เตาอบลูกกลิ้งสำหรับอบยาง: เคล็ดลับการควบคุมอุณหภูมิ

By ไมค์ เฉินผู้อำนวยการฝ่ายผลิต | ประสบการณ์ 12 ปีขึ้นไปในอุตสาหกรรมการผลิตยาง |ลิงก์อิน

ประเด็นสำคัญ

• ระบบควบคุมอุณหภูมิ PID ช่วยรักษาอุณหภูมิของเตาอบให้อยู่ภายในช่วง ±1-2°C จากค่าที่ตั้งไว้ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความหนาแน่นของการเชื่อมโยงที่สม่ำเสมอทั่วทุกชิ้นส่วนในล็อตเดียวกัน
• เตาอบแบบลูกกลิ้งที่มีถังหมุนทรงแปดเหลี่ยมให้ความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีกว่าเตาอบแบบคงที่ เนื่องจากการหมุนอย่างต่อเนื่องทำให้พื้นผิวทุกส่วนของชิ้นส่วนสัมผัสกับอากาศร้อนที่หมุนเวียนอยู่
• ตัวควบคุม PID ของ Omron ที่มีเอาต์พุต SSR 4-20 mA ช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไปของฮีตเตอร์โดยการปรับกำลังไฟอย่างต่อเนื่องแทนที่จะเปิดและปิดฮีตเตอร์เป็นรอบๆ
• ระบบป้องกันอุณหภูมิสูงเกินสองชั้นในเตาอบลูกกลิ้งสมัยใหม่จะปิดฮีตเตอร์โดยอัตโนมัติหากตัวควบคุมหลักทำงานผิดพลาด ป้องกันการเกิดไฟไหม้และความเสียหายต่อผลิตภัณฑ์

เตาอบลูกกลิ้งสำหรับอบยางมีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างจากเครื่องอัดขึ้นรูปยางขั้นต้น การวัลคาไนซ์ขั้นที่สอง หรือที่เรียกว่าการอบหลังการผลิต จะทำให้กระบวนการเชื่อมโยงโมเลกุลที่เริ่มต้นในแม่พิมพ์อัดหรือแม่พิมพ์ฉีดเสร็จสมบูรณ์ เนื่องจากคุณสมบัติทางกายภาพของสารประกอบยางยังคงพัฒนาต่อไปในระหว่างการวัลคาไนซ์ขั้นที่สอง การควบคุมอุณหภูมิที่สม่ำเสมอในเตาอบอบยางจึงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

บทความนี้กล่าวถึงระบบควบคุมอุณหภูมิที่ใช้ในเตาอบลูกกลิ้งสำหรับการอบยาง เคล็ดลับเชิงปฏิบัติในการรักษาความร้อนให้สม่ำเสมอ และวิธีการปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสมสำหรับยางผสมชนิดต่างๆ และขนาดของชุดการผลิต

เหตุใดการควบคุมอุณหภูมิในเตาอบยางจึงส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์

การบ่มยางเป็นไปตามความสัมพันธ์ระหว่างเวลาและอุณหภูมิที่กำหนดโดยเส้นโค้งการบ่มของสารประกอบนั้นๆ ทุกๆ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิการบ่ม 10°C อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียง 5°C ในชิ้นส่วนชุดเดียวกันสามารถทำให้เกิดความแตกต่างที่วัดได้ในความแข็งแรงดึง การยืดตัวเมื่อขาด และการเสียรูปถาวรหลังการอัด ภายในกระบวนการผลิตเดียวกัน

ต่อแอสทรอส ดี573และไอโอเอส 188ตามมาตรฐานการอบยางด้วยความร้อน ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติสามารถคาดการณ์ได้เมื่อควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอบที่อุณหภูมิต่ำกว่าช่วงข้อกำหนดอาจมีการเชื่อมโยงโมเลกุลไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้ค่าโมดูลัสต่ำลงและค่าการเสียรูปถาวรสูงขึ้น ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิสูงกว่าช่วงข้อกำหนดอาจเกิดการอบมากเกินไป ทำให้เปราะและยืดตัวลดลง เตาอบแบบลูกกลิ้งสำหรับการอบยางที่มีการควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำจะช่วยขจัดความแปรปรวนระหว่างล็อตและชิ้นส่วนต่างๆ ได้

