橡膠硫化輥式烘箱：溫度控制技巧

By 麥克·陳生產總監 | 擁有超過12年的橡膠製造經驗 |LinkedIn

重點總結

• PID溫度控制可將固化爐溫度保持在設定點±1-2°C的範圍內，這對於確保一批產品中所有部件交聯密度的均勻性至關重要。
• 與靜態烤箱相比，帶有八角形滾筒的滾筒式烤箱能實現更好的溫度均勻性，因為連續旋轉使所有零件表面都能接觸到循環的熱空氣。
• 歐姆龍 PID 控制器具有 4-20 mA SSR 輸出，透過連續調節功率而不是循環開關加熱器來防止加熱器過衝。
• 現代輥式固化爐中的雙重過溫保護系統會在主控制器發生故障時自動關閉加熱器，從而防止火災和產品損壞。

用於橡膠硫化的輥式烘箱與初級硫化機的用途不同。二次硫化（也稱為後硫化）是對在壓縮或射出模具中開始的交聯過程的補充。由於橡膠化合物的物理性能在二次硫化過程中會繼續發展，因此硫化烘箱內溫度的精確控制直接影響最終產品的品質。

本文介紹了橡膠硫化輥筒烘箱中使用的溫度控制系統、保持均勻加熱的實用技巧，以及如何針對不同的橡膠化合物和批量大小優化製程參數。

為什麼橡膠硫化爐的溫度控制會影響產品品質

橡膠硫化遵循化合物硫化曲線定義的溫度-時間關係。硫化溫度每升高10°C，反應速率約翻倍。在同一批次生產過程中，即使溫度僅相差5°C，也會導致拉伸強度、斷裂伸長率和壓縮永久變形等性能指標出現可測量的差異。

每ASTM D573和ISO 188根據橡膠熱老化標準，當溫度控制精確時，溫度與性能變化之間的關係是可預測的。在規格範圍下限硫化的產品可能交聯不完全，導致模量降低和壓縮永久變形增加。在上限硫化的產品可能過度硫化，變得脆性增加，延伸率降低。採用精確溫控的輥式橡膠硫化爐可以消除這種批次間和零件間的差異。

在我們使用 XCJ-K600 輥式烘箱對 200 多個二次硫化批次進行的工廠測試中，我們觀察到，在設定點 ±1.5°C 的 PID 控制溫度下固化的零件，其邵氏 A 硬度變化比在溫度波動 ±5°C 的烘箱中固化的零件低 23%。

橡膠硫化輥式烘箱的溫度控制系統

現代橡膠硫化輥式烘箱整合了三個控制系統，這些系統協同工作以保持一致的加工條件。

帶有固態繼電器輸出的PID控制器

XCJ-K600 和 XCJ-K900 滾筒烘箱中的歐姆龍 PID 溫度控制器採用比例-積分-微分 (PID) 演算法，連續計算所需的加熱器功率。 4-20 mA 輸出訊號驅動固態繼電器 (SSR)，持續調節加熱器功率，而非循環開關加熱器。這種連續控制模式消除了簡單開關式恆溫器常見的溫度過衝和欠衝現象。因此，在室溫至 260°C 的設定點範圍內，可達到 ±1-2°C 的穩定腔體溫度精度。

熱空氣循環系統

驅動渦輪風扇的高溫長軸馬達可產生 3000 立方公尺/小時的空氣循環量。由於熱空氣持續流經八角形滾筒並翻滾的橡膠部件，因此每個部件表面都能均勻受熱。此循環方式可防止加熱器附近出現熱點，以及門或角落附近出現冷區。 100 毫米厚的鹽棉保溫層可在 200°C 的運行溫度下將外壁溫度保持在 35°C 以下，從而減少熱量損失並提高溫度穩定性。

八角形滾筒旋轉，實現均勻受熱

八角形滾筒設計兼具雙重功能：它使橡膠部件在熱氣流中旋轉，其多面內壁形成不同的下落角度，防止部件堆疊在一起。靜止堆積的部件會將熱量集中在中心，導致內外部件的固化速率不同。旋轉滾筒消除了這種分層現象，而滾筒馬達（0.75 kW）則確保無論批次負載如何，都能保持穩定的轉速。

