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橡膠的微波硫化技術簡介
瀏覽: 發布日期:2017-08-02
一、微波橡膠硫化技術原理及優點 
1.橡膠硫化的原理及微波橡膠硫化的優點
       生橡膠受熱變軟,遇冷變硬、發脆,不易成型,容易磨損,易溶於汽油等有機溶劑,分子內具有雙鍵,易起加成反應,容易老化。為改善橡膠製品的性能,生產上要對生橡膠進行一係列加工過程,在一定條件下,使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,使從而使膠料具備高強度、高彈性、高耐磨、抗腐蝕等等優良性能。這個過程稱為橡膠硫化。一般將硫化過程分為四個階段,誘導-預硫-正硫化-過硫。為實現這一反應,必須外加能量使之達到一定的硫化溫度,然後讓橡膠保溫在該硫化溫度範圍內完成全部硫化反應。
     橡膠硫化可以采用各種方法。傳統方法是將膠料采用蒸汽或遠紅外加熱等硫化工藝。但由於加熱溫度是由介質外部向內部慢慢地熱傳導,因為橡膠物料是不良導熱材料,對橡膠來說加熱依靠物料表麵向裏層其傳熱速率是很慢的,大部分時間耗費在讓橡膠達到硫化溫度上。所以加熱時間長、效率低、硫化均勻性不好。尤其舊工藝為消除橡膠粘連而使用矽酸鎂(滑石粉),致使橡膠生產車間中粉塵彌漫,空氣中粉塵含量遠超過國家環保部門規定的標準。而且橡膠整體硫化狀態並不理想,這是因為,常規熱傳導情況下,被硫化膠料表麵升溫與裏層的時間不一,出現硫化不均勻的現象。微波加熱與傳統加熱方式完全不同,是將微波能量穿透到被加熱介質內部直接進行整體加熱,因此加熱迅速,高效節能,大大縮短了橡膠硫化時間,使其加熱均勻性更好,硫化質量較高。可以在較短的時間內越過橡膠極易發生粘連的誘導階段進入預硫階段,革除了舊工藝過程中使用滑石粉的操作,達到環保要求,該生產工藝可使大多數生產工序集中在一條生產線上完成,自動化程度高,能耗低,節省人力,生產穩定,產品質量均勻等,大大改善了生產勞動條件。
2.微波橡膠硫化技術的應用現狀
       微波橡膠硫化技術自20世紀70年代問世以來得到迅速推廣,特別是橡膠微波連續硫化生產線在橡膠擠出製品生產中的推廣應用,其發展之迅速是史無前例的。日本是微波連續硫化技術發展較快的國家,至今已累計生產450多條微波連續硫化生產線,並向世界各國出口100餘條。微波硫化技術在國外工業化國家已成為普遍的生產方式。不僅廣泛用於各種擠壓膠條、膠管的硫化預熱,而且已用於各類輪胎的硫化預熱。我國已從德國、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。但進口的微波硫化生產線也存在很多問題,如價格高、維修成本高,微波箱體設計不合理、微波效率低,控製的自動化程度不夠。隨著國內微波能應用技術的發展,國內相繼仿造和改造了多條采用微波硫化橡膠工藝的設備,有些引進設備的廠家與微波能應用廠家合作,開始著手對進口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。2000年以來隨著多管型微波硫化設備的開發成功,使得設備成本及維修難度降低,目前橡膠的微波硫化技術已日益走向成熟,設備不斷完善,向著高度自動化、省能源、減少環境汙染方向努力,以滿足廣大用戶不斷提高的需求,有著巨大潛力和廣闊的市場。二、微波橡膠硫化設備及生產工藝
       目前微波橡膠硫化最實用的基本工藝流程為:從擠出機擠出的成型品通過輸送帶或輥道傳送,進入微波硫化裝置,在此處橡膠迅速升溫到硫化溫度,然後進入二次硫化的熱風槽,橡膠在熱風槽內一定溫度下,保持一定時間,即完成該產品的發泡及硫化過程。此時如果不用熱風槽,硫化全在微波槽中進行,則太浪費能量,而與熱風槽結合起來,就比較經濟。微波橡膠硫化生產線的組成包括擠出機、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、打孔機等組成。