จากการทดสอบในโรงงานของเรากับชิ้นส่วนวัลคาไนซ์ขั้นที่สองมากกว่า 200 ชุด โดยใช้เตาอบลูกกลิ้ง XCJ-K600 เราพบว่าชิ้นส่วนที่อบด้วยอุณหภูมิที่ควบคุมด้วยระบบ PID ภายใน ±1.5°C จากจุดที่ตั้งไว้ มีค่าความแข็ง Shore A ผันผวนน้อยกว่า 23% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่อบในเตาอบที่มีความผันผวนของอุณหภูมิ ±5°C

ระบบควบคุมอุณหภูมิในเตาอบลูกกลิ้งสำหรับอบยาง

เตาอบลูกกลิ้งสมัยใหม่สำหรับอบยางนั้นผสานรวมระบบควบคุมสามระบบที่ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาสภาพการประมวลผลให้คงที่

ตัวควบคุม PID ที่มีเอาต์พุต SSR

ตัวควบคุมอุณหภูมิ PID ของ Omron ในเตาอบลูกกลิ้ง XCJ-K600 และ XCJ-K900 ใช้หลักการควบคุมแบบสัดส่วน-อินทิกรัล-อนุพันธ์ (PID) ในการคำนวณกำลังไฟที่ต้องการอย่างต่อเนื่อง สัญญาณเอาต์พุต 4-20 mA จะขับรีเลย์โซลิดสเตท (SSR) ซึ่งทำหน้าที่ปรับกำลังไฟของฮีตเตอร์อย่างต่อเนื่อง แทนที่จะเปิดและปิดฮีตเตอร์เป็นรอบๆ โหมดควบคุมต่อเนื่องนี้ช่วยขจัดปัญหาอุณหภูมิเกินหรือต่ำกว่าเป้าหมายที่เกิดขึ้นกับเทอร์โมสตัทแบบเปิด-ปิดธรรมดา ผลลัพธ์ที่ได้คืออุณหภูมิภายในห้องที่คงที่ด้วยความแม่นยำ ±1-2°C ที่จุดตั้งค่าระหว่างอุณหภูมิห้องและ 260°C

ระบบหมุนเวียนอากาศร้อน

มอเตอร์เพลายาวทนความร้อนสูงที่ขับเคลื่อนพัดลมกังหันสร้างการหมุนเวียนอากาศได้ 3000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง เนื่องจากอากาศร้อนเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องผ่านถังทรงแปดเหลี่ยมและชิ้นส่วนยางที่หมุนอยู่ พื้นผิวทุกส่วนจึงได้รับความร้อนอย่างทั่วถึง การหมุนเวียนนี้ช่วยป้องกันการเกิดจุดร้อนใกล้กับตัวทำความร้อนและจุดเย็นใกล้กับประตูหรือมุมต่างๆ ฉนวนใยฝ้ายหนา 100 มม. ช่วยรักษาอุณหภูมิผนังด้านนอกให้ต่ำกว่า 35°C ในระหว่างการทำงานที่อุณหภูมิ 200°C ลดการสูญเสียความร้อนและเพิ่มความเสถียรของอุณหภูมิ

การหมุนของดรัมทรงแปดเหลี่ยมเพื่อการกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอ

การออกแบบถังหมุนทรงแปดเหลี่ยมมีจุดประสงค์สองประการ คือ ช่วยหมุนชิ้นส่วนยางผ่านกระแสลมร้อน และผนังด้านในที่เป็นเหลี่ยมมุมจะสร้างมุมตกที่แตกต่างกัน ป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนซ้อนกัน การวางซ้อนกันของชิ้นส่วนจะกักเก็บความร้อนไว้ตรงกลาง ทำให้เกิดความแตกต่างของอัตราการแข็งตัวระหว่างชิ้นส่วนด้านนอกและด้านใน ถังหมุนจะช่วยขจัดปัญหาการแบ่งชั้นนี้ และมอเตอร์ลูกกลิ้ง (0.75 กิโลวัตต์) จะรักษาความเร็วในการหมุนให้คงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณของชิ้นงานในแต่ละรอบ

