橡膠的微波硫化應用技術(shù)

橡膠的微波硫化應用技術(shù)

一、前言

微波做為一種新的能源，經(jīng)過(guò)40多年在食品、農業(yè)、醫藥、工業(yè)及家庭等領(lǐng)域的成熟應用之后，又步入化學(xué)及高新技術(shù)領(lǐng)域。一九九二年九月在荷蘭召開(kāi)的第一次世界微波化學(xué)會(huì )議上，首先提出微波與化學(xué)結合所形成的新交義學(xué)科——微波化學(xué)，給廣大化學(xué)科技工作者，采用微波能輔助催化化學(xué)反應開(kāi)辟了一條嶄新道路。近年來(lái)，它已在化工、橡膠硫化預熱、陶瓷燒結、微波消解、制造新材料等領(lǐng)域取得很多可喜成果。

眾所周知，橡膠的硫化過(guò)程是指在一定條件下，膠料中的生膠與硫化劑發(fā)生化學(xué)反應，使其由線(xiàn)型結構的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結構的大分子，導致橡膠優(yōu)良性能的獲得。為實(shí)現這一反應必須外加能量使之達到一定的硫化溫度。

橡膠硫化可以采用各種方法。實(shí)踐說(shuō)明，由于橡膠導熱性能差，傳統方法是將膠料及其中添加劑采用蒸汽或遠紅外加熱等的橡膠硫化工藝，由于加熱溫度是由介質(zhì)外部向內部慢慢地熱傳導，所以它加熱時(shí)間長(cháng)，效率低，硫化均勻性不好。而微波加熱與傳統加熱方式完全不同，它是將微波能量穿透到被加熱介質(zhì)內部直接進(jìn)行整體加熱，所以加熱迅速，高效節能，大大縮短了橡膠硫化時(shí)間。精湛的微波設計，可使其加熱均勻性更好，質(zhì)量高，并可采用自動(dòng)化控制，大大改善工人勞動(dòng)條件。

從上世紀七十年代以來(lái)，法國、日本、美國、瑞典、英國、意大利、西班牙等國，微波能應用技術(shù)不僅已廣泛用于各種擠壓膠條、膠管的硫化預熱，而且已用于各類(lèi)輪胎的硫化預熱，所使用的微波源多半采用頻率為2450MHz的多個(gè)1～5KW的磁控管并聯(lián)饋能，對大載面的膠料采用頻率為915MHz。微波發(fā)生器具有優(yōu)良的調節和控制性能、加熱器可根據多種不同形狀的膠料而具體進(jìn)行設計，有行波型、駐波型及慢波結構等。

我國自改革開(kāi)放以來(lái)已采用微波硫化新技術(shù)，新工藝，并從西德、日本、西班牙、英國等國家引進(jìn)了幾十條微波密封條連續硫化生產(chǎn)線(xiàn)，大都已正常投入使用。為進(jìn)一步推廣應用，1988年由化工部牽頭，有關(guān)單位對西德BESTOFF公司引進(jìn)的一條最先進(jìn)的密封膠條連續硫化生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)展國產(chǎn)化工作。在1990年前后，國內一個(gè)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了一臺頻率為2450MHZ的10KW單源微波橡膠硫化設備，但由于受市場(chǎng)技術(shù)等方面的影響在近十年的時(shí)間里只銷(xiāo)售了寥寥數臺。

隨著(zhù)微波能應用技術(shù)的發(fā)展，有些引進(jìn)設備的廠(chǎng)家與微波能應用廠(chǎng)家合作，已經(jīng)著(zhù)手對進(jìn)口的橡膠硫化設備所存在的問(wèn)題進(jìn)行改造，使其產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量有了較大提高。同時(shí)微波能應用廠(chǎng)家也先后研制了一些相關(guān)橡膠微波硫化設備，由于當時(shí)技術(shù)尚未成熟，宣傳不夠，一直未得到大力推廣。

