CN110421761B - 一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备及工艺，该装备包括平板硫化机模具装置和高频谐振电路装置；平板硫化机模具装置包括平板硫化机，高频谐振电路装置持续输出高频高压小电流；高频谐振电路装置包括导线、电场屏蔽仪、可调电感和高频交流电源；电场屏蔽仪用来屏蔽闭合电路产生的电磁场；平板硫化机装置中极板加热部分由上到下依次为：绝缘隔板、上压板、橡胶原料、下压板、绝缘隔板；可调电感并联入高频电路，在橡胶原料侧面周围安置热电偶测温，作为反馈传递给可调电感和高频交流电源，形成温度闭环控制，保证硫化温度的恒定；本发明利用电介质极化产生的热效应实现平板橡胶的硫化加热使橡胶的硫化程度更均匀，提高了硫化质量。

Description

一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备及工艺

技术领域

本发明涉及一种橡胶硫化工艺，具体涉及一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备及工艺。

背景技术

生橡胶本身性质受热变软，遇冷变硬、发脆，不易成型，易磨损，易老化。为改善橡胶制品的性能，工程上要对生橡胶进行硫化，即在一定温度下，使胶料中的生胶与硫化剂发生化学反应，使其由线型结构的大分子交联成为立体网状结构的大分子，从而使胶料具备高强度、高弹性、高耐磨、抗腐蚀等优良性能。

工程中橡胶的硫化常用平板硫化技术，即将生橡胶和硫化剂混炼以后压成胶片，放在上下两个平板之间加压加热进行硫化。由于橡胶硫化需要在一定的温度下进行，通常在平板中设置有加热装置，对平板的加热方式有蒸汽加热、电阻加热、油管加热等方法。

中国专利CN201110454853.9介绍了一种低频高阻尼橡胶基压电复合材料及其制备方法，为100份的非二烯类橡胶、1.0-1.5份的硫化剂、4.0-5.0份硫化促进剂组成的橡胶基体材料、100-500份压电陶瓷粉、0.1-0.5份导电炭黑、0.5-5.0份偶联剂经过混炼、硫化、极化等工艺后形成的复合物。本发明可以获得一种在低频(1Hz-300Hz)具有较高阻尼因子(tanδ≥0.3)的新型阻尼材料，具有显著的压电增效效果，极化材料的阻尼因子较极化前材料的阻尼因子有显著提高(Δtanδ≥0.2)。CN201810680308.3具体涉及一种用于驻波管测试的压电橡胶极化装置，包括第一底座、第二底座和极化组件，所述第一底座和第二底座相向间隔设置，所述极化组件包括极化柱、夹持板和导电底板，极化柱的一端固定在第一底座上，另一端与夹持片连接，导电底板固定在第二底座上，极化柱、夹持片、导电底板之间形成用于夹持驻波管测试用压电橡胶片的夹持部件，所述极化柱和导电底板分别与外界供电装置连接。在夹持部件上安装压电橡胶片，将极化装置通电对压电橡胶进行极化，所述极化装置的工作面积大小可调，且能同时设置多个夹持部件对多个压电橡胶进行极化，极大提高了极化工作效率，增大了极化装置的使用范围。

但现有技术平板硫化过程中，胶层的温度均匀性对硫化质量非常重要。橡胶的导热性能较差，在平板硫化工艺中，热量需要从上下平板经橡胶传导到内部，这就形成了一个胶层上下表面温度高、中间温度低的温度分布。因此传统平板加热方式的硫化过程是由胶层的上下表面向内部的逐层硫化，这种方式会导致橡胶硫化不均匀。在加热工艺不恰当时，外层橡胶已经硫化，而内部仍因温度过低处于未硫化的状态；或者内部硫化完成，而表层橡胶因温度过高而呈过硫化的状态，无法满足工业生产要求。

发明内容

为了解决目前平板橡胶在传统加热过程中出现的硫化不均匀问题，本发明采用电介质的电极化发热原理从胶层内部进行加热，实现胶层温度分布均匀，从而实现胶层的整体硫化。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案实现：

