硫化工藝

硫化過程可分為四個階段，各階段的特點:

通過膠料定伸強度的測量(或硫化儀)可以看到，整個硫化過程可分為硫化誘導，預硫，正硫化和過硫(對天然膠來說是硫化返原)四個階段。

硫化誘導期(焦燒時間)內，交聯(lián)尚未開始，膠料有很好的流動性。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，膠料開始交聯(lián)并喪失流動性。硫化誘導期的長短除與生膠本身性質有關，主要取決于所用助劑，如用遲延性促進劑可以得到較長的焦燒時間，且有較高的加工安全性。

硫化誘導期以后便是以一定速度進行交聯(lián)的預硫化階段。預硫化期的交聯(lián)程度低，即使到后期硫化膠的扯斷強度，彈性也不能到達預想水平，但撕裂和動態(tài)裂口的性能卻比相應的正硫化好。

到達正硫化階段后，硫化膠的各項物理性能分別達到或接近最佳點，或達到性能的綜全平衡。

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

對任何橡膠來說，硫化時不只是產生交聯(lián)，還由于熱及其它因素的作用產生產聯(lián)鏈和分子鏈的斷裂。這一現(xiàn)象貫穿整個硫化過程。在過硫階段，如果交聯(lián)仍占優(yōu)勢，橡膠就發(fā)硬，定伸強度繼續(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改善橡膠制品性能

橡膠在未硫化之前，分子之間沒有產生交聯(lián)，因此缺乏良好的物理機械性能，實用價值不大。當橡膠加入硫化劑以后，經熱處理或其他方式能使橡膠分子之間產生交聯(lián)，形成三維網狀結構，從而使其性能大大改善，尤其是橡膠的定伸應力、彈性、硬度、拉伸強度等一系列物理機械性能都會大大提高。

采用充氮氣硫化的主要優(yōu)點是節(jié)能和延長膠囊壽命，可節(jié)省蒸汽80%，膠囊使用壽命可延長1倍。輪胎在硫化過程中要消耗大量熱能和電能，因此開發(fā)和推廣節(jié)能硫化工藝意義重大。由于氮氣分子量小、熱容很小，氮氣充入輪胎膠囊內腔時，不會吸熱而引起溫度降低，也不易造成膠囊氧化裂解破壞。

氮氣硫化的工藝特點是，先通高溫高壓蒸汽，若干分鐘后切換通入氮氣，利用充氮硫化的"保壓變溫"工藝硫化至結束。因為最初通入幾分鐘蒸汽的熱量足夠保持硫化一條輪胎，理論上只要在完成硫化之前溫度不降到150℃以下即可。但是，采用氮氣硫化時，首先通入的是高溫高壓蒸汽，會造成上下胎側的溫差，要消除上下胎側的硫化溫差，必須合理布置硫化介質噴射的位置，改進密封和熱工管路系統(tǒng)。

硫化用氮氣的純度要求達99.99%，最好達到99.999%，并建議企業(yè)自配制氮系統(tǒng)，以降低使用成本。氮氣純度不夠，會影響膠囊的使用壽命。

將氮氣硫化的"保壓變溫"硫化原理應用于傳統(tǒng)循環(huán)過熱水硫化工藝的改造，人們又開發(fā)出了用高溫高壓蒸汽加過熱水的硫化工藝取代常規(guī)的循環(huán)過熱水硫化工藝。硫化時，先通入高溫高壓蒸汽，若干分鐘后切換通入循環(huán)過熱水，再過若干分鐘后關閉回水閥停止循環(huán)，直到利用潛熱硫化至結束。采用這種新的加熱硫化方法，據(jù)理論計算，其能耗僅是傳統(tǒng)硫化工藝方法的1/2。

硫化(Vulcanization) (引申定義)

硫化過程中發(fā)生了硫的交聯(lián)，這個過程是指把一個或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結構。反應的結果是生成了彈性體，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物質。

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)劑進行交聯(lián)。因此硫化的更科學的意義應是"交聯(lián)"或"架橋"，即線性高分子通過交聯(lián)作用而形成的網狀高分子的工藝過程。硫化過程中發(fā)生了硫的交聯(lián)，這個過程是指把一個或更多的硫原子接在聚合物鏈上形成橋狀結構。反應的結果是生成了彈性體，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物質。從物性上即是塑性橡膠轉化為彈性橡膠或硬質橡膠的過程。"硫化"的含義不僅包含實際交聯(lián)的過程，還包括產生交聯(lián)的方法。

