após uma parada na linha.
• EFL ou contração pós--extrusão saindo da receita sem alteração na calha de resfriamento.
• Ovalidade ou flacidez no rebaixamento-que melhora quando a velocidade da rosca é reduzida.

Muito curto para o processo:

• Partículas não derretidas, géis ou dispersão de negro de fumo visivelmente pobre na bainha.
• Aumento de pressão e saída, aparecendo como variação de diâmetro ao longo do comprimento do tambor.
• Pressão da cabeça inalcançável sem girar o parafuso mais rápido do que o composto tolera.
• Variação da espessura da parede que não responde ao ajuste de ferramentas, vácuo ou velocidade-da linha.

Esses sintomas se sobrepõem a falhas no perfil do parafuso, nas ferramentas da cruzeta e no perfil-de temperatura. Portanto, confirme o diagnóstico antes de concluir que a máquina tem o comprimento errado.

Perguntas frequentes