硫化方法的发展史

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、Gerlach热空气基本原理
这个基本原理符合上述列举的准则。可达到一个最佳的△T值。 而且空气是调湿的, 通过非常高的正交运动, 载热的空气分子提供 了一个最佳的热交换把热量直接传递到型材表面。 空气分子运动的改进, 使整个操作过程中在整机总长度范围达 到线性热交换。
如图3所示, 工作气体通过通风机强制输入空气/空气热交换器中。 在 此过程中空气吸收了大部分的热量, 并且通过输送管3和4送到燃烧 器5。这种加热气体可利用然气体或丙烷气体实现。 随后将热空气送入工作槽6。 工作槽每三米处有一个增压喷嘴进气口。 在7,8,9 和10阶段将不同量的空气引入换热器2。在热交换器中 用含有废空气的软化剂将空气冷却到65℃ 。 一方面通过空气的冷却, 另一方面通过所谓的转换、 分离效应使 大量的冷凝物分离出来并且能被导出机外。 被污染的空气通过输送管11被送进冷却器和强力分离器。 在这里 空气进一步冷却, 并且另一部分软化剂能够冷凝并且导出。 然后将空 气进一步导入一个离心式过滤器, 经过离心过滤可除去99%的残余杂 质。这个过滤器的一个特殊性能是过滤器自身清洁。
热空气硫化
一、热空气硫化简介
九十年代的发展趋扫势一致认为是朝着低弹性体用量 (每密封 单元)和采用低介电系数的材料, 尤其是EPDM的方向发展,使传统的
硫化方法再次得到运用, 即数年前开发的一种能达到极高标准的方 法称之为热空气硫化方法。 四十六年前已经采用连续热空气硫化橡胶。然而, 成绩是有限 的, 因为设备的发展不能克服众所周知的气体和硫化胶两者之间差 的热交换。 在过去的34年中,Gerlach有限公司致力于热空气硫化方法的研 究, 在最近的23 年, 这种加工方法已发展成为一个高技术标准 , 在 大多数情况, 这种加工方法在技术上和经济上都优于上述的各种方 法。 不仅高制造标准推荐热空气硫化法, 而且, 正如已经讨论过的, 当今的橡胶密封型材的用户也需要更容易用热空气硫化的胶料和形 式。 为了尽快将热传到橡胶型材, 取决于下述3个准则: (1)热传递空气和橡胶型材之间的温度差异应该尽可能大。在 技术上, 要达到这个“ △T” 应是容易的。 (2)热空气量必须是尽可能大, 以便能贮藏和放出大量的热量, 贮热和放热过程也应该尽可能缓和。 (3)吸收热量的弹性体型材, 应以高能空气分子尽可能多地与 型材表面接触的方式暴露于热空气中。 最后, 在热空气槽中的整个受热期间,热交换应该是线性变化, 但很难达到这种热交换, 因为型材温度升高△T下降。
最后, 该空气被送入排气通风机14,从那里85%的空气返回到个 燃烧器。 燃烧器5是以这样一种形式构成, 它能燃烧掉剩余的杂质。 热空气原理的效应可概括如下, 该系统实际上是严密的, 环境 保护是完整的。 由于送入每个燃烧器的空气相对较冷, 因而在燃烧器 进气口和出气口有一个大的压差, 采用这种方式使它有可能改善在 工作槽中的空气, 使之也具有不同的压力。 图3非常清晰的显示出在装置的末端具有稍大的△P。 Gerlach 热空气系统是建立在平衡增压的基础上、 在空气分子与 型材表面接触的交替运动中压力有所增加。 由于空气温度与型材温度 之间△T减小, 使热交换值巨增。 热传递运动从工作槽的前端开始直到末端并始终和压力曲线平 行。 燃烧器以这样一种方式构成, 即它们能够释放出大量的水进入 工作槽。 因此正如上而所述的那样, 空气变得特别重并且热传递性能 再一次改善。 单纯地从理论上讲, 工作温度能够增加到500℃ , 但为安全起 见, 将工作温度设定为最高340℃。 Gerlach热空气原理提供了一个可按标准设计的系统, 其软件可 以改进, 其硬件可按预定的要求加工。 这将使使用者在未来几年里扩 展特种弹性体和特殊型材领域成为可能。
