微波在橡膠加工中的應用

微波在橡膠加工中的應用

    目前，微波被應用到食品、造紙、木材加工、橡膠硫化、熱塑性樹脂擠出前的干燥等工業領域，并取得了積極的效果。隨著微波技術應用的進一步開拓和發展，微波能在反應模塑、低剪切擠出、復合材料等高分子復雜的成型和加工中具有潛在的應用價值，并成為一個十分新穎、引人的課題。與傳統加熱方式相比，微波加熱的優點在于：(1)加熱速率快；(2)利用脈沖技術易實現溫度控制；(3)無熱滯后效應，微波能被材料直接吸收，勿經容器傳導；(4)極小的熱梯度，微波穿透深度強，加熱均勻；(5)賦予高分子材料理想的性能。

    橡膠的傳熱性較差，因此，硫化具有大斷面的壓型橡膠材坯件時，要使熱傳遞到坯件中心需花費很長時間。所以硫化往往成為形成連續生產流水線的唯一障礙。微波連續橡膠硫化體系近幾年來之所以迅速被采用，是由于人們認識到橡膠吸收微波能量而生熱的性能是其它材料所不可比的。微波硫化機理是極性介質分子在高頻交變磁場作用下，橡膠分子發生高頻振蕩，分子鏈間產生大量熱能從而達到由內及表的硫化目的。極性橡膠如丁腈橡膠、氯丁橡膠的升溫效應要高于非極性橡膠的。當2種橡膠并用時，如天然膠與丁腈膠并用，隨丁腈膠所占比例的變化，各膠的升溫也不斷的變化，丁腈膠含量越大，膠升溫越高。炭黑是使非極性橡膠被加熱的最好添加劑，但當炭黑的用量增加時，橡膠最終會具有導體的特性，使超高頻微波(uHF)加熱變得困難。也就是說隨著炭黑用量的增加，電阻值會下降，對UHF波能的吸收能力變弱，因為此時橡膠的性質變得接近于導體(如金屬)的性能。此時會發生反射和電火花，致使無法取得均勻穩定的加熱。能否用微波加熱可用膠料電阻值來衡量。另外，吸收微波能而產生的熱量會隨膠料的不同而變化，加熱效率也會隨微波加熱器形狀的不同而變化[。

    貢健利用微波連續硫化氯丁橡膠，探討了氯丁橡膠的品種、炭黑和發泡劑種類及膠料含膠率對氯丁橡膠海綿性能的影響。結果表明，采用CR8786(德國拜耳公司產品)作主體材料、炭黑N774作補強劑、發泡劑AC作發泡劑及膠料含膠率不超過40％，可制得性能好、成本低的氯丁橡膠海綿n0|。上海大學與上海冠旭五金工具有限公司聯手研制出橡膠微波硫化生產線，可生產汽車門窗密封條、集裝箱密封條、建筑用密封條及空調器所用的各類橡膠密封。

    周淑杰等對海綿橡膠密封條的微波連續硫化的研究表明，通過微波連續硫化后，海綿橡膠密封條具有外光質量好、壓縮變形小、回彈性好、耐老化和耐臭氧性能優異、低溫使用性能好，視密度適中，使用壽命長等優點，而且采用海綿條尼龍扣嵌接裝配工藝代替海綿條粘接裝配工藝，產品質量達到國際同類產品水平。

    胡建人等研究了微波快速烘干硅膠的生產工藝。他們將微波干燥過程分為3個階段：快速驅除硅膠內部水分、逐步蒸發硅膠表面水分和高溫驅濕脫去化合水n引。經過這3個階段的處理，硅膠呈強烈的深藍色，可立即封閉保存。整個過程大約需要90～120 min，遠低于熱力驅濕的24～48 h，節省時間15～30倍。

    馬國遠和郁永章共同研究了熱泵微波聯合干燥系統n4|。他們先建立了一個數學模型，得出各干燥參數的預測值，再利用設計系統對泡沫橡膠進行干燥試驗，通過試驗值與預測值進行比較。結果表明：與熱泵干燥相比，熱泵微波聯合干燥可以提高產量，但單位能耗除濕量降低；通過精心設計，熱泵微波聯合干燥在能量消耗方面可以做到與傳統對流干燥相當。

    Kaida Bin Khalid對lO g的凝膠片在不同頻率不同功率下進行微波干燥，然后做出了干燥曲線。結果表明，在最大功率(743w)條件下，烘干時間不到10 min，平均烘干速率大約為0．2 g／min；在最小功率(103w)條件下，干燥效果更為顯著，平均烘干速率大約為0．05 g／min，干燥速率和干燥時間勻比最大功率時的增加；進一步研究發現，隨微波功率的提高，干燥時間縮短，干燥速率加快[15‘。干燥曲線表明：開始干燥時，由于樣品的水分被除去了，所以干燥速度很快。如果吸收的干燥功率減少，干燥特性就接近對流干燥的。

    何映平等對天然橡膠的微波干燥進行了研究，在設定微波功率(900w)條件下，考察了天然橡膠的干基含水量隨干燥時間的變化[I6|。結果表明，相對于熱風干燥，微波干燥所用的時間大大縮短，從熱風干燥所需的幾個小時降到了幾分鐘，且能保持天然橡膠的外觀。對相同質量天然橡膠進行微波干燥的結果表明，在同一干基含水量時裝載量不同，所需干燥時間不同；裝載量越大，所需的干燥時間也越多，失水速率也越小；微波干燥初期、中期干燥都很容易，失水速率也很快；微波干燥后期干燥越來越困難，失水速率也較慢，干燥時間幾乎是干燥初期、中期的l倍。