一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备，包括平板硫化机模具装置和高频谐振电路装置；

所述平板硫化机模具装置内的平板硫化机的加压部分由液压系统提供动力，所述高频谐振电路装置持续输出高频高压小电流；

所述平板硫化机模具装置包括有导向柱a，导向柱a上设有固定件上横梁和下托梁；

所述上横梁与导向柱a固定相连，同时下托梁通过地面支柱固定于地面；上压板作为固定平板通过绝缘隔板a与上横梁固定连接。

优选的，所述下托梁上装设有导向柱b和固定平台，固定平台与下托梁构成平板硫化机的固定支座；

所述固定平台与下压板之间用绝缘隔板b连接，上压板为固定平板，下压板为活动平板，下压板和绝缘隔板b在导向柱b位移下能上下移动；

所述高频谐振电路装置包括导线、电场屏蔽仪、可调电感和高频交流电源。

优选的，所述高频交流电源输出高频高压的小电流，可调电感并联入高频电路，在橡胶原料侧面周围安置热电偶测温，作为反馈传递给可调电感和高频交流电源，形成温度闭环控制；

温度控制系统包括可调电感和高频交流电源，所述温度控制系统里面的温度控制模块里的电路与所述高频交流电源的调频电路相连，所述高频交流电源的调频电路由温度控制系统根据不同橡胶原料的胶料测量点的胶料反馈的温度控制，通过相应的调频电路控制高频交流电源的不同频率的电流来控制橡胶原料的硫化温度。

优选的，所述橡胶原料的圆周侧面周围安置热电偶测温，所述热电偶为多个，均匀分布在橡胶原料的圆周侧面。

优选的，所述温度控制系统能根据不同温度调节可调电感和高频交流电源做出不同频率的电流调整。

优选的，所述高频交流电源所在的控制箱内的高频交流电源的调频电路与可调电感并联，所述调频电路能根据不同橡胶原料的胶料测量点的胶料反馈的温度控制可调电感的大小。

优选的，所述电场屏蔽仪在导线上，所述电场屏蔽仪所在电路与高频交流电源的调频电路、可调电感的电路中的一种或两种相连；

具有电介质特性的所述橡胶原料位于上压板、下压板之间，工作时，两压板接入高频谐振电路装置，与橡胶原料共同构成闭合回路。

优选的，所述导向柱a为钢材制造，上有螺纹，螺母将上横梁固定在导向柱a上；下托梁在导向柱a上固定，并通过螺栓与地面支柱固定连接；

所述上横梁和下托梁采用铸铁材料，同时都做成实体；

所述上压板作为固定平板通过绝缘隔板a与上横梁固定连接；

所述下托梁上装设有活动件导向柱b和固定平台，固定平台能限制活塞向下移动的极限位置。

优选的，所述平板硫化机模具装置中极板加热部分由上到下依次为：绝缘隔板a、上压板、橡胶原料、下压板、绝缘隔板b；

所述上压板和下压板均由高导电性的铜合金材料加工制成，绝缘隔板和为绝缘性材料。

本发明所述的一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备的工艺如下：

1)将所需硫化的橡胶原料装入模具中，然后将模具放置在下压板上；

2)向液压缸注入工作液，液压缸活塞得到工作液提供的压力后向上移动，将压力通过绝缘隔板b传递到下压板，上压板固定，上压板和下压板将橡胶原料压紧于两压板之间；

3)高频交流电源开机，给上压板与下压板之间的橡胶原料输入高频高压的小电流，此时上下压板做电容使用，在高频电场作用下，橡胶原料中的橡胶分子被反复极化相互摩擦、振动生热；安装在橡胶原料的周围的热电偶检测胶料的温度，分析反馈后传达给温度控制系统；温度控制系统根据不同温度调节可调电感和高频交流电源做出不同频率的电流调整，保证硫化温度的恒定；

4)橡胶制品硫化完成后，排出留在液压缸当中的工作液，随后液压缸活塞失去动力，在自身的重力下缓慢下降，带动下压板一同下降至固定平台的位置后停止，然后便可从装备中取出加工完成的硫化制品。

