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《海南大学》 2010年
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NR微波干燥的工艺优化及其硫化特性的研究

刘欣  
【摘要】:天然橡胶(NR),作为一种具有优越综合性能的可再生天然资源,具有高弹性、高强度、高伸长率和耐磨等特点,广泛应用于航空航天、国防军工、重型汽车、飞机轮胎、医用器械中,在国民经济建设中占有非常重要的地位。天然橡胶的消费量和缺口量越来越大,已成为继石油、铁矿石以及有色金属后又一大宗紧缺战略性资源。 天然橡胶是直接用田间胶乳或保存胶乳来制造的,其制法一般是将胶乳稀释后,加入酸液进行凝固,然后经过压片、干燥、打包等机械处理。天然橡胶通常包括烟片、绉片、颗粒胶等许多品种,各种品种的制法有所不同。干燥是天然橡胶加工生产中一个十分重要的环节,中国热带农业科学院农产品加工研究所开发研究的天然橡胶微波干燥方式,采用自行设计的天然橡胶微波干燥设备对NR的干燥特性及性能进行了系统的研究,发现该产品性能较传统的热空气介质干燥产品有较大提高,干燥时间大幅度缩短。本文在此研究工作基础上,采用正交试验的方法系统的研究多种因素对微波干燥过程的影响,探讨微波干燥最佳的干燥工艺,模拟了在多影响条件下微波干燥天然橡胶胶样中水分比与时间的关系,研究了微波干燥天然橡胶的硫化动力学,并对热空气和微波干燥的天然橡胶多项性能进行了对比。 本工作首先进行单因素试验,包括微波功率密度、胶料厚度、胶料初始含水率以及排湿风速对湿天然橡胶微波干燥特性以及干燥胶样外观形态影响。结果表明,湿天然橡胶微波干燥各因素较优的范围是:微波功率密度30.4-34.2w/dm3;胶料厚度5-15mm;胶料初始含水率10-20%;排湿风速1.51-2.52m/s。 根据单因素试验的结果设计了L9(34)的正交试验,以总干燥时间、生胶门尼值、硫化胶力学性能、老化性能为指标进行了干燥因素组合的优选,试验结果利用SASg.0软件进行极差分析和方差分析得到微波干燥湿天然橡胶最佳的工艺组合是:微波功率密度30.4w/dm3,胶料厚度5mm,胶料初始含水率10%,排湿风速2.52m/s;该微波干燥工艺组合总耗时少,效率高,能耗低,生胶门尼粘度高,硫化胶力学性能以及老化性能均较优。 在探讨微波干燥湿天然橡胶干燥模型时,胶料含水率的变化可用单项扩散模型:MR=Aexp(-kt)来描述,其中, A=exp(37.81050-2.35485X1-0.20883X2+0.11269X3+0.03639X12+0.00857X22-0.00501X32+0.07224X42); k=-(17.46609+1.00197X1+1.00849X4-0.01568X12+0.00065801X22+ 0.00052824X32-0.28665X42); 方程中的X1代表微波功率密度P;X2代表胶料厚度D;X3代表胶料初始含水率Aw;X4代表排湿风速v。 微波干燥天然橡胶的硫化特性研究表明,在相同硫化温度下,微波干燥试样的诱导时间tc10与正硫化时间tc90明显小于热风干燥试样的,但是速率常数却相反;随着温度的升高,最大转矩和最小转矩呈线性下降趋势,在相同温度下,微波干燥试样的MH均大于热风干燥试样的,而其ML值却较小。微波干燥NR的硫化反应活化能小于热风干燥的。 采用SEM、RPA和TG/DTG对微波干燥和热空气干燥天然橡胶的结构和相关性能进行了研究,结果显示微波干燥天然橡胶在各项性能中都有较好的表现。 将微波干燥的霉化天然橡胶与未霉化的天然橡胶进行了红外以及热降解动力学的分析,研究发现霉化天然橡胶热稳定性的下降由与其蛋白质成分被侵蚀有关。
【学位授予单位】:海南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ332

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