硫化工藝定義

硫化(Vulcanization) (引申定義)

硫化過(guò)程中發(fā)生了硫的交聯(lián)，這個(gè)過(guò)程是指把一個(gè)或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結(jié)構(gòu)。反應(yīng)的結(jié)果是生成了彈性體，它的性能在很多方面都有了改變,硫化劑可以是硫或者其它相關(guān)物質(zhì)。

隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在可以用多種非硫磺交聯(lián)劑進(jìn)行交聯(lián)。因此硫化的更科學(xué)的意義應(yīng)是"交聯(lián)"或"架橋"，即線性高分子通過(guò)交聯(lián)作用而形成的網(wǎng)狀高分子的工藝過(guò)程。硫化過(guò)程中發(fā)生了硫的交聯(lián)，這個(gè)過(guò)程是指把一個(gè)或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結(jié)構(gòu)。反應(yīng)的結(jié)果是生成了彈性體，它的性能在很多方面都有了改變，硫化劑可以是硫或者其它相關(guān)物質(zhì)。從物性上即是塑性橡膠轉(zhuǎn)化為彈性橡膠或硬質(zhì)橡膠的過(guò)程。"硫化"的含義不僅包含實(shí)際交聯(lián)的過(guò)程，還包括產(chǎn)生交聯(lián)的方法。

硫化過(guò)程可分為四個(gè)階段，各階段的特點(diǎn):

通過(guò)膠料定伸強(qiáng)度的測(cè)量(或硫化儀)可以看到，整個(gè)硫化過(guò)程可分為硫化誘導(dǎo)，預(yù)硫，正硫化和過(guò)硫(對(duì)天然膠來(lái)說(shuō)是硫化返原)四個(gè)階段。

硫化誘導(dǎo)期(焦燒時(shí)間)內(nèi)，交聯(lián)尚未開(kāi)始，膠料有很好的流動(dòng)性。這一階段決定了 膠料的焦燒性及加工安全性。這一階段的終點(diǎn)，膠料開(kāi)始交聯(lián)并喪失流動(dòng)性。硫化誘導(dǎo)期的長(zhǎng)短除與生膠本身性質(zhì)有關(guān)，主要取決于所用助劑，如用遲延性促進(jìn)劑可以得到較長(zhǎng)的焦燒時(shí)間，且有較高的加工安全性。

硫化誘導(dǎo)期以后便是以一定速度進(jìn)行交聯(lián)的預(yù)硫化階段。預(yù)硫化期的交聯(lián)程度低，即使到后期硫化膠的扯斷強(qiáng)度，彈性也不能到達(dá)預(yù)想水平，但撕裂和動(dòng)態(tài)裂口的性能卻比相應(yīng)的正硫化好。

到達(dá)正硫化階段后，硫化膠的各項(xiàng)物理性能分別達(dá)到或接近最佳點(diǎn)，或達(dá)到性能的綜全平衡。

正硫化階段(硫化平坦區(qū))之后，即為過(guò)硫階段，有兩種情況:天然膠出現(xiàn)"返原"現(xiàn)象(定伸強(qiáng)度下降)，大部分合成膠(除丁基膠外)定伸強(qiáng)度繼續(xù)增加。

對(duì)任何橡膠來(lái)說(shuō)，硫化時(shí)不只是產(chǎn)生交聯(lián)，還由于熱及其它因素的作用產(chǎn)生產(chǎn)聯(lián)鏈和分子鏈的斷裂。這一現(xiàn)象貫穿整個(gè)硫化過(guò)程。在過(guò)硫階段，如果交聯(lián)仍占優(yōu)勢(shì)，橡膠就發(fā)硬，定伸強(qiáng)度繼續(xù)上升，反之，橡膠發(fā)軟，即出現(xiàn)返原。

硫化工藝主要是用來(lái)改善橡膠制品性能

橡膠在未硫化之前，分子之間沒(méi)有產(chǎn)生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機(jī)械性能，實(shí)用價(jià)值不大。當(dāng)橡膠加入硫化劑以后，經(jīng)熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng)度等一系列物理機(jī)械性能都會(huì)大大提高。

普通模壓與注壓最明顯的區(qū)別在于前者膠料是以冷的狀態(tài)充入模腔的，而后者則是將膠料加熱混合，并在接近硫化溫度下注入模腔。因而，在注壓過(guò)程中，加熱模板所提供的熱量?jī)H僅只用于維持硫化，它能很快將膠料加熱到190℃-220℃。在模壓過(guò)程中，由加熱模板所提供的熱量首先要用于預(yù)熱膠料，由于橡膠的導(dǎo)熱性能差，如果制品很厚，熱量要傳導(dǎo)到制品中心需要較長(zhǎng)的時(shí)間。采用高溫硫化也可在一定程度上縮短操作時(shí)間，但往往導(dǎo)致靠近熱板的制品邊緣出現(xiàn)焦燒。