本发明的一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热工艺，具体的说，利用电介质极化产生的热效应实现平板橡胶的硫化加热，即将平板橡胶的上下压板接入一个高频谐振电路，该电路由高频交流电源、电容、电感、热电偶等部件组成；高频交流电源给作为电容的上下压板输入高频高电压的小电流，在上下压板之间形成一个高频高压电场，对位于上下压板中的橡胶分子进行电极化。由于橡胶分子是电介质，在高频高压电场的作用下，橡胶分子被反复极化，分子之间相互摩擦、碰撞产热，从而实现橡胶从自身内部发热，达到整体硫化的目的。本发明的工作原理是：高频交流电源输出的高频电压加在上下压板上，在两板之间产生交变的高压电场；这两个金属板此时作为电容的电极板使用，处于两极板之间的橡胶属于一种电介质。当橡胶被置于电极板之间的电场中时，橡胶电介质分子在高压电场的作用下被电极化，分子结构被拉长并沿一定方向规则排列。因交变电场以极快的频率不断改变方向，导致橡胶材料中的电介质分子被反复极化，在一定的位置上高速偏转或振动，分子间发生摩擦、碰撞而产生热量，橡胶由内部开始在整个上下压板之间被同时加热。由于橡胶内部处处为电介质，被置于两极板之间极化加热时，橡胶分子发生了交联，由链式结构变成网状的体形结构，从而实现对橡胶整体均匀硫化的效果。

本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1.本技术方案采用方法是利用电介质极化产生的热效应实现平板橡胶的硫化加热；由于橡胶内部各处产生热量，因此可以使橡胶的硫化程度更均匀，提高了硫化质量。

2.本装备中的平板硫化机不需要提供加热功能，只需要为硫化过程提供压力，高频介质加热与压板热传导加热相比，无需任何媒介，电场能量直接作用于介质分子，属于非接触式加热，加热速度更快，生产效率可以得到大幅度提高；

3.本发明利用在高频电场作用下，橡胶原料中的橡胶分子被反复极化相互摩擦、振动生热，达到了使橡胶原料由内部开始自身发热达到整体均匀硫化的效果。

4.相对于低频电场，高频电场加热效率更高，同时也保证了硫化程度的均匀性。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是A位置处的极板加热局部放大图；

图3为本发明平板硫化机模具装置三维图；

图4为本发明高频谐振电路装置三维图；

图5为本发明的结构原理图；

图6为本发明的硫化曲线对比测试图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1、导向柱a；2、上横梁；3、导向柱b；4、固定平台；5、下托梁；6、导线；7、电场屏蔽仪；8、可调电感；9、高频交流电源；10、绝缘隔板a；11、上压板；12、橡胶原料；13、热电偶；14、下压板；15、绝缘隔板b；16、温度控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所提供的一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备，包括平板硫化机模具装置和高频谐振电路装置；

所述平板硫化机模具装置内的平板硫化机的加压部分是由液压系统提供动力，所述高频谐振电路装置持续输出高频高压小电流；

所述平板硫化机模具装置包括有导向柱a 1，导向柱a 1上设有固定件上横梁2和下托梁5；

所述上横梁2与导向柱a 1固定相连，同时下托梁5通过地面支柱固定于地面；上压板11作为固定平板通过绝缘隔板a 10与上横梁2固定连接。

如图2,3所示，所述下托梁5上装设有导向柱b 3和固定平台4，固定平台4与下托梁5构成平板硫化机的固定支座；所述固定平台4与下压板14之间用绝缘隔板b 15连接，上压板11为固定平板，下压板14为活动平板，下压板14和绝缘隔板b 15在导向柱b 3位移下可上下移动；

如图4所示，所述高频谐振电路装置包括导线6、电场屏蔽仪7、可调电感8和高频交流电源9；电场屏蔽仪7用来屏蔽闭合电路产生的电磁场，以减小对设备的干扰。

作为本发明一个优选的实施例，所述高频交流电源9输出高频高压的小电流，可调电感8并联入高频电路，在橡胶原料12侧面周围安置热电偶13测温，作为反馈传递给可调电感8和高频交流电源9，形成温度闭环控制，保证硫化温度的恒定；

作为本发明一个优选的实施例，所述热电偶13安装在橡胶原料12的侧面周围检测胶料的温度，分析反馈后传达给温度控制系统16，所述温度控制系统16能根据不同温度调节可调电感8和高频交流电源9做出不同频率的电流调整，保证硫化温度的恒定；

作为本发明一个优选的实施例，在橡胶原料12的圆周侧面周围安置热电偶13测温，所述热电偶13为多个，均匀分布在橡胶原料12的圆周侧面；

作为本发明一个优选的实施例，所述温度控制系统16包括可调电感8和高频交流电源9，所述温度控制系统16里面的温度控制模块里的电路与所述高频交流电源9的调频电路相连，所述高频交流电源9的调频电路由温度控制系统16根据不同橡胶原料12的胶料测量点的胶料反馈的温度控制，通过相应的调频电路控制高频交流电源9的不同频率的电流来控制橡胶原料12的硫化温度；从而对橡胶原料12的硫化温度进行修正，确保胶料的温度均匀性；

