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橡胶的微波硫化

微波做为一种新的能源,经过40多 年在食品、农业、医药、工业及家庭等领域的成熟应用之后,又步入化学及高新技术领域。一九九二年九月在荷兰召开的第一次世界微波化学会议上,首先提出微波 与化学结合所形成的新交义学科——微波化学,给广大化学科技工作者,采用微波能辅助催化化学反应开辟了一条崭新道路。近年来,它已在化工、橡胶硫化预热、 陶瓷烧结、微波消解、制造新材料等领域取得很多可喜成果。


 众所周知,橡胶的硫化过程是指在一定条件下,胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应,使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子,导致橡胶优良性能的 获得。为实现这一反应必须外加能量使之达到一定的硫化温度。橡胶硫化可以采用各种方法。实践说明,由于橡胶导热性能差,传统方法是将胶料及其中添加剂采用 蒸汽或远红外加热等的橡胶硫化工艺,由于加热温度是由介质外部向内部慢慢地热传导,所以它加热时间长,效率低,硫化均匀性不好。而微波加热与传统加热方式 完全不同,它是将微波能量穿透到被加热介质内部直接进行整体加热,所以加热迅速,高效节能,大大缩短了橡胶硫化时间。精湛的微波设计,可使其加热均匀性更 好,质量高,并可采用自动化控制,大大改善工人劳动条件。
  从上世纪七十年代以来,法国、日本、美国、瑞典、英国、意大利、西班牙等国,微波能应用技术不仅已广泛用于各种挤压胶条、胶管的硫化预热,而且已用于各类轮胎的硫化预热,所使用的微波源多半采用频率为2450MHz的多个1~5KW的磁控管并联馈能,对大载面的胶料采用频率为915MHz。微波发生器具有优良的调节和控制性能、加热器可根据多种不同形状的胶料而具体进行设计,有行波型、驻波型及慢波结构等。
我国自改革开放以来已采用微波硫化新技术,新工艺,并从西德、日本、西班牙、英国等国家引进了几十条微波密封条连续硫化生产线,大都已正常投入使用。为进一步推广应用,1988年由化工部牵头,有关单位对西德BESTOFF公司引进的一条最先进的密封胶条连续硫化生产线开展国产化工作。在1990年前后,国内一个厂家开发了一台频率为2450MHZ的10KW单源微波橡胶硫化设备,但由于受市场技术等方面的影响在近十年的时间里只销售了寥寥数台。
随着微波能应用技术的发展,有些引进设备的厂家与微波能应用厂家合作,已经着手对进口的橡胶硫化设备所存在的问题进行改造,使其产品质量和产量有了较大提高。同时微波能应用厂家也先后研制了一些相关橡胶微波硫化设备,由于当时技术尚未成熟,宣传不够,一直未得到大力推广。
近年来,多管馈能在微波橡胶硫化设备上的应用,使微波橡胶硫化取得突破性进展,也正日臻走向成熟和完善。同时在市场需求的推动下,2000年以后,微波橡胶硫化设备得到了非常广泛的应用,到现在国内市场正使用的国产微波橡胶硫化设备保守估计也应在150台(套)以上。在上海、浙江、河北等地区使用的厂家尤其多。
微波橡胶硫化生产线包括挤出机(配套)、高温定型设备、微波硫化设备、热风硫化设备、冷却段、牵引机、裁断机、打孔机等。


下面简单介绍一下各部分的功能及基本参数:

挤出机用来把橡胶原料挤压成需要形状和结构,挤压成型的橡胶分为单层橡胶(海绵或实芯胶)、二层复合橡胶(海绵和实芯胶)、三层复合橡胶(钢芯、海绵和实芯胶),四层复合橡胶等,对应不同的橡胶种类和规格所使用挤出机的结构和性能也有所不同。
高温定型设备主要用来把刚挤压成型的橡胶采用高温迅速将其表面硫化定型以防止其变形或与输送带粘连而破坏其表面;对于强度较好又不太粘的橡胶品种可以不用,也有厂家采用在微波硫化设备的进口处加一节高温段来达到此效果而不在单独做。
 微波硫化设备利用微波加热速度整体加热到硫化所需要的温度,这一过程只需要几十秒到一两分钟的时间;这一段长度通常在6-8米,微波功率10-15千瓦(可调);并配有热风循环系统,热风温度160-250度(可调),热风功率在30千瓦左右。
热风硫化设备使橡胶条保持在硫化所需要的温度范围内继续硫化,热风温度160-250度(可调)。这一段根据产量和硫化所需时间的不同长度和功率的变化都比较大,长度从10米到60米功率从30千瓦100多千瓦都有可能。这一段以及微波硫化段的热风加热方式有电加热和燃烧加热两种,燃烧加热有可分为燃煤两种,其中电加热方便、干净但能耗和费用都比较高,燃煤能耗和费用都是最低的但污染大,所在需要功率不大的情况下一般选用电加热,功率比较大的情况下选用燃油加热。
冷却段用来把橡胶条冷却到可进行截断收集等操作的温度。根据冷却方式的不同分为水冷却和空气冷却两种,水冷却还配备吹干机来吹干橡胶条表面的水分;截面比较大的橡胶条一般采用水冷却,反之则采用空气冷却。
牵引机提供橡胶条前进的动力。当冷却段采用空气冷却并配备输送带时,因生产线各部分都有动力也可不用牵引机。截断机用来把橡胶条按需要的长充截断。
以上只是硫化一般橡胶条的基本配置,当硫化带骨架橡胶条时在挤出机的前段还配有钢芯供给设备,在后段根据需要有时还配有打孔机、钢芯成型机等设备;当硫化非条状连续式产品时又不需要截断机。
微波橡胶硫化生产线可以连续生产单层橡胶(海绵或实芯胶)、二层复合橡胶(海绵和实芯胶)、三层复合橡胶(钢芯、海绵和实芯胶),四层复合橡胶以及单件成型的橡胶制品,硫化温度在160-250度可调,输送带速度一般在1-10米/分之间可调,产量从每小时几公斤到每小时几百公斤都可做到;对于体积很大的发泡橡胶还可以采用炉式微波橡胶硫化设备。
橡胶的微波硫化已走向工业化生产阶段,有着巨大潜力和广阔的发展前景。

关键词:橡胶硫化 微波硫化