微波硫化是將微波能量穿透到電纜絕緣或護套內(nèi)部直接進行整體加熱，因此加熱迅速，高效節(jié)能，大大縮短了絕緣或護套的硫化時間，使其加熱均勻性更好，硫化質(zhì)量較高。

微波硫化技術自20世紀70年代問世以來得到迅速推廣，特別是橡膠微波連續(xù)硫化生產(chǎn)線在橡膠擠出制品生產(chǎn)中的推廣應用，其發(fā)展之迅速是史無前例的。日本是微波連續(xù)硫化技術發(fā)展較快的國家，至今已累計生產(chǎn)450多條微波連續(xù)硫化生產(chǎn)線，并向世界各國出口100余條。

微波硫化技術在國外工業(yè)化國家已成為普遍的生產(chǎn)方式，但僅僅應用于各種擠壓膠條、膠管以及各類輪胎的硫化預熱，應用于電線電纜制造行業(yè)尚未見報道。

我國已從德國、日本、西班牙、英國等國家引進了幾十條微波密封條連續(xù)硫化生產(chǎn)線生產(chǎn)橡膠制品。但進口的微波硫化生產(chǎn)線也存在很多問題，如價格高，維修成本高，微波箱體設計不合理，微波效率低，控制的自動化程度不夠。

隨著國內(nèi)微波能應用技術的發(fā)展，國內(nèi)相繼仿造和改造了多條采用橡膠微波硫化工藝的設備，有些引進設備的廠家與微波能應用廠家合作，開始著手對進口橡膠硫化設備所存在的問題進行改造，使其產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量有了較大提高。

2000年以來隨著多管型微波硫化設備的開發(fā)成功，使得設備成本及維修難度降低，目前橡膠的微波硫化技術已日益走向成熟，設備不斷完善，向著高度自動化、省能源、減少環(huán)境污染的方向努力，以滿足廣大用戶不斷提高的需求，有著巨大潛力和廣闊的市場。

微波是波長約12.5cm、頻率為108～1011 Hz的電磁波。微波是由交變電場產(chǎn)生的。工業(yè)上使用的國際標準微波頻率為2450 MHz。

1、微波硫化的主要過程

介電質(zhì)(橡膠)分子極化及摩擦生熱是微波硫化的主要過程極性分子在不同的正和負的電荷中心形成一個電偶極子，如下圖所示。在交變電場中，分子向各自逆電位的方向擺動，并與電場平行，這稱為分子取向(極化)。膠料在交變電場的微波作用下，產(chǎn)生了極性分子(鏈段)的偶極極化、相界面極化或離子極化現(xiàn)象。

由于微波的頻率很高，而偶極子沿自身軸振動的頻率總是滯后，因此，內(nèi)部分子間發(fā)生摩擦，產(chǎn)生了熱量，實現(xiàn)短時間內(nèi)物料的內(nèi)部和外層同時被加熱，這樣，便使橡膠溫度達到硫化所需要的水平。

2、膠料對微波能的吸收取決于膠料的極性

膠料對微波的吸收功率可用下式表示：

P=kfE2εγtanδ

式中，k-常數(shù);f-頻率;E-電場強度;εγ-相對介電率;tanδ-介電率損失系數(shù)。

由上式看出，當f、E一定時，橡膠對微波能的吸收功率P與εγ及tanδ成正比，極性越大，生熱越容易，升溫越快。幾種橡膠的εγ、tanδ數(shù)值列于下表。

3、膠料加熱

膠料加熱升溫所需的微波功率按下式計算：

P=4.18WC△T/tη (w)

式中，P-膠料升溫所需能量(w);W-膠料質(zhì)量(g);C-膠料的比熱(cal/g·℃);t-時間(s);η-能量轉(zhuǎn)換系數(shù)(%);△T=T2-T1，膠料溫度的升高值;T2-終結(jié)溫度(℃)，T1-起始溫度(℃)。