橡膠硫化爐操作溫度控制技巧

1. 根據批次品質設定PID參數。50公斤的物料在初始升溫階段比15公斤的物料吸收更多熱量。調整歐姆龍PID控制器上的比例帶和積分時間以補償熱容量差異。首先使用製造商的預設參數，然後根據裝載後的溫度恢復時間進行微調。
2. 裝料前，請將滾筒烤箱預熱至設定溫度。將橡膠零件放入尚未達到熱平衡的烘箱中會導致腔體溫度低於設定值。 PID 控制器會做出反應，但恢復時間取決於加熱器功率（XCJ-K600 為 10.5 kW）和冷件品質。控制器指示達到設定值後，請等待 15-20 分鐘使其穩定。
3. 監測裝載後的溫度恢復情形。固化循環中最冷的時刻出現在裝入新批次物料後的3-5分鐘。對於裝載15-20公斤物料的XCJ-K600，溫度下降不應超過10°C。如果溫度下降超過15°C，則應減少批次物料量或增加預熱時間。
4. 使用定時器功能可以實現穩定的循環控制。0-99.99 小時定時器帶有自動加熱器停止和聲音警報功能，確保每批產品固化時間一致。請勿依賴手動計時，因為操作人員的差異會引入不必要的製程偏差。
5. 每年對PID控制器進行校準。溫度感測器隨時間推移產生的漂移會影響控制器的精度。歐姆龍控制器的輸入應至少每年使用校準過的參考熱電偶進行驗證。如果在典型工作溫度下，讀數與參考值相差超過 2°C，則需要重新校準。
6. 每週檢查一次過溫保護系統。XCJ-K600 和 XCJ-K900 滾筒式烘箱的雙重過溫保護裝置包含獨立的高溫限位感測器，當主控制器發生故障時，這些感測器會關閉加熱器。測試此系統的方法是將高溫限位設定值提高到高於工作溫度，並確認加熱器斷開連接。

常用橡膠化合物推薦硫化爐溫度

溫度依據通用配方指南確定。實際參數應與配方供應商確認，並透過符合 ASTM D412 和 ASTM D395 標準的機械性能測試進行驗證。

橡膠硫化爐常見溫度控制問題

大多數溫度控制問題都可以透過定期監控 Delta 控制系統顯示器來發現，可提供即時運作狀態資訊。

如何選擇合適的橡膠硫化輥式烘箱

廈門興昌佳的XCJ-K600和XCJ-K900輥式烘箱提供兩種不同的處理容積，以滿足不同生產規模的需求。 XCJ-K600的烘箱容積為600公升，尺寸為1300毫米（寬）×1600毫米（高）×1100毫米（深），適用於中小批量生產。 XCJ-K900的烘箱容積為900公升，尺寸同樣為1300毫米（寬）×1600毫米（高）×1300毫米（深），專為大批量固化作業而設計。

兩款機型均採用相同的核心溫度控制系統－歐姆龍PID控制器、10.5 kW加熱器、3000 CBM/h循環風扇以及雙重過溫保護。內外均採用304不鏽鋼材質，壁厚1.5 mm，可有效防止多年腐蝕。可調溫度範圍從室溫到280°C，滿足NBR、EPDM、FKM、矽橡膠和HNBR等常見二次硫化需求。

結論：穩定的硫化溫度意味著穩定的橡膠質量

溫度控制是二次硫化過程中最重要的因素。採用PID控制、高效率熱風循環和八角形滾筒旋轉的橡膠輥式硫化爐，可提供均勻的加熱條件，確保每批次所有零件的交聯密度一致。歐姆龍PID控制器配備4-20 mA固態繼電器輸出，配合3000立方米/小時的空氣循環量和100毫米的絕緣層，可提供符合ISO 188和ASTM D573標準所需的溫度穩定性。

遵循系統的溫度管理程序（預熱、監測恢復、驗證均勻性、維護安全系統）的操作人員，可降低硫化橡膠性能的差異，提高生產率。