橡膠的微波硫化應(yīng)用技術(shù)

一、前言

微波做為一種新的能源，經(jīng)過40多年在食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、工業(yè)及家庭等領(lǐng)域的成熟應(yīng)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的第一次世界微波化學(xué)會議上，首先提出微波與化學(xué)結(jié)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(yīng)開辟了一條嶄新道路。近年來，它已在化工、橡膠硫化預(yù)熱、陶瓷燒結(jié)、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(yīng)，使其由線型結(jié)構(gòu)的大分子交聯(lián)成為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子，導(dǎo)致橡膠優(yōu)良性能的獲得。為實(shí)現(xiàn)這一反應(yīng)必須外加能量使之達(dá)到一定的硫化溫度。

橡膠硫化可以采用各種方法。實(shí)踐說明，由于橡膠導(dǎo)熱性能差，傳統(tǒng)方法是將膠料及其中添加劑采用蒸汽或遠(yuǎn)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(nèi)部慢慢地?zé)醾鲗?dǎo)，所以它加熱時間長，效率低，硫化均勻性不好。而微波加熱與傳統(tǒng)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(nèi)部直接進(jìn)行整體加熱，所以加熱迅速，高效節(jié)能，大大縮短了橡膠硫化時間。精湛的微波設(shè)計，可使其加熱均勻性更好，質(zhì)量高，并可采用自動化控制，大大改善工人勞動條件。

從上世紀(jì)七十年代以來，法國、日本、美國、瑞典、英國、意大利、西班牙等國，微波能應(yīng)用技術(shù)不僅已廣泛用于各種擠壓膠條、膠管的硫化預(yù)熱，而且已用于各類輪胎的硫化預(yù)熱，所使用的微波源多半采用頻率為2450MHz的多個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(diào)節(jié)和控制性能、加熱器可根據(jù)多種不同形狀的膠料而具體進(jìn)行設(shè)計，有行波型、駐波型及慢波結(jié)構(gòu)等。

我國自改革開放以來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(xù)硫化生產(chǎn)線，大都已正常投入使用。為進(jìn)一步推廣應(yīng)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(xù)硫化生產(chǎn)線開展國產(chǎn)化工作。在1990年前后，國內(nèi)一個廠家開發(fā)了一臺頻率為2450MHZ的10KW單源微波橡膠硫化設(shè)備，但由于受市場技術(shù)等方面的影響在近十年的時間里只銷售了寥寥數(shù)臺。

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

近年來，多管饋能在微波橡膠硫化設(shè)備上的應(yīng)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。同時在市場需求的推動下，2000年以后，微波橡膠硫化設(shè)備得到了非常廣泛的應(yīng)用，到現(xiàn)在國內(nèi)市場正使用的國產(chǎn)微波橡膠硫化設(shè)備保守估計也應(yīng)在150臺（套）以上。在上海、浙江、河北等地區(qū)使用的廠家尤其多。

二、微波橡膠硫化生產(chǎn)線及工藝介紹

微波橡膠硫化生產(chǎn)線包括擠出機(jī)（配套）、高溫定型設(shè)備、微波硫化設(shè)備、熱風(fēng)硫化設(shè)備、冷卻段、牽引機(jī)、裁斷機(jī)、打孔機(jī)等。

擠出機(jī)用來把橡膠原料擠壓成需要形狀和結(jié)構(gòu)，擠壓成型的橡膠分為單層橡膠（海綿或?qū)嵭灸z）、二層復(fù)合橡膠（海綿和實(shí)芯膠）、三層復(fù)合橡膠（鋼芯、海綿和實(shí)芯膠），四層復(fù)合橡膠等，對應(yīng)不同的橡膠種類和規(guī)格所使用擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能也有所不同。

高溫定型設(shè)備主要用來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(qiáng)度較好又不太粘的橡膠品種可以不用，也有廠家采用在微波硫化設(shè)備的進(jìn)口處加一節(jié)高溫段來達(dá)到此效果而不在單獨(dú)做。

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

熱風(fēng)硫化設(shè)備使橡膠條保持在硫化所需要的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)硫化，熱風(fēng)溫度160-250度（可調(diào)）。這一段根據(jù)產(chǎn)量和硫化所需時間的不同長度和功率的變化都比較大，長度從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(fèi)用都比較高，燃煤能耗和費(fèi)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。

冷卻段用來把橡膠條冷卻到可進(jìn)行截斷收集等操作的溫度。根據(jù)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(jī)來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(jī)提供橡膠條前進(jìn)的動力。當(dāng)冷卻段采用空氣冷卻并配備輸送帶時，因生產(chǎn)線各部分都有動力也可不用牽引機(jī)。截斷機(jī)用來把橡膠條按需要的長充截斷。

以上只是硫化一般橡膠條的基本配置，當(dāng)硫化帶骨架橡膠條時在擠出機(jī)的前段還配有鋼芯供給設(shè)備，在后段根據(jù)需要有時還配有打孔機(jī)、鋼芯成型機(jī)等設(shè)備；當(dāng)硫化非條狀連續(xù)式產(chǎn)品時又不需要截斷機(jī)。

微波橡膠硫化生產(chǎn)線可以連續(xù)生產(chǎn)單層橡膠（海綿或?qū)嵭灸z）、二層復(fù)合橡膠（海綿和實(shí)芯膠）、三層復(fù)合橡膠（鋼芯、海綿和實(shí)芯膠），四層復(fù)合橡膠以及單件成型的橡膠制品，硫化溫度在160-250度可調(diào)，輸送帶速度一般在1-10米/分之間可調(diào)，產(chǎn)量從每小時幾公斤到每小時幾百公斤都可做到；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(shè)