橡膠的微波硫化應用技術

一、前言

微波做為一種新的能源，經過40多年在食品、農業、醫藥、工業及家庭等領域的成熟應用之后，又步入化學及高新技術領域。一九九二年九月在荷蘭召開的第一次世界微波化學會議上，首先提出微波與化學結合所形成的新交義學科——微波化學，給廣大化學科技工作者，采用微波能輔助催化化學反應開辟了一條嶄新道路。近年來，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生化學反應，使其由線型結構的大分子交聯成為立體網狀結構的大分子，導致橡膠優良性能的獲得。為實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。實踐說明，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外部向內部慢慢地熱傳導，所以它加熱時間長，效率低，硫化均勻性不好。而微波加熱與傳統加熱方式完全不同，它是將微波能量穿透到被加熱介質內部直接進行整體加熱，所以加熱迅速，高效節能，大大縮短了橡膠硫化時間。精湛的微波設計，可使其加熱均勻性更好，質量高，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，微波能應用技術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1～5KW的磁控管并聯饋能，對大載面的膠料采用頻率為915MHz。微波發生器具有優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行設計，有行波型、駐波型及慢波結構等。

 我國自改革開放以來已采用微波硫化新技術，新工藝，并從西德、日本、西班牙、英國等國家引進了幾十條微波密封條連續硫化生產線，大都已正常投入使用。為進一步推廣應用，1988年由化工部牽頭，有關單位對西德BESTOFF公司引進的一條最先進的密封膠條連續硫化生產線開展國產化工作。在1990年前后，國內一個廠家開發了一臺頻率為2450MHZ的10KW單源微波橡膠硫化設備，但由于受市場技術等方面的影響在近十年的時間里只銷售了寥寥數臺。

 隨著微波能應用技術的發展，有些引進設備的廠家與微波能應用廠家合作，已經著手對進口的橡膠硫化設備所存在的問題進行改造，使其產品質量和產量有了較大提高。同時微波能應用廠家也先后研制了一些相關橡膠微波硫化設備，由于當時技術尚未成熟，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備上的應用，使微波橡膠硫化取得突破性進展，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，微波橡膠硫化設備得到了非常廣泛的應用，到現在國內市場正使用的國產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家尤其多。

二、微波橡膠硫化生產線及工藝介紹

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

 擠出機用來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（海綿或實芯膠）、二層復合橡膠（海綿和實芯膠）、三層復合橡膠（鋼芯、海綿和實芯膠），四層復合橡膠等，對應不同的橡膠種類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，也有廠家采用在微波硫化設備的進口處加一節高溫段來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）；并配有熱風循環系統，熱風溫度160-250度（可調），熱風功率在30千瓦左右。

 熱風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，熱風溫度160-250度（可調）。這一段根據產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。

 冷卻段用來把橡膠條冷卻到可進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的動力。當冷卻段采用空氣冷卻并配備輸送帶時，因生產線各部分都有動力也可不用牽引機。截斷機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，當硫化帶骨架橡膠條時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還配有打孔機、鋼芯成型機等設備；當硫化非條狀連續式產品時又不需要截斷機。

 微波橡膠硫化生產線可以連續生產單層橡膠（海綿或實芯膠）、二層復合橡膠（海綿和實芯膠）、三層復合橡膠（鋼芯、海綿和實芯膠），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；對于體積很大的發泡橡膠還可以采用爐式微波橡膠硫化設