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，在注壓過程中，加熱模板所提供的熱量僅僅只用于維持硫化，它能很快將膠料加熱到190℃-220℃。在模壓過程中，由加熱模板所提供的熱量首先要用于預熱膠料，由于橡膠的導熱性能差，如果制品很厚，熱量要傳導到制品中心需要較長的時間。采用高溫硫化也可在一定程度上縮短操作時間，但往往導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，實現(xiàn)自動化操作，這對大批量生產最為有利。注壓還具有以下優(yōu)點:可以省去半成品準備、起模和制品修邊等工序;可以生產出尺寸穩(wěn)定、物理機械性能優(yōu)異的高質量產品;減少硫化時間，提高生產效率，減少膠料用量，降低成本，減少廢品，提高企業(yè)經濟效益。

采用注壓硫化成型工藝時，需要注意以下幾點:

1、采用合理的螺桿轉速、背壓，控制適當?shù)淖⑸錂C溫度。一般地，應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的產量。

背壓是通過放慢注射缸中出油口的流量而產生的，并對注射機所射出膠料，對注射油缸的推擠作用進行限制。實踐中，背壓只會稍微增加對膠料的剪切，而不會引起硫化制品物理性能的降低。

2、噴嘴的設計。噴嘴連接注射機頭和模具，同時對熱平衡有一定作用。經過噴嘴的壓力損失會經由注射而轉換成為熱量。膠料絕不允許在這個部位硫化。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、膠料注射時所需要的壓力和充模時間。

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、內部溫度分布不同，要實現(xiàn)良好的硫化就必須對溫度進行高精度控制，使模具表面、內部同時達到最佳硫化條件。高溫會增大橡膠的收縮率，但二者關系是線性的，在生產前應有充分的估計。此外，就成型壓力而言，高壓成型是極為有利的，因為壓力與收縮成反比關系。

4、安全合理的膠料配方設計。對于進行注壓硫化成型的膠料，要求其具有以下特性:(1)膠料的門尼焦燒時間應當盡可能的長，以獲得最大的安全性。通常，門尼焦燒時間應比膠料在機筒中的停留時間長2倍。(2)硫化速度快，通過對不同膠料硫化體系的合理選擇，添加合適的促進劑，使膠料在注壓硫化時有令人滿意的效率。(3)流動性良好，良好的流動性能減少膠料的停留時間，減少注壓時間，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%。

目微波橡膠硫化最實用的基本工藝流程為:從擠出機擠出的成型品通過輸送帶或輥道傳送，進入微波硫化裝置，在此處橡膠迅速升溫到硫化溫度，然后進入二次硫化的熱風槽，橡膠在熱風槽內一定溫度下，保持一定時間，即完成該產品的發(fā)泡及硫化過程。此時如果不用熱風槽，硫化全在微波槽中進行，則太浪費能量，而與熱風槽結合起來，就比較經濟。

微波橡膠硫化生產線的組成包括擠出機、高溫定型設備、微波硫化設備、熱風硫化設備、冷卻段、牽引機、裁斷機、打孔機等組成。

擠出機:用來把橡膠原料擠壓成需要的形狀和結構，擠壓成型的橡膠分為單層橡膠(海綿或實芯膠)、二層復合橡膠(海綿和實芯膠)、三層復合橡膠(鋼芯、海綿和實芯膠)、四層復合橡膠等，對應不同的橡膠種類和規(guī)格所使用擠出機的結構和性能也有所不同。

高溫定型設備:主要用來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，這一過程只需要幾十秒到一兩分鐘的時間。

熱風硫化設備:使橡膠條保持在硫化所需要的溫度范圍內繼續(xù)硫化。

冷卻段:用來把橡膠條冷卻到可進行裁斷收集等操作的溫度。

牽引機:提供橡膠條前進的動力。

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

微波加熱設備是整個微波硫化工藝的核心環(huán)節(jié)。微波加熱設備的均勻加熱設計顯得特別重要，微波加熱器加熱均勻性設計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對微波橡膠硫化微波消解吸收性能產生影響，都需要加以考慮在微波加熱工藝中做適當?shù)膮f(xié)調，以適應工藝的要求。