微波在橡胶加工中的应用

微波在橡胶加工中的应用

    目前，微波被应用到食品、造纸、木材加工、橡胶硫化、热塑性树脂挤出前的干燥等工业领域，并取得了积极的效果。随着微波技术应用的进一步开拓和发展，微波能在反应模塑、低剪切挤出、复合材料等高分子复杂的成型和加工中具有潜在的应用价值，并成为一个十分新颖、引人的课题。与传统加热方式相比，微波加热的优点在于：(1)加热速率快；(2)利用脉冲技术易实现温度控制；(3)无热滞后效应，微波能被材料直接吸收，勿经容器传导；(4)极小的热梯度，微波穿透深度强，加热均匀；(5)赋予高分子材料理想的性能。

    橡胶的传热性较差，因此，硫化具有大断面的压型橡胶材坯件时，要使热传递到坯件中心需花费很长时间。所以硫化往往成为形成连续生产流水线的唯一障碍。微波连续橡胶硫化体系近几年来之所以迅速被采用，是由于人们认识到橡胶吸收微波能量而生热的性能是其它材料所不可比的。微波硫化机理是极性介质分子在高频交变磁场作用下，橡胶分子发生高频振荡，分子链间产生大量热能从而达到由内及表的硫化目的。极性橡胶如丁腈橡胶、氯丁橡胶的升温效应要高于非极性橡胶的。当2种橡胶并用时，如天然胶与丁腈胶并用，随丁腈胶所占比例的变化，各胶的升温也不断的变化，丁腈胶含量越大，胶升温越高。炭黑是使非极性橡胶被加热的最好添加剂，但当炭黑的用量增加时，橡胶最终会具有导体的特性，使超高频微波(uHF)加热变得困难。也就是说随着炭黑用量的增加，电阻值会下降，对UHF波能的吸收能力变弱，因为此时橡胶的性质变得接近于导体(如金属)的性能。此时会发生反射和电火花，致使无法取得均匀稳定的加热。能否用微波加热可用胶料电阻值来衡量。另外，吸收微波能而产生的热量会随胶料的不同而变化，加热效率也会随微波加热器形状的不同而变化[。

    贡健利用微波连续硫化氯丁橡胶，探讨了氯丁橡胶的品种、炭黑和发泡剂种类及胶料含胶率对氯丁橡胶海绵性能的影响。结果表明，采用CR8786(德国拜耳公司产品)作主体材料、炭黑N774作补强剂、发泡剂AC作发泡剂及胶料含胶率不超过40％，可制得性能好、成本低的氯丁橡胶海绵n0|。上海大学与上海冠旭五金工具有限公司联手研制出橡胶微波硫化生产线，可生产汽车门窗密封条、集装箱密封条、建筑用密封条及空调器所用的各类橡胶密封。

    周淑杰等对海绵橡胶密封条的微波连续硫化的研究表明，通过微波连续硫化后，海绵橡胶密封条具有外光质量好、压缩变形小、回弹性好、耐老化和耐臭氧性能优异、低温使用性能好，视密度适中，使用寿命长等优点，而且采用海绵条尼龙扣嵌接装配工艺代替海绵条粘接装配工艺，产品质量达到国际同类产品水平。

    胡建人等研究了微波快速烘干硅胶的生产工艺。他们将微波干燥过程分为3个阶段：快速驱除硅胶内部水分、逐步蒸发硅胶表面水分和高温驱湿脱去化合水n引。经过这3个阶段的处理，硅胶呈强烈的深蓝色，可立即封闭保存。整个过程大约需要90～120 min，远低于热力驱湿的24～48 h，节省时间15～30倍。

    马国远和郁永章共同研究了热泵微波联合干燥系统n4|。他们先建立了一个数学模型，得出各干燥参数的预测值，再利用设计系统对泡沫橡胶进行干燥试验，通过试验值与预测值进行比较。结果表明：与热泵干燥相比，热泵微波联合干燥可以提高产量，但单位能耗除湿量降低；通过精心设计，热泵微波联合干燥在能量消耗方面可以做到与传统对流干燥相当。

    Kaida Bin Khalid对lO g的凝胶片在不同频率不同功率下进行微波干燥，然后做出了干燥曲线。结果表明，在最大功率(743w)条件下，烘干时间不到10 min，平均烘干速率大约为0．2 g／min；在最小功率(103w)条件下，干燥效果更为显著，平均烘干速率大约为0．05 g／min，干燥速率和干燥时间匀比最大功率时的增加；进一步研究发现，随微波功率的提高，干燥时间缩短，干燥速率加快[15‘。干燥曲线表明：开始干燥时，由于样品的水分被除去了，所以干燥速度很快。如果吸收的干燥功率减少，干燥特性就接近对流干燥的。

    何映平等对天然橡胶的微波干燥进行了研究，在设定微波功率(900w)条件下，考察了天然橡胶的干基含水量随干燥时间的变化[I6|。结果表明，相对于热风干燥，微波干燥所用的时间大大缩短，从热风干燥所需的几个小时降到了几分钟，且能保持天然橡胶的外观。对相同质量天然橡胶进行微波干燥的结果表明，在同一干基含水量时装载量不同，所需干燥时间不同；装载量越大，所需的干燥时间也越多，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来越困难，失水速率也较慢，干燥时间几乎是干燥初期、中期的l倍。