เคล็ดลับการควบคุมอุณหภูมิสำหรับการใช้งานเตาอบอบยาง

1. ตั้งค่าพารามิเตอร์ PID โดยอิงตามมวลของชุดการผลิตวัตถุดิบหนัก 50 กิโลกรัมจะดูดซับความร้อนมากกว่าวัตถุดิบหนัก 15 กิโลกรัมในช่วงเริ่มอุ่นเครื่อง ปรับช่วงสัดส่วนและเวลาอินทิกรัลบนตัวควบคุม PID ของ Omron เพื่อชดเชยความแตกต่างของมวลความร้อน เริ่มต้นด้วยพารามิเตอร์เริ่มต้นของผู้ผลิตและปรับแต่งเพิ่มเติมตามเวลาการฟื้นตัวของอุณหภูมิหลังจากโหลด
2. ตั้งอุณหภูมิเตาอบลูกกลิ้งให้ได้ตามที่กำหนดก่อนใส่ชิ้นงานเข้าไปการใส่ชิ้นส่วนยางเข้าไปในเตาอบที่ยังไม่ถึงอุณหภูมิสมดุลจะทำให้อุณหภูมิภายในลดลงต่ำกว่าจุดที่ตั้งไว้ ตัวควบคุม PID จะตอบสนอง แต่เวลาในการฟื้นตัวขึ้นอยู่กับกำลังไฟของฮีตเตอร์ (10.5 กิโลวัตต์ในรุ่น XCJ-K600) และมวลของชิ้นงานที่ยังไม่ร้อน ควรปล่อยให้เวลาผ่านไป 15-20 นาทีเพื่อให้อุณหภูมิคงที่หลังจากที่ตัวควบคุมแสดงว่าถึงจุดที่ตั้งไว้แล้ว
3. ตรวจสอบการฟื้นตัวของอุณหภูมิหลังจากโหลดเสร็จช่วงที่อุณหภูมิต่ำที่สุดในรอบการอบแห้งจะเกิดขึ้น 3-5 นาทีหลังจากใส่ชิ้นงานใหม่เข้าไป อุณหภูมิที่ลดลงไม่ควรเกิน 10°C สำหรับเครื่องอบแห้ง XCJ-K600 ที่มีน้ำหนักบรรทุก 15-20 กก. หากอุณหภูมิลดลงเกิน 15°C ให้ลดขนาดของชิ้นงานหรือเพิ่มเวลาในการอุ่นก่อนอบแห้ง
4. ใช้ฟังก์ชันตั้งเวลาเพื่อควบคุมรอบการทำงานให้สม่ำเสมอตัวจับเวลา 0-99.99 ชั่วโมง พร้อมระบบหยุดฮีตเตอร์อัตโนมัติและสัญญาณเตือนด้วยเสียง ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแต่ละชุดการผลิตจะได้รับระยะเวลาการอบแห้งที่เท่ากัน อย่าพึ่งพาการจับเวลาด้วยตนเอง เนื่องจากความแปรปรวนของผู้ปฏิบัติงานจะทำให้เกิดความผันแปรของกระบวนการโดยไม่จำเป็น
5. ปรับเทียบตัวควบคุม PID เป็นประจำทุกปีการคลาดเคลื่อนของเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเมื่อเวลาผ่านไปส่งผลต่อความแม่นยำของตัวควบคุม ควรตรวจสอบค่าที่ป้อนเข้าตัวควบคุม Omron เทียบกับเทอร์โมคัปเปิลอ้างอิงที่ได้รับการสอบเทียบแล้วอย่างน้อยปีละครั้ง ควรทำการสอบเทียบใหม่หากค่าที่อ่านได้แตกต่างจากค่าอ้างอิงเกิน 2°C ที่อุณหภูมิการทำงานปกติ
6. ตรวจสอบระบบป้องกันอุณหภูมิสูงเกินทุกสัปดาห์ระบบป้องกันอุณหภูมิสูงเกินสองชั้นในเตาอบลูกกลิ้งรุ่น XCJ-K600 และ XCJ-K900 ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ตรวจจับอุณหภูมิสูงเกินแบบอิสระ ซึ่งจะปิดการทำงานของฮีตเตอร์หากตัวควบคุมหลักทำงานผิดพลาด ทดสอบระบบนี้โดยการเพิ่มจุดตั้งค่าอุณหภูมิสูงเกินอุณหภูมิการทำงาน และตรวจสอบว่าฮีตเตอร์ตัดการทำงานหรือไม่