采用注壓法硫化，可以縮短成型周期，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，這對(duì)大批量生產(chǎn)最為有利。注壓還具有以下優(yōu)點(diǎn):可以省去半成品準(zhǔn)備、起模和制品修邊等工序;可以生產(chǎn)出尺寸穩(wěn)定、物理機(jī)械性能優(yōu)異的高質(zhì)量產(chǎn)品;減少硫化時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，減少膠料用量，降低成本，減少?gòu)U品，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

采用注壓硫化成型工藝時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn):

1、采用合理的螺桿轉(zhuǎn)速、背壓，控制適當(dāng)?shù)淖⑸錂C(jī)溫度。一般地，應(yīng)保持出料口膠溫和控制循環(huán)溫度之差不大于30度為宜。

注射機(jī)螺桿的用途是在選定的和均勻的溫度下為每一循環(huán)制備足夠量的膠料;它明顯地影響著注射機(jī)的產(chǎn)量。

背壓是通過(guò)放慢注射缸中出油口的流量而產(chǎn)生的，并對(duì)注射機(jī)所射出膠料，對(duì)注射油缸的推擠作用進(jìn)行限制。實(shí)踐中，背壓只會(huì)稍微增加對(duì)膠料的剪切，而不會(huì)引起硫化制品物理性能的降低。

2、噴嘴的設(shè)計(jì)。噴嘴連接注射機(jī)頭和模具，同時(shí)對(duì)熱平衡有一定作用。經(jīng)過(guò)噴嘴的壓力損失會(huì)經(jīng)由注射而轉(zhuǎn)換成為熱量。膠料絕不允許在這個(gè)部位硫化。因此，選擇合適的噴嘴直徑非常重要，它影響著噴嘴部位的摩擦生熱、膠料注射時(shí)所需要的壓力和充模時(shí)間。

3、合適的模具溫度，最佳的硫化條件。在選擇好膠料的最佳配合之后，重要的就是注射成型條件與硫化條件的相互配合。注壓成型與模壓成型相比，由于模具表面、內(nèi)部溫度分布不同，要實(shí)現(xiàn)良好的硫化就必須對(duì)溫度進(jìn)行高精度控制，使模具表面、內(nèi)部同時(shí)達(dá)到最佳硫化條件。高溫會(huì)增大橡膠的收縮率，但二者關(guān)系是線性的，在生產(chǎn)前應(yīng)有充分的估計(jì)。此外，就成型壓力而言，高壓成型是極為有利的，因?yàn)閴毫εc收縮成反比關(guān)系。

4、安全合理的膠料配方設(shè)計(jì)。對(duì)于進(jìn)行注壓硫化成型的膠料，要求其具有以下特性:(1)膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間應(yīng)當(dāng)盡可能的長(zhǎng)，以獲得最大的安全性。通常，門(mén)尼焦燒時(shí)間應(yīng)比膠料在機(jī)筒中的停留時(shí)間長(zhǎng)2倍。(2)硫化速度快，通過(guò)對(duì)不同膠料硫化體系的合理選擇，添加合適的促進(jìn)劑，使膠料在注壓硫化時(shí)有令人滿意的效率。(3)流動(dòng)性良好，良好的流動(dòng)性能減少膠料的停留時(shí)間，減少注壓時(shí)間，并提高防焦燒能力。

選用合適的工藝條件，合理的膠料配方，采用注壓硫化工藝可比普通模壓硫化快10~20倍。降低膠料損失10%~15%。

采用充氮?dú)饬蚧闹饕獌?yōu)點(diǎn)是節(jié)能和延長(zhǎng)膠囊壽命，可節(jié)省蒸汽80%，膠囊使用壽命可延長(zhǎng)1倍。輪胎在硫化過(guò)程中要消耗大量熱能和電能，因此開(kāi)發(fā)和推廣節(jié)能硫化工藝意義重大。由于氮?dú)夥肿恿啃?、熱容很小，氮?dú)獬淙胼喬ツz囊內(nèi)腔時(shí)，不會(huì)吸熱而引起溫度降低，也不易造成膠囊氧化裂解破壞。