3. 红外线装置 当今这些装备很少用于橡胶型材的加热。由于认识到超远 距离的能量消耗问题,这些装置都存在有几乎不可能均匀加热 型材的致命弱点。因此, 这种方法现在也很少用于型材植绒的 粘着剂烘干。能量消耗相对低, 但遗憾的是这也是实际产量所 需的能耗量。 4. 液体床硫化介质了(LCM)装置 既使是今天, 熔盐硫化法仍是很常见的。盐与硫化橡胶之 间极好地热交换性能使过氧化物硫化成为可能, 甚至在盐雨 的氧达到型材表面时也能硫化。因为熔盐能够均匀地接触型材 的所有表面, 所以型材的加热是极为均匀的。对于海绵橡胶, 由于这种接触仅数秒钟, 可望有一个非常光滑的表面。 虽然人们考虑到盐浴通常是用电加热,而且尽管能附带相 当大的操作费用, 但是维持融盐在240 ℃ ~248 ℃ 需要消耗 的能量不很大。只是由于盐的大量消耗而使这些费用显著增加。 在看到盐浴硫化的显著优点时, 也必须考虑到下列的缺 点。 对于大截面的海绵胶, 由于中心附近孔眼结构的损坏和 均匀性降低, 使之很难加工。如果使用金属传送带, 由于浮力 作用,人们必须准备对型材唇口部位加以改造。 由于运行速度的公差范围很窄, 显然,沿整个装置长度的 极好的热传导儿乎没有变化。
硫化方法的发展史 1. 硫化罐 在硫化罐(蒸气浴)中硫化是一种非常古老的方法, 它与 今天的密封型材生产没有关联。 但它在生产带有编织物结构的 型材如:电缆、耐压胶管和各种各样机动车用胶管的领域仍占 有一席之地。 由于这类产品是在高压蒸汽下硫化, 所以对其内部结构 不要求绝对没有水分和残余空气, 在这种硫化过程中采用过 氧化物硫化体系是可行的。 这种硫化操作劳动强度大, 成本高。 在生产具有高级几何 截面的型材时, 硫化罐硫化方法几乎不可能保持型材的形状, 同时需要很长的硫化时间。 在大乡数情况下需要20min或更长。 2. 流动床
此, 胶料配方可能很难调节。由于受胶料工艺限定的种种原因, 该硫化方法常常只能在低挤出温度下工作, 因而必须再设置 热空气槽, 负担接下来的较大部分硫化工作。 该方法可用于生产带营架的多组合密封条和海绵椽胶条, 但是仍然存在上述同样的问题。 当弹性体经受一个易变的温度时, 一个特别缺陷是弹性 体的膨胀。因此, 这种硫化方法需要特殊的压出口型, 而不能 使用普通压出机的口型。当然, 另一方面, 上述压出机的成型 部件不能用于剪切机头系统。 至今, 对于在形式和胶料变化不很重要的大多数橡胶密 封型材而言, 采用剪切机头硫化似乎有一定的优越性。 6. UHF(超高频率)装置 使用频率为2.45GHz的UHF能硫化是很普遍的。 如果胶料的介质损 失或极性足够高,那么微波能可直接转换成硫化过程的热量。然而, 可惜EPDM胶料物理特性往往不适合于用UHF硫化。由于胶料配方中的 填料或其它配合剂的存在, 可能降低胶料的极性。 然而, 通过添加特 殊的配合剂可能会克服这一问题, 并将导致更适合于UHF硫化的配方。 这样做的缺陷是使橡胶胶料更加昂贵。 尤其是汽车工业的高技术要求, 导致UHF装置的应用不断减少。 然而, 也因为现代弹性体密封件要求每一密封单元只用有限量的生 胶同时又能达到最大的密封型材表面。因为辐射传播系数 0.95W/m*d253*K*d253*, 外加的热非常迅速的反射回来, 总的辐射渐
如果使用硫黄硫化, 就不可能防止亚硝胺产生的危险。 按照环境保护的要求, 使用过的废盐的净化需要花费大 量的投资才能实现。 随着时间的推移, 液化床硫化的使用将会不断减少并逐 渐失去意义。这种硫化方法将不可能满足日益严格的环境要求。 5. 剪切机头硫化 这种硫化方法在1979年公布, 当时这种方法曾在橡胶工 业中起了一定的作用。 电能通过马达转换成压出口型前方剪切机头芯轴的旋转 运动。并在旋转芯轴与固定的机筒之间形成一个空间, 弹性体 通过压出机筒进人剪切机头的这一空间。 通过改变芯轴旋转速度, 可使适量的电能有规则地转换 成为分子摩擦热。所以, 弹性体温度可大大高于常用的压出温 度, 并且在挤出口型时仍可保持这个温度。 这些事实对使用者有很大好处。在成形加工之前就立即开 始硫化, 这样, 随着粘度降低和胶料局部交联, 就能够获一 种高尺寸稳定性和耐久性的密封型材。 加热用的电能浪费很少或没有浪费, 因为耗电少, 成本 也相对低。 由于每一种硫化方法都有一些缺陷, 在使用这种方法时 也应考虑这一点。 由于胶料的焦烧点只能在胶料从口型中挤出后确定, 因