อุณหภูมิเตาอบที่แนะนำสำหรับการอบยางประเภทต่างๆ ที่ใช้กันทั่วไป

อุณหภูมิที่ระบุไว้เป็นไปตามแนวทางการผสมทั่วไป ควรตรวจสอบพารามิเตอร์ที่แท้จริงกับผู้จำหน่ายสารประกอบและยืนยันผ่านการทดสอบคุณสมบัติทางกลตามมาตรฐาน ASTM D412 และ ASTM D395

ปัญหาการควบคุมอุณหภูมิที่พบได้ทั่วไปในเตาอบยาง

ปัญหาการควบคุมอุณหภูมิส่วนใหญ่สามารถระบุได้จากการตรวจสอบหน้าจอแสดงผลของระบบควบคุม Delta อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งจะแสดงข้อมูลสถานะการทำงานแบบเรียลไทม์

การเลือกเตาอบลูกกลิ้งที่เหมาะสมสำหรับการอบยาง

เตาอบลูกกลิ้ง XCJ-K600 และ XCJ-K900 จาก Xiamen Xingchangjia มีปริมาตรการทำงานสองขนาดให้เลือกใช้สำหรับการผลิตในระดับที่แตกต่างกัน XCJ-K600 มีห้องอบขนาด 600 ลิตร ขนาด 1300 มม. (กว้าง) x 1600 มม. (สูง) x 1100 มม. (ลึก) เหมาะสำหรับการผลิตขนาดเล็กถึงขนาดกลาง ส่วน XCJ-K900 มีปริมาตร 900 ลิตร ขนาด 1300 มม. (กว้าง) x 1600 มม. (สูง) x 1300 มม. (ลึก) ออกแบบมาสำหรับการอบในปริมาณมาก

ทั้งสองรุ่นใช้ระบบควบคุมอุณหภูมิหลักเดียวกัน คือ ตัวควบคุม PID ของ Omron, ฮีตเตอร์ 10.5 กิโลวัตต์, พัดลมหมุนเวียน 3000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง และระบบป้องกันอุณหภูมิสูงเกินสองชั้น โครงสร้างภายในและภายนอกทำจากสแตนเลส 304 หนา 1.5 มิลลิเมตร ป้องกันการกัดกร่อนตลอดการใช้งานหลายปี ช่วงอุณหภูมิที่ปรับได้ตั้งแต่อุณหภูมิห้องถึง 280 องศาเซลเซียส ครอบคลุมความต้องการการวัลคาไนซ์รองทั่วไปสำหรับยาง NBR, EPDM, FKM, ซิลิโคน และ HNBR

สรุป: อุณหภูมิการอบที่สม่ำเสมอหมายถึงคุณภาพยางที่สม่ำเสมอ

การควบคุมอุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการวัลคาไนซ์ขั้นที่สอง เตาอบลูกกลิ้งสำหรับอบยางที่มีการควบคุม PID การหมุนเวียนอากาศร้อนที่มีประสิทธิภาพ และการหมุนดรัมแปดเหลี่ยม จะให้สภาวะความร้อนที่สม่ำเสมอซึ่งจำเป็นต่อความหนาแน่นของการเชื่อมโยงที่สม่ำเสมอในทุกชิ้นส่วนในทุกชุดการผลิต ตัวควบคุม PID ของ Omron ที่มีเอาต์พุต SSR 4-20 mA เมื่อจับคู่กับการหมุนเวียนอากาศ 3000 CBM/h และฉนวน 100 มม. จะให้ความเสถียรของอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO 188 และ ASTM D573

ผู้ปฏิบัติงานที่ปฏิบัติตามขั้นตอนการจัดการอุณหภูมิอย่างเป็นระบบ เช่น การอุ่นก่อน การตรวจสอบการฟื้นตัว การตรวจสอบความสม่ำเสมอ และการบำรุงรักษาระบบความปลอดภัย จะสามารถลดความผันแปรของคุณสมบัติของยางที่ผ่านการอบแห้ง และเพิ่มผลผลิตได้สูงขึ้น