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橡胶的微波硫化与再生脱硫

前言:

  微波做为一种新的能源,经过40多年在食品、农业、医药、工业及家庭等领域的成熟应用之后,又步入化学及高新技术领域。一九九二年九月在荷兰召开的第一次世界微波化学会议上,首先提出微波与化学结合所形成的新交义学科——微波化学,给广大化学科技工作者,采用微波能辅助催化化学反应开辟了一条崭新道路。近年来,它已在化工、橡胶硫化预热、陶瓷烧结、微波消解、制造新材料等领域取得很多可喜成果。

  众所周知,橡胶的硫化过程是指在一定条件下,胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应,使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子,导致橡胶优良性能的获得。为实现这一反应必须外加能量使之达到一定的硫化温度。橡胶硫化可以采用各种方法。实践说明,由于橡胶导热性能差,传统方法是将胶料及其中添加剂采用蒸汽或远红外加热等的橡胶硫化工艺,由于加热温度是由介质外部向内部慢慢地热传导,所以它加热时间长,效率低,硫化均匀性不好。而微波加热与传统加热方式完全不同,它是将微波能量穿透到被加热介质内部直接进行整体加热,所以加热迅速,高效节能,大大缩短了橡胶硫化时间。精湛的微波设计,可使其加热均匀性更好,质量高,并可采用自动化控制,大大改善工人劳动条件。

  在上世纪七十年代出现的再生橡胶微波脱硫技术,是橡胶再生的一个突破。发展前景看好。

  再生橡胶的微波脱硫与传统的油法、水油法或高温法相比有如下优点:

  1、无污染:它是干态再生,无需有毒的再生促进剂,因此无废水污染,具有很大的社会效益。

  2、节约能源:它是胶料自身吸收微波能而直接生热,设备不需加热升温,因而能量利用率高、升温快、脱硫时间短。

  3、能连续自动化生产,减轻工人劳动强度,改善了生产环境。

  4、制品性能好,允许渗用量比常规方法加大15%。

  二、微波加热原理及特点

  1、微波加热原理

  微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波。被加热介质物料中的水分子是极性分子。它在快速变化的高频电磁场作用下,其极性取向将随着外电场的变化而变化,造成分子的运动和相互磨擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能,使物料温度升高,产生热化和膨化等一系列物化过程过程而达到微波加热的目的。

  2、微波加热主要特点

  ①、加热迅速:微波加热与传统加热方式完全不同。它是使被加热物料本身成为发热体,不需要热传导的过程。因此,尽量是热传导性较差的物料,也可以在极短的时间内达到加热温度。

  、加热均匀:无论物体各部位形状如何,微波加热均可使物体表里同时均匀渗透电磁波而产生热能。所以加热均匀性好,不会出现外焦内生现象。

  、节能高效:由于含有水分的物质容易吸收微波而发热,因此除少量的传输损耗外,几乎无其它损耗。故热效率高、节能。它比远红外加热节能1/3以上。

  、防霉、杀菌、保鲜:微波加热具有热力和生物效应,能在较低温度下灭菌和防霉。由于加热速度、时间短,能最大限度地保存物料的活性和食物中的维生素、原有的色泽和营养成份。

  、工艺先进、易控制:只要控制微波功率即可实现立即加热和终止。应用人机界面和PLC可进行加热过程和加热工艺规范的可编程控自动化控制。

  、安全无害:由于微波能是控制在金属制成的加热室内和波导管中工作,所以微波泄漏极少,没有放射线危害及有害气体排放,不产生余热和粉尘污染,既不污染食物,也不污染环境。

  三、微波橡胶硫化预热及再生脱硫的生产设备及工艺

  1、微波橡胶硫化设备及生产工艺:它是由挤出机挤压成型的橡胶工件由传输带输送入微波加热硫化箱体内,处在热风馈入由磁控管振荡源产生的微波功率使橡胶加热而硫化,再进入保温段,再降温冷却制成成品。整个生产线设备由几下几部分组成:挤压机、预热段(热风或远红外)、微波硫化箱体、保温段(热风或远红外或低功率微波)、冷却段、传输系统等组成,由总控制台控制。

  微波加热硫化箱体是由微波发生器、加热箱体和微波抑制器等组成,它是微波橡胶硫化生产线的核心,总控制台可以进行整机的功率,传输速度等的操作和其它相关控制。

  2、再生橡胶的微波脱硫:它的生产过程是将各类废胶分选后破碎成6~10mm的颗粒,再精选混入添加剂后采用微波直接加热至260℃~360℃,促使产生还原反应而脱硫,然后水冷至100~125℃后挤压成型,再精炼成胶制品。生产线由以下部份组成:废橡胶破碎机、微波再生脱硫箱(也可用工业微波炉)、微波发生器、冷却段、传输系统等组成。

  四、微波橡胶硫化预热及再生脱硫国内外发展情况:

  从上世纪七十年代以来,法国、日本、美国、瑞典、英国、意大利、西班牙等国,微波能应用技术不仅已广泛用于各种挤压胶条、胶管的硫化预热,而且已用于各类轮胎的硫化预热,所使用的微波源多半采用频率为2450MHz的多个1~5KW的磁控管并联馈能,对大载面的胶料采用频率为915MHz。微波发生器具有优良的调节和控制性能、加热器可根据多种不同形状的胶料而具体进行设计,有行波型、驻波型及慢波结构等。

  我国自改革开放以来已采用微波硫化新技术,新工艺,并从西德、日本、西班牙、英国等国家引进了几十条微波密封条连续硫化生产线,大都已正常投入使用。为进一步推广应用,1988年由化工部牵头,有关单位对西德BESTOFF公司引进的一条最先进的密封胶条连续硫化生产线开展国产化工作。

  应当看到,国内进口的微波硫化预热生产线存在很多问题,如:功率分布不均匀,微波硫化箱设计不合理,微波效率低,控制自动化程度不够,价格高等。

  随着微波能应用技术的发展,有些引进设备的厂家与微波能应用厂家合作,已经着手对进口的橡胶硫化设备所存在的问题进行改造,使其产品质量和产量有了较大提高。同时微波能应用厂家也先后研制了一些相关橡胶微波硫化设备,由于当时技术尚未成熟,宣传不够,一直未得到大力推广。近年来,多管馈能在微波橡胶硫化设备上的应用,使微波橡胶硫化取得突破性进展,也正日臻走向成熟和完善。橡胶的微波再生脱硫在国外已获得成功。美国公司“Goodyear tire and rubber co”1971年开始研究丁基胶、乙丙胶等的微波脱硫,1977年投入工业化生产取名微波脱硫法,1978年获得美国专利,到1984年该公司又对其作了重大改进,再获专利。与此同时,日本林景三、禹田淳等人也在日本发表了微波再生胶脱硫法及工业应用装置的报告和专利。据了解,微波橡胶再生法在国外已经获得成功的工业化应用。在我国已有一些研究成果,正在走向工业生产化阶段。

  总之,橡胶的微波硫化预热与再生脱硫已走向工业化生产阶段,他有着巨大的潜力和广阔的发展前景。青岛爱诺基微波机电技术有限公司是国内专业从事开发、生产微波能应用设备的高新技术企业,在橡胶微波硫化和再生脱硫上有着较丰富的实践经验和生产能力,愿与广大化工科学工作者密切合作,开辟出化工企业新天地。

 


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