微波在橡膠加工中的應(yīng)用

微波在橡膠加工中的應(yīng)用

    目前，微波被應(yīng)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(yè)領(lǐng)域，并取得了積極的效果。隨著微波技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步開拓和發(fā)展，微波能在反應(yīng)模塑、低剪切擠出、復(fù)合材料等高分子復(fù)雜的成型和加工中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，并成為一個(gè)十分新穎、引人的課題。與傳統(tǒng)加熱方式相比，微波加熱的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)加熱速率快；(2)利用脈沖技術(shù)易實(shí)現(xiàn)溫度控制；(3)無熱滯后效應(yīng)，微波能被材料直接吸收，勿經(jīng)容器傳導(dǎo)；(4)極小的熱梯度，微波穿透深度強(qiáng)，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(shí)，要使熱傳遞到坯件中心需花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。所以硫化往往成為形成連續(xù)生產(chǎn)流水線的唯一障礙。微波連續(xù)橡膠硫化體系近幾年來之所以迅速被采用，是由于人們認(rèn)識(shí)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(jī)理是極性介質(zhì)分子在高頻交變磁場(chǎng)作用下，橡膠分子發(fā)生高頻振蕩，分子鏈間產(chǎn)生大量熱能從而達(dá)到由內(nèi)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(yīng)要高于非極性橡膠的。當(dāng)2種橡膠并用時(shí)，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(dāng)炭黑的用量增加時(shí)，橡膠最終會(huì)具有導(dǎo)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(huì)下降，對(duì)UHF波能的吸收能力變?nèi)?，因?yàn)榇藭r(shí)橡膠的性質(zhì)變得接近于導(dǎo)體(如金屬)的性能。此時(shí)會(huì)發(fā)生反射和電火花，致使無法取得均勻穩(wěn)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(chǎn)生的熱量會(huì)隨膠料的不同而變化，加熱效率也會(huì)隨微波加熱器形狀的不同而變化[。

    貢健利用微波連續(xù)硫化氯丁橡膠，探討了氯丁橡膠的品種、炭黑和發(fā)泡劑種類及膠料含膠率對(duì)氯丁橡膠海綿性能的影響。結(jié)果表明，采用CR8786(德國(guó)拜耳公司產(chǎn)品)作主體材料、炭黑N774作補(bǔ)強(qiáng)劑、發(fā)泡劑AC作發(fā)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(xué)與上海冠旭五金工具有限公司聯(lián)手研制出橡膠微波硫化生產(chǎn)線，可生產(chǎn)汽車門窗密封條、集裝箱密封條、建筑用密封條及空調(diào)器所用的各類橡膠密封。

    周淑杰等對(duì)海綿橡膠密封條的微波連續(xù)硫化的研究表明，通過微波連續(xù)硫化后，海綿橡膠密封條具有外光質(zhì)量好、壓縮變形小、回彈性好、耐老化和耐臭氧性能優(yōu)異、低溫使用性能好，視密度適中，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，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(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。

    胡建人等研究了微波快速烘干硅膠的生產(chǎn)工藝。他們將微波干燥過程分為3個(gè)階段：快速驅(qū)除硅膠內(nèi)部水分、逐步蒸發(fā)硅膠表面水分和高溫驅(qū)濕脫去化合水n引。經(jīng)過這3個(gè)階段的處理，硅膠呈強(qiáng)烈的深藍(lán)色，可立即封閉保存。整個(gè)過程大約需要90～120 min，遠(yuǎn)低于熱力驅(qū)濕的24～48 h，節(jié)省時(shí)間15～30倍。

    馬國(guó)遠(yuǎn)和郁永章共同研究了熱泵微波聯(lián)合干燥系統(tǒng)n4|。他們先建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，得出各干燥參數(shù)的預(yù)測(cè)值，再利用設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)泡沫橡膠進(jìn)行干燥試驗(yàn)，通過試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較。結(jié)果表明：與熱泵干燥相比，熱泵微波聯(lián)合干燥可以提高產(chǎn)量，但單位能耗除濕量降低；通過精心設(shè)計(jì)，熱泵微波聯(lián)合干燥在能量消耗方面可以做到與傳統(tǒng)對(duì)流干燥相當(dāng)。

    Kaida Bin Khalid對(duì)lO g的凝膠片在不同頻率不同功率下進(jìn)行微波干燥，然后做出了干燥曲線。結(jié)果表明，在最大功率(743w)條件下，烘干時(shí)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(shí)間勻比最大功率時(shí)的增加；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，隨微波功率的提高，干燥時(shí)間縮短，干燥速率加快[15‘。干燥曲線表明：開始干燥時(shí)，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(duì)流干燥的。

    何映平等對(duì)天然橡膠的微波干燥進(jìn)行了研究，在設(shè)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(shí)間的變化[I6|。結(jié)果表明，相對(duì)于熱風(fēng)干燥，微波干燥所用的時(shí)間大大縮短，從熱風(fēng)干燥所需的幾個(gè)小時(shí)降到了幾分鐘，且能保持天然橡膠的外觀。對(duì)相同質(zhì)量天然橡膠進(jìn)行微波干燥的結(jié)果表明，在同一干基含水量時(shí)裝載量不同，所需干燥時(shí)間不同；裝載量越大，所需的干燥時(shí)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(shí)間幾乎是干燥初期、中期的l倍。