作为本发明一个优选的实施例，所述高频交流电源9所在的控制箱内的高频交流电源9的调频电路，即高频电路与可调电感8并联，所述调频电路能根据不同橡胶原料12的胶料测量点的胶料反馈的温度控制可调电感8的大小；

作为本发明一个优选的实施例，所述电场屏蔽仪7在导线6上，所述电场屏蔽仪7所在电路与高频交流电源9的调频电路、可调电感8的电路中的一种或两种相连，从而达到由橡胶原料12的硫化温度反馈控制高频交流电源9从而控制电场屏蔽仪7、可调电感8，进而控制橡胶原料12的硫化温度的结果；

具有电介质特性的所述橡胶原料12位于上压板11、下压板14之间，工作时，两压板接入高频谐振电路装置，与橡胶原料12共同构成闭合回路。

如图1、图2所示，作为本发明一个优选的实施例，所述导向柱a 1是用钢材制造的，上有螺纹，螺母将上横梁2固定在导向柱a 1上；下托梁5在导向柱a 1上固定，并通过螺栓与地面支柱固定连接；

所述上横梁2和下托梁5采用铸铁材料，同时都做成实体，以确保结构的强度及刚度；所述上压板11作为固定平板通过绝缘隔板a 10与上横梁2固定连接；

所述下托梁5上装设有活动件导向柱b 3和固定平台4，固定平台4可以限制活塞向下移动的极限位置，固定平台4与下托梁5构成平板硫化机的固定支座；

如图5所示，所述平板硫化机模具装置中极板加热部分由上到下依次为：绝缘隔板a 10、上压板11、橡胶原料12、下压板14、绝缘隔板b 15；

所述上压板11和下压板14均由高导电性的铜合金材料加工制成，绝缘隔板a 10和15选用绝缘性材料，绝缘材料具有隔热、绝缘、减震的作用。

作为本发明一个优选的实施例的一个优选的实施方式，本发明还涉及一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热工艺，具体包括以下步骤：

1)将所需硫化的橡胶原料12装入模具中，然后将模具放置在下压板14上；

2)向液压缸注入工作液，液压缸活塞得到工作液提供的压力后向上移动，将压力通过绝缘隔板b 15传递到下压板14，上压板11固定，上压板11和下压板14将橡胶原料12压紧于两压板之间；

3)高频交流电源9开机，给上压板11与下压板14之间的橡胶原料12输入高频高压的小电流，此时上下压板做电容使用，在高频电场作用下，橡胶原料中的橡胶分子被反复极化相互摩擦、振动生热；安装在橡胶原料12的周围的热电偶13检测胶料的温度，分析反馈后传达给温度控制系统16；温度控制系统16根据不同温度调节可调电感8和高频交流电源9做出不同频率的电流调整，保证硫化温度的恒定；

4)橡胶制品硫化完成后，排出留在液压缸当中的工作液，随后液压缸活塞失去动力，在自身的重力下缓慢下降，带动下压板14一同下降至固定平台4的位置后停止，然后便可从装备中取出加工完成的硫化制品。

如图6所示，用本发明所提供的一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备和工艺，和在配方，温度，时间，硫化压力等同等条件下的普通硫化工艺下，用无转子硫化仪进行硫化测试，得到的硫化曲线。硫化实验条件为：环境温度在5～40℃范围内；空气的相对湿度小于85％；电源电压变化不超过额定电压值的±10％，且频率变化不超过±2％；周围无腐蚀性介质。经过硫化仪的测试，在同等条件下，电介质加热比传统接触传热的硫化率约提高25％，正硫化的平坦期更长。

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备，其特征在于：包括平板硫化机模具装置和高频谐振电路装置；

所述平板硫化机模具装置内的平板硫化机的加压部分由液压系统提供动力，所述高频谐振电路装置持续输出高频高压小电流；

所述平板硫化机模具装置包括有导向柱a(1)，导向柱a(1)上设有固定件上横梁(2)和下托梁(5)；

所述上横梁(2)与导向柱a(1)固定相连，同时下托梁(5)通过地面支柱固定于地面；上压板(11)作为固定平板通过绝缘隔板a(10)与上横梁(2)固定连接；

所述下托梁(5)上装设有导向柱b(3)和固定平台(4)，固定平台(4)与下托梁(5)构成平板硫化机的固定支座；

所述固定平台(4)与下压板(14)之间用绝缘隔板b(15)连接，上压板(11)为固定平板，下压板(14)为活动平板，下压板(14)和绝缘隔板b(15)在导向柱b(3)位移下能上下移动；