擠出機:用來把橡膠原料擠壓成需要的形狀和結構,擠壓成型的橡膠分為單層橡膠(海綿或實芯膠)、二層複合橡膠(海綿和實芯膠)、三層複合橡膠(鋼芯、海綿和實芯膠)、四層複合橡膠等,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麵硫化定型,防止其變形或與輸送帶粘連而破壞其表麵。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,這一過程隻需要幾十秒到一兩分鍾的時間。熱風硫化設備:使橡膠條保持在硫化所需要的溫度範圍內繼續硫化。冷卻段:用來把橡膠條冷卻到可進行裁斷收集等操作的溫度。牽引機:提供橡膠條前進的動力。以上隻是硫化一般橡膠條的基本配置。當硫化帶骨架的橡膠條時,在擠出機的前段還配有鋼芯供給設備,在後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不需要裁斷機。
       微波加熱設備是整個微波硫化工藝的核心環節。微波加熱設備的均勻熱設計顯得特別重要,微波加熱器加熱均勻性設計是橡膠均勻硫化的前提,此外膠料的成分組成比例、色澤深淺和表麵的光潔度都會對微波吸收性能產生影響,都需要加以考慮在微波加熱工藝中做適當的協調,以適應工藝的要求。
設備主要技術說明:全套生產線由一個控製台控製,遠程計算機+PLC工業控製器進行狀態控製、狀態顯示。全部采用變頻控製調速,保證每台設備傳送帶速度一致,亦可單獨控製每一台設備。控製係統由上位計算機(工控機)和可編程控製器(PLC)組成的控製係統對全線生產過程進行控製,人機界麵采用觸摸屏控製。其中上位計算機用於建立、修改橡膠製品的硫化工藝參數,數據及參數可存取。可編程序控製器實施對各設備的工作狀態控製。控製台包括該係統的操作所有的控製器和狀態指示器。連鎖狀態控製盤提供每個微波發生器、冷卻水流量和檢修門連鎖狀態的參數情況。控製盤的指示器提供能量發生情況、連鎖狀態以及它在進行和備用狀態下的性能資料。工控機對微波係統、熱風係統進行全過程控製,全麵的數據、曆史曲線圖存儲,可調用各種橡膠製品的處理數據及參數,任意設置微波功率及溫度,進行動態控製,完善的人機畫麵。根據物料溫度控製微波功率大小或控製傳輸速度快慢;當加熱器門動作、物料斷料時自動切斷微波;冷卻水流量變小時報警,一定時間後自動關微波。測溫係統為遠紅外非接觸式,測溫範圍0℃~500℃,智能調節,自動溫度顯示。紅外溫控儀監控被硫化物,防止過硫化。
       磁控管裝有熱開關保護以防止過熱燒毀,可在130℃~160℃進行10萬次啟動與關停。急停開關安裝在操作盤、進出口處及設備每兩米處一個,以在設備非正常情況下及時關閉係統。設備進出口處裝有微波測能儀器測量電磁泄漏,泄漏超標時發出警報。腔體外部加載微波抑製器,控製微波漏能。加熱腔有隔熱保溫層,微波腔具有波形攪拌器,以保證均勻加熱。1.控製台配有Advantech(研華)工控機,鍵盤或鼠標操作;2.性能穩定可靠的iFIX組態軟件;畫麵清晰,功能強大;3.觸摸屏為用戶控製界麵,采用日本三菱公司A970係列10”屏;(在觸摸屏內設置設備相關控製參數);4.PLC采用三菱FX2n係列,同時采用三菱AD-DA轉換模塊多塊,實現設備相關的自動控製功能;5.采用RS-485通訊方式與多台變頻器進行1:N的通訊控製;6.采用PID算法控製三段溫度的熱風;7.工控機與PLC(三菱)用RS-485進行多點通訊;8.工控機儲存實時控製信息和曲線,可隨時調用;9.PLC具用獨立操作和工控機控製操作功能,可以切換;10.控製係統可對每一個部件進行控製和監視,在線檢測設備工作狀態,如遇突發事件及時報警;狀態指示器有:a).門狀態:微波設備工作時,門啟動可自動停機;b).冷卻水流量:用於冷卻的冷卻水流量減少或斷水,自動停機;c).溫度檢測,顯示:橡膠製品過硫,溫度超高,可自動停機;d).斷料檢測:橡膠製品缺料,可自動停機;e).速度檢測等:自動檢測全條生產線輸送帶的速度。f).微波泄漏測量:設備進出口處裝有在線微波泄漏測量裝置,泄漏超標時發出警報。11.每個操作人員具有專用密碼;可以和上一級DCS聯網。12.進、出口均采用先進的抑止微波能技術設計,控製微波漏能。