4、微波穿透膠料的深度

微波穿透膠料的深度D可用下式表示：

D=56×107P/(f·√εγ· tanδ) (m)

式中，f -微波頻率(Hz);εγ-膠料介電常數(shù); tanδ-介電率損失系數(shù);P-膠料升溫所需能量(w)。

由于微波波長較短，頻率很高，所以對膠料的穿透能力很強，具有從里到外同時加熱的特點。在微波隧道中，由于微波反射及熱空氣加熱，使膠料表面也得到均勻的加熱，從而使膠料內(nèi)部和表層同時被加熱。

5、微波硫化膠料生產(chǎn)線

微波硫化生產(chǎn)線由擠出機、微波箱、熱空氣硫化箱、冷卻水槽和切割機五個部分組成。為了使擠出來的橡膠制品(如密封條等)從擠出機進入微波箱、熱空氣硫化箱、冷卻水槽直到切割機，需要一條與擠出速度相匹配的輸送帶。下圖所示就是微波硫化生產(chǎn)線的組成結(jié)構。

1-擠出機;2-微波箱;3-熱空氣硫化箱;4-冷卻水槽;5-切割機

(1)擠出機

在擠出機上安裝了生產(chǎn)橡膠密封條用的模具(口型)。按照產(chǎn)品的形狀，將膠料從擠出機里擠出。在常壓條件下，由于膠料中含有水分或其它低分子物質(zhì)，在硫化過程中容易形成氣泡，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量。為此，要求在擠出機上配置一臺真空泵，以保證在擠出過程中抽真空，除去膠料中的水分或其它低分子物質(zhì)。

(2)微波箱與熱空氣硫化箱

一般不單獨使用微波箱進行硫化，而是常常與熱空氣硫化箱串聯(lián)起來硫化橡膠產(chǎn)品。這樣可以充分發(fā)揮兩種硫化方式各自的優(yōu)點，以獲得最佳的硫化系統(tǒng)的組合。采用微波箱-熱空氣硫化箱連續(xù)硫化系統(tǒng)，完成對橡膠擠出件(密封條、編織膠管、純膠管等)的硫化。

實踐證明，與間斷的硫化方式相比，前者具有無可比擬的優(yōu)越性。微波箱將擠出的橡膠半成品急劇升溫到硫化溫度(150 ℃～200 ℃)，然后進入熱空氣硫化箱，使橡膠制品保溫到完成硫化為止。

(3)輸送機用皮帶

一般采用由聚四氟乙烯包覆的皮帶。聚四氟乙烯的εγtanδ值小于0.006，在微波作用下它幾乎不會生熱，并可耐200 ℃的高溫，聚四氟乙烯是制造微波硫化輸送帶最合適的材料。

1-磁控管振落器;2-分離器;3-功率表;4-調(diào)節(jié)器;5-微波箱;6-橡膠密封條

(4)微波裝置

微波裝置的結(jié)構如上圖所示。磁控管是微波發(fā)生器，通過連接分離器、功率表、調(diào)節(jié)器將微波送進微波箱中。擠出的橡膠半成品被輸送帶送入微波箱中，在很短的時間內(nèi)升溫硫化。微波箱有爐型、彎曲型和管型(波導管型)三種。常用的為管型微波箱，如下圖所示。

1、工藝流程

微波硫化電纜生產(chǎn)線基本工藝流程為：從擠出機擠出的成型電纜通過拉力牽引，進入微波硫化裝置，在此處電纜迅速升溫到硫化溫度，然后進入二次硫化的熱風槽，電纜在熱風槽內(nèi)一定溫度下，保持一定的時間，即完成該電纜的硫化過程。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(jié)合起來，就比較經(jīng)濟。

