沸騰床硫化

沸騰床硫化是一種硫化方法，主要用於連續硫化壓出製品以及膠布。這種硫化方法是以直徑為0.1～0.25毫米的固體微粒玻璃珠作為傳熱介質。玻璃珠用電加熱，它在氣體的鼓吹下被攪動而漂浮起來形成沸騰狀態。呈現沸騰狀態的玻璃珠有良好的傳熱性。它與液體硫化一樣可以用來硫化壓出製品。硫化時，製品通過沸騰床並被加熱的玻璃珠所覆蓋，從而進行熱硫化。

沸騰床的構造原理及條件

沸騰床通常稱為流體化床，其構造原理與液體硫化槽類似。但床內所儲藏的不是液體，而是翻騰的由固體、氣體構成的懸浮系統。在操作過程中，熱氣體自下而上流經由無數固體粒子構成的粒層，使粒層翻騰，這樣，整個系統便呈現「沸騰」而構成「流體化床」。整個系統為固體粒子分散在氣體中的懸浮體，因此具有液體的各種特徵：流體床的形狀取決於容器的形狀，無論加入或抽出物體時，其平面始終保持不變；流動阻力小，與液體相近，因而成品較易通過流體床；流體床導熱係數很高，比空氣大50倍，而且傳熱均勻，整個床的溫差不大於2~3℃；床內各處的壓力與所在的深度成正比。

流體化床的技術條件如下：

①流體化床的粒層密度為1.5克/毫升。此密度既能有效地托起製品，又不會扁製品。具有此條件的材料有玻璃珠、黃沙。

②流體化床的靜壓力與床深度成正比，如當床深度為20英尺時，床層的壓強達0.75個大氣壓，因此採用立式流體化床可獲得一定壓力。

流體化床的最宜流速為每分鐘5~15立方厘米/平方厘米

③粒層的粒子要選用直徑為0.1~0.2毫米的球形粒子。粒徑過小會增大對製品的移動阻力，粒徑過大則所需的氣流速度大，不符合使用條件。流體化床使用的氣體有空氣、蒸汽。前者適用於氯丁膠，後者適用於天然膠。

流體化床硫化除了具有液體硫化的特點外，還具有熱傳遞能力高、受熱均勻、比液體介質溫度極限和化學惰性高、操作安全、不玷污成品、簡化清潔工序等優點。流體化床除了用於硫化橡膠製品外，還可用於金屬、織物、壞料、模型的預熱及原料的乾燥等。

流化床設備

流化床常有臥式、立式和加壓流體床。

臥式流體床

床身由鋼板製成，在距床底約3~4英尺的位置上安裝有一隔離板。隔離板由鋼板或不鏽鋼網製成，也有的用厚度約為一英尺的瓷磚砌成，板面佈滿無數的小孔，作為進氣通道。玻璃珠鋪滿孔板上的整個空間。在隔板下面安有進氣管，以便通入氣體。在隔板的上面設置有加熱器，用來加熱流體床。壓出機的機頭靠近流體床，壓出的半成品以水平方向立即進入床內，以免變形。在成品的硫化出口端安有牽引裝置和捲曲裝置。臥式流化床在常壓下硫化，對膠料的要求與液體硫化槽硫化相同。臥式流體床的通風系統是由排氣罩或通風罩水管道等組成的，在金屬槽上方，用來排除硫化作業過程中所產生的煙霧，以便給操作人員提供一個清潔安全的工作環境。其牽引裝置用於按照預定速度把壓出件牽拉通過流化床。重要的是要保持牽引速度恆定不變，以確保壓型產品具有均勻的斷面。玻璃微珠清除系統接在牽拉裝置之後，裝備玻璃微珠清除系統，用來清除硫化製品表面的玻璃微珠。這些玻璃微珠是在膠料起硫前所經歷的軟化階段粘附到製品表面上去的。

可以使用多種方法消除玻璃微珠，常用的有：

①轉動刷它對着壓出方向轉動，把玻璃微珠從表面刷去；

②氣流刮刀用以吹去壓出製品表面的玻璃微珠。

從壓出製品表面清除下來的玻璃微珠由人工重新倒入金屬槽中或者用氣動運輸系統自動送回金屬槽，回收入流化床。在清除系統後接冷卻系統，把壓出製品冷卻到容易操作的溫度，同時也用以防產生煙霧，污染環境。也可以把壓出製品浸沒於水中，或者噴淋細小霧進行冷卻。流水線的終端為整理裝置，如盤繞裝置、自動定長切割裝置等。用以按照技術規範要求進行必要的整理，得到最終成品。硫化床的作業溫度和運行速度需要根據多種因素來確定，如槽的長度、壓出坯件斷面形狀和膠料硫化速度等。通常作業溫度為250℃，運行速度在12.19~24.32m/min之間調節。