所述高频谐振电路装置包括导线(6)、电场屏蔽仪(7)、可调电感(8)和高频交流电源(9)；

所述高频交流电源(9)输出高频高压的小电流，可调电感(8)并联入高频电路，在橡胶原料(12)侧面周围安置热电偶(13)测温，作为反馈传递给可调电感(8)和高频交流电源(9)，形成温度闭环控制；

温度控制系统(16)包括可调电感(8)和高频交流电源(9)，所述温度控制系统(16)里面的温度控制模块里的电路与所述高频交流电源(9)的调频电路相连，所述高频交流电源(9)的调频电路由温度控制系统(16)根据不同橡胶原料(12)的胶料测量点的胶料反馈的温度控制，通过相应的调频电路控制高频交流电源(9)的不同频率的电流来控制橡胶原料(12)的硫化温度；

所述橡胶原料(12)的圆周侧面周围安置热电偶(13)测温，所述热电偶(13)为多个，均匀分布在橡胶原料(12)的圆周侧面；

所述温度控制系统(16)能根据不同温度调节可调电感(8)和高频交流电源(9)做出不同频率的电流调整；

所述高频交流电源(9)所在的控制箱内的高频交流电源(9)的调频电路与可调电感(8)并联，所述调频电路能根据不同橡胶原料(12)的胶料测量点的胶料反馈的温度控制可调电感(8)的大小；

所述电场屏蔽仪(7)在导线(6)上，所述电场屏蔽仪(7)所在电路与高频交流电源(9)的调频电路、可调电感(8)的电路中的一种或两种相连；

具有电介质特性的所述橡胶原料(12)位于上压板(11)、下压板(14)之间，工作时，两压板接入高频谐振电路装置，与橡胶原料(12)共同构成闭合回路；

所述导向柱a(1)为钢材制造，上有螺纹，螺母将上横梁(2)固定在导向柱a(1)上；下托梁(5)在导向柱a(1)上固定，并通过螺栓与地面支柱固定连接；

所述上横梁(2)和下托梁(5)采用铸铁材料，同时都做成实体；

所述上压板(11)作为固定平板通过绝缘隔板a(10)与上横梁(2)固定连接；

所述下托梁(5)上装设有活动件导向柱b(3)和固定平台(4)，固定平台(4)能限制活塞向下移动的极限位置；

所述平板硫化机模具装置中极板加热部分由上到下依次为：绝缘隔板a(10)、上压板(11)、橡胶原料(12)、下压板(14)、绝缘隔板b(15)；

所述上压板(11)和下压板(14)均由高导电性的铜合金材料加工制成，绝缘隔板a(10)和绝缘隔板b(15)为绝缘性材料；

所述的一种平板橡胶硫化的高频电介质极化加热装备的工艺如下：

1)将所需硫化的橡胶原料(12)装入模具中，然后将模具放置在下压板(14)上；

2)向液压缸注入工作液，液压缸活塞得到工作液提供的压力后向上移动，将压力通过绝缘隔板b(15)传递到下压板(14)，上压板(11)固定，上压板(11)和下压板(14)将橡胶原料(12)压紧于两压板之间；

3)高频交流电源(9)开机，给上压板(11)与下压板(14)之间的橡胶原料(12)输入高频高压的小电流，此时上下压板做电容使用，在高频电场作用下，橡胶原料中的橡胶分子被反复极化相互摩擦、振动生热；安装在橡胶原料(12)的周围的热电偶(13)检测胶料的温度，分析反馈后传达给温度控制系统(16)；温度控制系统(16)根据不同温度调节可调电感(8)和高频交流电源(9)做出不同频率的电流调整，保证硫化温度的恒定；

4)橡胶制品硫化完成后，排出留在液压缸当中的工作液，随后液压缸活塞失去动力，在自身的重力下缓慢下降，带动下压板(14)一同下降至固定平台(4)的位置后停止，然后便可从装备中取出加工完成的硫化制品。

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