具體的工藝流程如下：

放線架→擠出機→微波硫化區(qū)→熱風硫化區(qū)→冷卻裝置→牽引機→收線架

2、優(yōu)點

①微波硫化是將微波能量穿透到電纜絕緣或護套內(nèi)部直接進行整體加熱，加熱迅速，高效節(jié)能，大大縮短了絕緣或護套的硫化時間，微波腔配有波形攪拌器，以保證均勻加熱，硫化質(zhì)量較高。

②微波硫化技術替代傳統(tǒng)的蒸汽硫化工藝，在常規(guī)壓力下硫化，可避免高壓蒸汽侵入電纜線芯而導致導體氧化，可提高電纜的導電和絕緣性能。

③微波硫化與熱風硫化結(jié)合并用，既能保證電纜的技術要求，又能減少能量浪費。

3、工藝要點

微波加熱設備是整個電纜生產(chǎn)工藝的核心環(huán)節(jié)。微波加熱設備的加熱均勻性設計顯得特別重要，它是橡膠均勻硫化的前提，此外電纜絕緣和護套材料的成分組成比例、色澤深淺和表面的光潔度都會對微波吸收產(chǎn)生影響，都需要加以考慮并在工藝中做適當?shù)恼{(diào)整，以適應工藝的要求。

微波硫化技術之所以發(fā)展神速，因為它具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、節(jié)約能源等特點。微波硫化技術的發(fā)展趨勢體現(xiàn)在如下幾個方面：

1、微波硫化生產(chǎn)線的長度不斷縮短，從而使設備整體結(jié)構緊湊集約。

2、運用微機控制各個部位的工藝參數(shù)，如溫度、速度、時間等，提高了自動化程度。

3、運用微機技術開發(fā)新產(chǎn)品，可高起點分析及優(yōu)化新產(chǎn)品結(jié)構，設計由二維平面圖紙變?yōu)槿S立體結(jié)構，通過ACD繪圖造型，確定密封條的截面幾何形狀和結(jié)構特點，使開發(fā)出來的新產(chǎn)品具有生產(chǎn) 速度快、質(zhì)量優(yōu)的特點。

4、運用和發(fā)展口型可變技術。在密封條制造過程中，擠出時運用口型可變技術，即利用微機控制擠出口型的變化，改變了以往擠出型條時截面固定不變的工藝，而是根據(jù)需要，在轉(zhuǎn)角部位和連接車體夾角部位使截面發(fā)生“漸變”或“突變”，一次擠出長度方向上截面可變的型條。這樣，可使密封條更好地與車體匹配，密封性能好、外型更美觀。

橡套電纜常規(guī)硫化方法是采用蒸汽硫化工藝。但由于加熱溫度是由介質(zhì)外部向內(nèi)部慢慢地熱傳導，而橡膠物料是不良導熱材料，因此，從物料表面向里層傳熱其傳熱速率是很慢的，大部分時間耗費在讓橡膠達到硫化溫度上。所以加熱時間長、效率低、硫化均勻性不好。

尤其是傳統(tǒng)工藝為消除橡膠粘連而使用硅酸鎂(滑石粉)，致使橡膠生產(chǎn)車間中粉塵彌漫，空氣中粉塵含量遠超過國家環(huán)保部門規(guī)定的標準，而且電纜整體硫化狀態(tài)并不理想。這是因為，在常規(guī)熱傳導情況下，被硫化膠料表面與里層升溫的時間不一，會出現(xiàn)硫化不均勻的現(xiàn)象。

微波硫化與傳統(tǒng)蒸汽硫化方式完全不同，是將微波能量穿透到電纜絕緣或護套內(nèi)部直接進行整體加熱，因此加熱迅速，高效節(jié)能，大大縮短了絕緣或護套的硫化時間，使其加熱均勻性更好，硫化質(zhì)量較高。

