Wulkanizację wyrobów gumowych prowadzi się także w sposób ciągły, bezciśnieniowy, w ciągach solnych lub powietrznych. Nowoczesne elektryczne lub gazowe linie wulkanizacyjne w kąpieli solnej imponują wysoką wydajnością w połączeniu z niskim jednostkowym zużyciem energii. W zależności od długości linii i składu mieszanki, prędkość produkcji może sięgać nawet 80 m/min. Obsługa linii do wulkanizacji w stopionych solach o przestarzałej konstrukcji może wiązać się z mniejszymi lub większymi komplikacjami (ale to już temat na osobny artykuł). W przypadku ciągów powietrznych do wulkanizacji profili stosuje się głównie kombinacje emiterów podczerwieni (IR), systemów gorącego powietrza (HL) i systemów mikrofalowych (UHF). Wymienione metody wykorzystywane indywidualnie powodują, że profil nie nagrzewa się równomiernie. W wyniku działania promieniowania podczerwonego i konwekcyjnego ogrzewania gorącym powietrzem profil jest przegrzewany na powierzchni (która ulega degradacji), a ciepło dociera do środka przekroju z opóźnieniem. Chociaż promieniowanie mikrofalowe nagrzewa cały przekrój profilu materiału (tylko materiału polarnego lub elektrycznie lub jonowo przewodzącego), to zachodzący proces podlega dużym fluktuacjom. Ogólnie rzecz ujmując, profile będą właściwie zwulkanizowane jeśli połączy się odpowiednio systemy IR, HL i UHF oraz dostosuje się ich działanie do konkretnego materiału.
Problemy dotyczące energii cieplnej w procesach ciągłej wulkanizacji stanowią niezwykle złożone zagadnienie. Transportowane profile gumowe muszą być nagrzewane w jak najkrótszym czasie i możliwie jednorodnie w całym przekroju, przy jak najmniejszym nakładzie energii. Do niedawna kombinacje systemów IR, HL i UHF oraz ilość dostarczanej energii były ustalane w oparciu o wiedzę i doświadczenie specjalistów; dogłębna analiza energetyczna, nie mówiąc już o pomiarze zintegrowanym z procesem, nie była możliwa. W ostatnich latach opracowano system testowo-pomiarowy (firmy Gerlach Maschinenbau i IKV) do optymalizacji procesu, który umożliwia pomiary temperatury podczas wulkanizacji profili gumowych. Aby móc ocenić efektywność energetyczną różnych mechanizmów transferu energii, prowadzi się także pomiary z wykorzystaniem dynamicznej kalorymetrii skaningowej (DSC). W celu ograniczenia liczby eksperymentów na potrzeby projektowania procesu dla nowych produktów, prowadzi się też symulacje procesu ogrzewania dla różnych materiałów i geometrii profili.
Ciąg wulkanizacyjny byłby niczym bez wytłaczarki. Niezależnie od wieku maszyny ważne jest, aby była ona wyposażona w ślimak o odpowiedniej konstrukcji i stosunku długości do średnicy (L/D), zapewniający właściwą wydajność dostosowaną do potrzeb produkcji. Optymalizacja prędkości wytłaczania maksymalizuje ciepło z pracy mechanicznej i minimalizuje ilość potrzebnej energii elektrycznej. Istotna jest dokładna kontrola temperatury - przekroczenie optymalnych temperatur przetwarzania może skutkować podwulkanizowaniem mieszanki.
Wytłaczanie to nie tylko końcowy proces formowania produktu, ale także proces pośredni dla innych technik przetwarzania, takich jak formowanie. Marnotrawstwem jest używanie dużych wytłaczarek do konfekcjonowania profili o niewielkich przekrojach.