近年來(lái)，多管饋能在微波橡膠硫化設備上的應用，使微波橡膠硫化取得突破性進(jìn)展，也正日臻走向成熟和完善。同時(shí)在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，2000年以后，微波橡膠硫化設備得到了非常廣泛的應用，到現在國內市場(chǎng)正使用的國產(chǎn)微波橡膠硫化設備保守估計也應在150臺（套）以上。在上海、浙江、河北等地區使用的廠(chǎng)家尤其多。

二、微波橡膠硫化生產(chǎn)線(xiàn)及工藝介紹

微波橡膠硫化生產(chǎn)線(xiàn)包括擠出機（配套）、高溫定型設備、微波硫化設備、熱風(fēng)硫化設備、冷卻段、牽引機、裁斷機、打孔機等。

擠出機用來(lái)把橡膠原料擠壓成需要形狀和結構，擠壓成型的橡膠分為單層橡膠（海綿或實(shí)芯膠）、二層復合橡膠（海綿和實(shí)芯膠）、三層復合橡膠（鋼芯、海綿和實(shí)芯膠），四層復合橡膠等，對應不同的橡膠種類(lèi)和規格所使用擠出機的結構和性能也有所不同。

高溫定型設備主要用來(lái)把剛擠壓成型的橡膠采用高溫迅速將其表面硫化定型以防止其變形或與輸送帶粘連而破壞其表面；對于強度較好又不太粘的橡膠品種可以不用，也有廠(chǎng)家采用在微波硫化設備的進(jìn)口處加一節高溫段來(lái)達到此效果而不在單獨做。

微波硫化設備利用微波加熱速度整體加熱到硫化所需要的溫度，這一過(guò)程只需要幾十秒到一兩分鐘的時(shí)間；這一段長(cháng)度通常在6-8米，微波功率10-15千瓦（可調）；并配有熱風(fēng)循環(huán)系統，熱風(fēng)溫度160-250度（可調），熱風(fēng)功率在30千瓦左右。

熱風(fēng)硫化設備使橡膠條保持在硫化所需要的溫度范圍內繼續硫化，熱風(fēng)溫度160-250度（可調）。這一段根據產(chǎn)量和硫化所需時(shí)間的不同長(cháng)度和功率的變化都比較大，長(cháng)度從10米到60米功率從30千瓦100多千瓦都有可能。這一段以及微波硫化段的熱風(fēng)加熱方式有電加熱和燃燒加熱兩種，燃燒加熱有可分為燃煤兩種，其中電加熱方便、干凈但能耗和費用都比較高，燃煤能耗和費用都是最低的但污染大，所在需要功率不大的情況下一般選用電加熱，功率比較大的情況下選用燃油加熱。

冷卻段用來(lái)把橡膠條冷卻到可進(jìn)行截斷收集等操作的溫度。根據冷卻方式的不同分為水冷卻和空氣冷卻兩種，水冷卻還配備吹干機來(lái)吹干橡膠條表面的水分；截面比較大的橡膠條一般采用水冷卻，反之則采用空氣冷卻。

牽引機提供橡膠條前進(jìn)的動(dòng)力。當冷卻段采用空氣冷卻并配備輸送帶時(shí)，因生產(chǎn)線(xiàn)各部分都有動(dòng)力也可不用牽引機。截斷機用來(lái)把橡膠條按需要的長(cháng)充截斷。

以上只是硫化一般橡膠條的基本配置，當硫化帶骨架橡膠條時(shí)在擠出機的前段還配有鋼芯供給設備，在后段根據需要有時(shí)還配有打孔機、鋼芯成型機等設備；當硫化非條狀連續式產(chǎn)品時(shí)又不需要截斷機。

微波橡膠硫化生產(chǎn)線(xiàn)可以連續生產(chǎn)單層橡膠（海綿或實(shí)芯膠）、二層復合橡膠（海綿和實(shí)芯膠）、三層復合橡膠（鋼芯、海綿和實(shí)芯膠），四層復合橡膠以及單件成型的橡膠制品，硫化溫度在160-250度可調，輸送帶速度一般在1-10米/分之間可調，產(chǎn)量從每小時(shí)幾公斤到每小時(shí)幾百公斤都可做到；對于體積很大的發(fā)泡橡膠還可以采用爐式微波橡膠硫化設