微波硫化可以在較短的時間內(nèi)越過橡膠極易發(fā)生粘連的誘導階段進入預硫階段，革除了傳統(tǒng)工藝過程中使用滑石粉的操作，達到環(huán)保要求。該生產(chǎn)工藝將擠包和硫化集中在一條生產(chǎn)線上完成，自動化程度高，能耗低，節(jié)省人力，生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量均勻等，大大改善了生產(chǎn)勞動條件。

下表為微波硫化電纜與蒸汽硫化電纜性能的對比。

一、膠料混煉

在批量生產(chǎn)中，為保證橡膠密封條，擠出質(zhì)量高、尺寸穩(wěn)定性好，應采用自動化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、分散均勻、生產(chǎn)量大、高效高品質(zhì)的煉膠設備進行混煉。膠料混煉一般均采用二段法進行。

一段為母煉膠混煉，在密煉機中進行，可采用正序法或反序法工藝，混煉時間4min～5min，排膠溫度為110℃～140℃。較高的排膠溫度可除去膠料中的水分，并可提高混煉效率。二段混煉是添加小料，如硫磺、促進劑、CaO、發(fā)泡劑等。一般在開煉機上進行，制成具有一定規(guī)格的半成品膠條。采用二段混煉工藝，有利于掌握膠料的焦燒時間。

下表為EPDM膠料一段混煉工藝實例。

二、擠出與硫化

微波硫化生產(chǎn)線配置的是長機筒冷喂料擠出機，其特點是螺桿長徑比大(一般為15～20:1)，傳熱面積大，所以對膠料塑化效果好。再輔以抽真空及排氣裝置，使擠出的膠條密實度高，外觀質(zhì)量好。擠出機機身可分段加熱，螺桿內(nèi)徑和復合機頭裝有循環(huán)水加熱系統(tǒng)，擠出不同的膠條時，工作溫度可按需要分別設定和調(diào)節(jié)。

下表為微波硫化擠出EPDM膠條的溫度設定范圍。

膠條擠出可實施無級變速調(diào)節(jié)，擠出膠條由輸送帶牽引，進入微波箱和熱空氣硫化箱，實現(xiàn)連續(xù)硫化生產(chǎn)。下圖為膠條微波硫化生產(chǎn)工藝流程。輸送帶牽引的速度一般為0～30 m/min。

三、應用實例

1、EPDM密封條

膠料配方：EPDM(EP3092 EM)：100;炭黑(N550)：150;石蠟油(300#)：110;ZnO：5;硬脂酸：1;聚乙二醇PEG(3000)：3;促進劑M：1.2;促進劑BZ：1.0;促進劑TMTD：0.5;促進劑DTDM：1.5;促進劑CZ：1.0;硫磺：1.5; CaO(膏狀)：1.5(以上均為質(zhì)量份)。

工藝參數(shù)：煉膠分兩段進行，一段混煉用K4密煉機混煉制成母煉膠，停放;二段混煉在22英寸(1英寸=25.4mm)開煉機上進行，加入硫化劑等小料，下片出條備用。微波連續(xù)硫化：φ120擠出機溫度60 ℃;微波箱功率1 kW/段，共五段，溫度230 ℃;牽引速度5～6 m/min;熱空氣硫化箱溫度240 ℃(三節(jié)，10 m/節(jié))，牽引速度6～8 m/min。

產(chǎn)品的性能：拉伸強度9MPa;拉斷伸長率580%;邵爾A硬度64度;永久變形25%。

2、CR海綿膠條

膠料配方：CR：100;ZnO：5;MgO：4;硬脂酸：2;發(fā)泡劑AC：8;炭黑N774：40;CaCO3：30;增塑劑DOS：40;助發(fā)泡劑：2;促進劑：2.5;防老劑：2。(以上均為質(zhì)量份)