Wydajnie generowana i umiejętnie kontrolowana para technologiczna jest znacznie tańszym źródłem ciepła niż energia elektryczna, zwłaszcza w przypadkach, gdy zapewniona jest wysoka sprawność kotła i systemu dystrybucji. W celu oszczędności warto zmniejszyć zapotrzebowanie na parę technologiczną, optymalizując proces wulkanizacji w autoklawach, ograniczając straty ciepła w instalacji przesyłowej i maksymalizując wydajność wymiany ciepła poprzez zapobieganie osadzaniu się i usuwanie kamienia kotłowego oraz śladów korozji, a także unikanie zalewania wymienników ciepła kondensatem.
W zakładach, w których zużycie pary spadło, system jej generowania i przesyłu jest zazwyczaj zbyt duży w stosunku do potrzeb i generuje wysokie koszty utrzymania oraz obsługi. Dlatego warto w odpowiednim momencie podzielić ten system na kilka mniejszych, zasilanych przez lokalne kotły gazowe lub elektryczne, które można uruchamiać stopniowo, w zależności od okoliczności.
Rozpatrując kwestie energooszczędności, często jako drugorzędne traktuje się zużycie energii związane z budynkami, ale tak naprawdę warto zadbać o ich termomodernizację, ponieważ dokonywane zmiany nie wpływają na produkcję, a pozwalają zmniejszyć nakłady energetyczne na ogrzewanie i wentylację pomieszczeń oraz zaopatrzenie w media.
W przemyśle gumowym z pewnością nastąpiła znaczna poprawa w budynkach fabrycznych i warunkach pracy, co przekłada się na wzrost wydajności produkcji i zmniejszanie zużycia energii. Jednak nadal istnieją duże możliwości oszczędzania energii, chociażby w obszarach takich jak oświetlenie. Nowe lub wyremontowane budynki to idealna okazja do obniżenia długoterminowych kosztów. Budynki niskoenergetyczne są nie tylko tańsze w eksploatacji, ale także wygodniejsze dla personelu.
Karol Niciński
Źródła
ISO 14001:2015 Environmental Management Systems – Requirements with guidance for use, https://www.iso.org/standard/60857.html
ISO 50001:2018 Energy Management Systems, https://www.iso.org/standard/69426.html
Kent R., Tangram Technology Ltd., Energy efficiency in rubber processing. Practical worksheets for industry. Energy worksheets 1–8, http://www.tangram.co.uk/TI-Energy%20Worksheets%20(Rubber)%20-%20Tangram.PDF [dostęp: 14.01.2022]
Nakajima N., The Science and Practice of Rubber Mixing, iSmithers Rapra Technol. Ltd., 2000, ISBN: 978-1-85957-398-3
Funt J.F., Mixing of Rubber, iSmithers Rapra Technol. Ltd., 2009, ISBN: 978-1-84735-151-7
https://www.hf-mixinggroup.com/en/news/blog/detail/the-energetically-ideal-mixer-line/, publikacja: 22.05.2016, [dostęp: 17.01.2022]
Moribe T., Advanced Intermeshing Mixers for Energy Saving and Reduction of Environmental Impact, „Mitsubishi Heavy Industries Technical Review” 49(4) 2012, s. 38–43, https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e494/e494038.pdf [dostęp: 18.01.2022]
Pyskło L., Dębek C., Substancje pomocnicze poprawiające właściwości przerobowe mieszanek kauczukowych, „Elastomery” 4(10) 2006, s. 24–29
Neilsen J., Ziser T., Processing promoters: Additives for rubber compounds improve mixing and processing, „Rubber World” 264(5) 2021, s. 22–30
Microwave preheating of natural rubber and rubber mixtures, https://www.romill.cz/en/microwave-preheating-of-natural-rubber [dostęp: 18.01.2022]
Launay J. i in., Energy consumption and quality–productivity compromise in rubber molding, e-RUBBERCON 2020, Paryż, 11–12.02.2021, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03447146/file/Energy%20consumption%20and%20quality-productivity%20compromise%20in%20rubber.pdf [dostęp: 18.01.2022]
Hoppman C. i in., Development of a novel vulcanization test and measuring system to support process optimization in continuous vulcanization, „Rubber World” 258(4) 2018, s. 22–26