立式流化床

立式流化床是利用容器中的靜態壓力與深度成正比的原理，對由底部進入的未硫化壓出製品進行壓力硫化，可避免製品發泡。使用立體床時，先將貯槽中的玻璃珠加熱後，借空氣壓力流經鐵管，以流態進入床身，此時環內各汽門進行充氣，構成流體層，與此同時，壓出的半成品自床底由下至上的流經床體加熱硫化。硫化結束後，打開閥門將玻璃珠回收到貯槽中。

加壓流化床

加壓流化床的原理與普通的流化床相似。它是一個封閉系統，蒸汽從流體床的頂部排出，後回流至底部，溫度為230℃，壓力為4.14公斤/平方厘米。在制品進出口處有密封裝置。出口處的密封裝置將膠管表面上的微玻璃珠清除掉，使之保持在流化床中。流體化床硫化被廣泛應用於無芯製品的連續硫化，如海綿條、門窗條、膠繩、膠條及異形壓出製品，還有電線、電纜、純膠管、薄膜製品等。硫化床硫化除硫化迅速，連續生產外，還能適應硫化多種橡膠膠料如天然膠、丁苯膠、氯丁膠、丁腈膠及矽橡膠等，但設備造價高，不適宜於大截面製品的硫化和難以保持各部分壓力的均勻。

膠料配合

使用適當的膠料，是保持連續硫化作業成功的重要因素之一。流體化床硫化法是一種低壓硫化法。因此，膠料中的水分和內包空氣能自由地膨脹，而造成實芯壓出膠條中產生氣孔及孔洞，在多孔膠條的斷面會出現微孔結構不勻和大孔等缺陷。為此，應嚴格控制膠料的粘度。膠料粘度應保持在儘可能高的水平上。同時膠料應有較好的焦燒性能。海綿膠料也應有良好的焦燒性能，還應能按規定限度膨脹發泡。通常使用乾燥劑氧化鈣來控制膠料中的水分。海綿膠料應特別注意平衡其起硫時間與發孔時間之間的關係。如果起硫過快，則其料面就不會膨脹，而造成密度高、尺寸小；如果起硫過慢，則形成適當的能包容氣體的表皮層之前就開始發孔，從而導致表皮外觀不良，吸水率過高，並且不能充分保持產品的斷面形狀和尺寸。設計得當較為理想的海綿膠料，由於促進劑和發泡劑選用得當，能形成足以包容氣體的良好表皮層，而且發泡劑分解快，起硫和完成硫化的過程迅速，所以產品能獲得良好的斷面形狀和輪廓線條，物理性能優良、廢品率底。

硫化操作和缺陷

流體化床是一種低壓硫化系統，在該系統內，膠料在常壓下硫化和膨脹。壓出膠條用最小的拉力通過硫化床，因此，畸變率較小。在玻璃微珠的沸騰作用下，壓出膠條部分地浸沒於玻璃微珠中，並不斷受到熱玻璃微珠的噴射，使之達到良好的硫化狀態。如果需要保持產品的外形和輪廓尺寸的話，那麼嚴格控制硫化溫度、流態化程度以及膠條橫貫硫化槽的速度等是至關重要的。

溫度和運行速度控制不當，產品可能產生的缺陷：

①欠硫，物理性能低劣

②產生畸變，外廓線條不清晰；

③外觀差劣

④壓出的膠條，斷面微孔密度不均勻

⑤廢品多

硫態化不均勻可能引起的缺陷：

A、流態化程度不足

①由於壓出膠條不能浸沒在熱玻璃微珠中以及不能不斷受到新鮮的熱玻璃珠噴射，所以硫化程度不足

②由於流態化程度太低，導致壓出膠條在玻璃微珠群上拖曳而過，以致在壓出膠條上留下拖曳印痕。

B、流態化程度太高

①壓出膠條從塑性態過渡到硫化態的過程中由於玻璃微珠紊流作用的衝擊而畸變

②由於通過玻璃微珠的空氣流速過高，會對微珠產生冷卻作用，於是熱量進入通風或抽氣系統而損耗，造成不能保持恆定的硫化溫度。

所以，為克服上述缺陷，必須控制好適當的溫度和運行速度，並且使流態化程度保持均勻。

參考資料

王貴恆主編.高分子材料成型加工原理.北京：化學工業出版社，1991.2:246.ISBN 7-5025-0862-7
陳耀庭主編.橡膠加工工藝.北京：化學工業出版社，1982：260-262
梁星宇，周木英主編. 橡膠工業手冊第3分冊配方與基本工藝. 北京市：化學工業出版社, 1992.12. 1200-1204.ISBN 7-5025-1057-5