工藝：①混煉膠制備。膠料在密煉機內(nèi)混煉，加料順序為：CR→MgO、防老劑、硬脂酸和發(fā)泡劑→炭黑和CaCO3 →增塑劑→ZnO和促進劑→排膠、冷卻。冷卻的膠料在開煉機上返煉出片。②海綿膠條制備。在微波連續(xù)硫化生產(chǎn)線上，混煉膠由φ90擠出機擠出，經(jīng)過微波箱(200℃×1min)和熱空氣硫化箱(210 ℃×4min)發(fā)泡硫化，而后進入冷卻水槽冷卻，最后切割成產(chǎn)品。

性能：硫化儀數(shù)據(jù)(160℃)，ML10.74 N·m;MH16.01 N·m;ts 9.65min。海綿膠條性能：密度0.455 mg·m-3;邵爾C型硬度，16;彈性好，表觀光潔。

3、NBR耐油密封膠條

膠料配方：NBR(3345)：100;炭黑(N550)：60;輕質(zhì)CaCO3：30;癸二酸二辛酯DOS：20;ZnO：5;硬脂酸：2;防老劑4010NA：2;PEG(3000)：2;促進劑 M：1.2;促進劑TMTD：1.0;硫磺：1.2;CaO(膏狀)：15。(以上均為質(zhì)量份)

產(chǎn)品性能：拉伸強度9 MPa;拉斷伸長率450%;邵爾A硬度60;永久變形16%。

4、高鐵用密封膠條

膠料配方：EPDM(3072 EM)：140;炭黑(N550)：80;炭黑(N330)：30;石蠟油(300#)：55;ZnO：5;硬脂酸：1.0;PEG(3000)：3;促進劑M：1.2;促進劑BZ：1.2;促進劑TMTD：0.6;促進劑DTDM：0.5;促進劑 CZ：1.2; 硫磺：1.5;CaO(膏狀)：15。(以上均為質(zhì)量份)

產(chǎn)品性能：邵爾A硬度56;拉伸強度15MPa;拉斷伸長率380%;撕裂強度32 kN/m;壓縮變形(室溫×24 h)16%;脆性溫度-62℃;20℃×13 h(蒸餾水中)質(zhì)量增加0.1%。70℃×76 h老化后性能：邵爾A硬度58;拉伸強度15MPa;拉斷伸長率370%。

5、CR海綿密封條

膠料配方：CR(ES日本電氣化學)：100;炭黑(N774)：40;輕質(zhì)CaCO3：30;防老劑4010NA：2;ZnO：5;MgO：4;硬脂酸：2;促進劑TMTD：1.2;促進劑CZ：1.2;促進劑NA-22：1.5;發(fā)泡劑 OBSH：8;DOS：40;微晶蠟BIO：2;CaO(膏狀)：5;黑油膏：8。(以上均為質(zhì)量份)

6、EPDM海綿密封膠條

膠料配方：EPDM(K7341 A)：120;炭黑(N550)：70;陶土：40;輕質(zhì)CaCO3：30;石蠟油(300#)：60;ZnO：8;硬脂酸：2.0;PEG(3000)：3;微晶蠟B10：2;促進劑 M：1.5;促進劑BZ：1.0;促進劑TMTD：0.6;促進劑DPTT：0.3;促進劑DTDM：1.5;硫磺：1.5;發(fā)泡劑AC：3;發(fā)泡劑OBSH：2;CaO：5。(以上均為質(zhì)量份)

7、硅橡膠(VMQ)海綿密封膠條

膠料配方：硅橡膠(8540)：100;白炭黑(沉淀法)：35;過氧化物硫化劑DCBP：2.0;BPO：1.5;發(fā)泡劑AZ：2.7。(以上均為質(zhì)量份)

8、阻燃密封膠條

膠料配方：EPDM(EP33)：100;炭黑(N550)：40;氫氧化鋁(環(huán)氧基硅烷改性，微米級)：170;硼酸鋅：10;微膠囊化紅磷：10;石蠟油：40;ZnO：5;硬脂酸：2;促進劑EG-3：3.3;硫磺：1.3。(以上均為質(zhì)量份)