氮?dú)饬蚧墓に囂攸c(diǎn)是，先通高溫高壓蒸汽，若干分鐘后切換通入氮?dú)?，利用充氮硫化?quot;保壓變溫"工藝硫化至結(jié)束。因?yàn)樽畛跬ㄈ霂追昼娬羝臒崃孔銐虮３至蚧粭l輪胎，理論上只要在完成硫化之前溫度不降到150℃以下即可。但是，采用氮?dú)饬蚧瘯r(shí)，首先通入的是高溫高壓蒸汽，會(huì)造成上下胎側(cè)的溫差，要消除上下胎側(cè)的硫化溫差，必須合理布置硫化介質(zhì)噴射的位置，改進(jìn)密封和熱工管路系統(tǒng)。

硫化用氮?dú)獾募兌纫筮_(dá)99.99%，最好達(dá)到99.999%，并建議企業(yè)自配制氮系統(tǒng)，以降低使用成本。氮?dú)饧兌炔粔颍瑫?huì)影響膠囊的使用壽命。

將氮?dú)饬蚧?quot;保壓變溫"硫化原理應(yīng)用于傳統(tǒng)循環(huán)過(guò)熱水硫化工藝的改造，人們又開(kāi)發(fā)出了用高溫高壓蒸汽加過(guò)熱水的硫化工藝取代常規(guī)的循環(huán)過(guò)熱水硫化工藝。硫化時(shí)，先通入高溫高壓蒸汽，若干分鐘后切換通入循環(huán)過(guò)熱水，再過(guò)若干分鐘后關(guān)閉回水閥停止循環(huán)，直到利用潛熱硫化至結(jié)束。采用這種新的加熱硫化方法，據(jù)理論計(jì)算，其能耗僅是傳統(tǒng)硫化工藝方法的1/2。

目微波橡膠硫化最實(shí)用的基本工藝流程為:從擠出機(jī)擠出的成型品通過(guò)輸送帶或輥道傳送，進(jìn)入微波硫化裝置，在此處橡膠迅速升溫到硫化溫度，然后進(jìn)入二次硫化的熱風(fēng)槽，橡膠在熱風(fēng)槽內(nèi)一定溫度下，保持一定時(shí)間，即完成該產(chǎn)品的發(fā)泡及硫化過(guò)程。此時(shí)如果不用熱風(fēng)槽，硫化全在微波槽中進(jìn)行，則太浪費(fèi)能量，而與熱風(fēng)槽結(jié)合起來(lái)，就比較經(jīng)濟(jì)。

微波橡膠硫化生產(chǎn)線的組成包括擠出機(jī)、高溫定型設(shè)備、微波硫化設(shè)備、熱風(fēng)硫化設(shè)備、冷卻段、牽引機(jī)、裁斷機(jī)、打孔機(jī)等組成。

擠出機(jī):用來(lái)把橡膠原料擠壓成需要的形狀和結(jié)構(gòu)，擠壓成型的橡膠分為單層橡膠(海綿或?qū)嵭灸z)、二層復(fù)合橡膠(海綿和實(shí)芯膠)、三層復(fù)合橡膠(鋼芯、海綿和實(shí)芯膠)、四層復(fù)合橡膠等，對(duì)應(yīng)不同的橡膠種類(lèi)和規(guī)格所使用擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能也有所不同。

高溫定型設(shè)備:主要用來(lái)把剛擠壓成型的橡膠采用高溫迅速將其表面硫化定型，防止其變形或與輸送帶粘連而破壞其表面。

微波硫化設(shè)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(guò)程只需要幾十秒到一兩分鐘的時(shí)間。

熱風(fēng)硫化設(shè)備:使橡膠條保持在硫化所需要的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)硫化。

冷卻段:用來(lái)把橡膠條冷卻到可進(jìn)行裁斷收集等操作的溫度。

牽引機(jī):提供橡膠條前進(jìn)的動(dòng)力。

以上只是硫化一般橡膠條的基本配置。當(dāng)硫化帶骨架的橡膠條時(shí)，在擠出機(jī)的前段還配有鋼芯供給設(shè)備，在后段根據(jù)需要有時(shí)還配有打孔機(jī)、鋼芯成型機(jī)等設(shè)備;當(dāng)硫化非條狀連續(xù)式產(chǎn)品時(shí)不需要裁斷機(jī)。

微波加熱設(shè)備是整個(gè)微波硫化工藝的核心環(huán)節(jié)。微波加熱設(shè)備的均勻加熱設(shè)計(jì)顯得特別重要，微波加熱器加熱均勻性設(shè)計(jì)是橡膠均勻硫化的前提，此外膠料的成分組成比例、色澤深淺和表面的光潔度都會(huì)對(duì)微波橡膠硫化微波消解吸收性能產(chǎn)生影響，都需要加以考慮在微波加熱工藝中做適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，以適應(yīng)工藝的要求。