渐变成四元型材温度的能量。 其次, 早已建立的热空气槽硫化愈加有取代硫化特殊质量型材 所必需的加热任务的倾向。 而且必须注意到UHF装置仅有在胶料具有高的极性和型材具有与 横截面质量有关的小表面的条件下才适用。 微波装置操作费用相对较高。 例如, 对于一个24kW额定输出功率 的UHF装置来说, 总的耗电量 (包括极其微量的维持热空气) 是80kW。 这还不包括用于微波加热之后生产线上热空气槽的能量。 仅以美国的UHF设备为例计算, 按每天运转三班计, 一年的操作 费用仅UHF的电费就要花35000$(0.05$/kW)。为提高胶料极性而添加 的助剂, 又使胶料成本每公斤增加0.05$。 按每小时挤出300kg胶料计, 每年的附加费用为131400$。电加热的二段硫化槽每年还要附加 63000$的电费, 最保守的计算, 每年的费用为229000G$左右。 与同样性能的热空气槽的180kW天然气加热设备比较, 后省每年 能源费用为23700$(0.015$/kW), 母年费用可直接节省到205700$。 当 应用于欧洲时, 这种估计有非常相似的结果。 经济上计算出的一个额外的节约, 即每年每个装置205000$的 “ 利润” , 这应该是考虑硫化方法的充分理由。
尽管这种方法的加温效率也仍很有限。但在效率上的改善明显 超过了前述的方法。 它只包括了前面列举的7 项准则中的第一条准则。
所以这种机器充其量也仅能作为UHF设备的一种后加热器, 而真正需 要的型材温度应使用UHF获得。 然而, 这恰好是问题所在之处(见UHF装置), 而且没有理由 认为它会随着时间变化变得稍微简易些。 由于装置的污染, 这种方便受到了限制。为了解决这一问题, 已试装了可部分冷凝软化剂的交换板。 然而, 由于目前的保养工作集 中在换热板的日常清洁处理工作上,还不能达到完全的方便操作。在 使用高压水清洗时也带来了诸如环境污染等问题。 根据这个原理工作的热空气装置, 虽然很少使用但仍无奈地还 在使用。这种方法已有30多年历史了, 至今仍使型材生产者失望。
。 。
这是完全过时的硫化方法, 热空气吹进一个涡旋体, 热
空气的流速必须严格地控制, 以至组成涡旋体床的玻璃球不 被喷出。 型材在运动的玻璃珠上滑动, 并且单纯地表面加热, 型材的表面出现压痕。 玻璃珠容易嵌入薄唇状型材表面的凹部, 并且清除非常困难。 流动床硫化要加热大量的空气, 因而要消耗大量的能量, 由于难以实现必要的环境保护测量, 尤其是还由于软化蒸汽 冷凝作用, 使剩余能量的回收利用非常困难。 这无疑是所有硫 化方法中最脏的一种, 仅仅是限于能够满足硫化速度。
二、可能的工作原理和工作效果
图1显示了一种非常老的方法,先从工作槽中抽出冷空气,然后
通过电动空气加热器在补入热空气。 气流方向与型材中轴线成90。 角。

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对于型材加温和温度恒定性等的作用效果是非常有限的。正如 图中显示的,型材只能在工作槽的一侧微弱受热,同时释放了一大部 分已得到的能量。空气被软化剂永久的污染,在工作槽中或供料路线 中的这些冷凝物或聚结物导致了加工质量明显恶化。 这就是纺织工业中最初用于织物干燥的所谓的正交流再循环原 理。 对橡胶型材这是完全不适宜的, 遗憾的是这种方法还是反复不 断地被用于硫化橡胶型材。 图2显示了一个类似的原理, 从工作槽中抽出冷空气, 最后通 过弱空气电加热器送进热空气。
随后的加热过程是使空气通过红外线加热棒返回到工作槽, 加 热棒的作用是在再输入空气之前立刻完成加热过程。 红外线加热棒位于长间隔和窄孔的孔板后面, 可以理解为该孔 板只许红外线能进入工作槽。 空气通向一个平行于型材轴心线相对长 的循环通道。 然而, 每当空气吸入或排出时, 总有一定量的空气排放 到工作场所,这必须提请注意。
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