Įvertinti termoplastiniai prepreg infraraudonųjų spindulių šildymo elementai

AUTORIUS	SUKŪRIMO DATA	VERSIJA	DOKUMENTO NUMERIS
Peteris Maršalas	8 balandis 2016	V1.1	CC11 - 00101

Įvadas

CCP Gransden kreipėsi į „Ceramicx“, kad pastatytų infraraudonųjų spindulių krosnį, kad būtų galima šildyti termoplastines anglies pluošto preprego medžiagas jų formavimo operacijoms. Šis bandymo darbas buvo atliktas kaip dalis funkcijų, apibrėžtų pardavimo pasiūlyme (CSP 000 008). Pirmame etape atliekamas infraraudonųjų spindulių šildytuvo įvertinimas ir atranka šiam projektui, numatoma minimali medžiagos temperatūra yra 425 ° C.

Produkto aprašymas

Gauti trys dviejų medžiagų pavyzdžiai 230 x 230 x 1mm gabalėliais. Šiais atvejais matrica buvo PEEK¹ ir PPS². Mažesnis PEKK pavyzdys³ taip pat buvo gauta 200 x 150 x 2mm matmenų. Medžiaga buvo tvirta, lygi ir blizgančiai juoda. PEEK ir PPS mėginių paviršiuje buvo matomas nedidelis raštas.

PEEK ir PPS mėginiai buvo supjaustyti 115 x 115 mm gabalėliais. PEKK medžiaga buvo supjaustyta 100 x 75mm gabalėliais.

Siuntimas

Įvertintos dvi skirtingos šildytuvų šeimos; halogenas (QH ir QT) ir juodoji tuščiavidurė keramika (FFEH). Kiekvienu atveju plokštelės buvo sumontuotos virš ir po medžiagos pavyzdžiu su reguliuojamu aukščiu.

„FastIR“

Buvo pagaminta tvirtinimo sistema, leidžianti du „Ceramicx“ „FastIR 500“ įrenginius montuoti virš ir po medžiaga. „FastIR 500“ sudaro septyni kaitinimo elementai, lygiagrečiai sumontuoti 500 x 500 mm dėkle. Tarpai tarp šių vamzdžių yra 81mm. Buvo naudojami 1500W ir 2000W „ilgi“ (bendras ilgis: 473mm) elementai, gaunantys bendrą išvestį iš dviejų 21 arba 28kW blokų. Šildytuvo blokai buvo sumontuoti taip, kad atstumas tarp elemento paviršiaus ir mėginio buvo skirtingas tarp 55mm ir 95mm.

Buvo naudojamas toks eksperimentinis protokolas:

• Ventiliatoriai įjungti
• Įjungti trys centriniai šildymo elementai, viršuje, tada apačioje
• Lauko išorėje įjungti keturi kaitinimo elementai, viršuje, tada apačioje

Mėginio vaizdas tarp dviejų „FastIR“ įrenginių parodytas 1 paveiksle. Niekas nebuvo naudojamas uždengti tarpą tarp dviejų šildymo mazgų

Elementai

Dviejų tipų elementai gali būti montuojami „FastIR“ bloke; kvarco halogenas ir kvarco volframas. Šie elementai skleidžia skirtingus infraraudonųjų spindulių bangos ilgius; halogenas maždaug 1.0 - 1.2μm, o volframas tarp 1.6 - 1.9μm. Kiekvieno vamzdelio skersmuo yra 10mm, bendras ilgis - 473mm, o šildomas - 415mm.

Juodoji tuščiavidurė

Individualizuota šildymo plokštelė buvo suprojektuota taip, kad būtų įtraukta „Ceramicx“ 2W FFEH elementų 7 x 800 matrica, kiekvienai plokštelei suteikiant galios 11.2kW. Ši matrica buvo uždaryta 510 x 510mm dėkle ir pritvirtinta tame pačiame rėmelyje kaip ir aukščiau aprašyta „FastIR“ sistema. Buvo naudojamas eksperimentinis protokolas; tačiau ventiliatoriai nebuvo įdarbinti šiose plokštelėse. Atstumas tarp šių elementų buvo 65mm.

Buvo naudojami du skirtingi elementų pavyzdžių atstumai: 50 ir 100mm. Vėl liko tarpas tarp dviejų šildymo mazgų

Elementai

Keraminiai juodi tuščiaviduriai elementai skleidžia didžiausius bangos ilgius vidutinio ir ilgojo režimo metu (2 - 10μm). Kiekvieno elemento matmenys yra 245 x 60mm (lxw). Ilgesni bangų ilgiai, susiję su keramikos elementais, yra labai veiksmingi kaitinant daugelį polimerinių medžiagų.

Instrumentarijus

K tipo termoelementai buvo pritvirtinti prie mėginio paviršiaus M3 varžtais. Keraminis cementas buvo bandomas, tačiau tai neprilipo prie medžiagos paviršiaus. Atsižvelgiant į aukštą reikalingą temperatūrą, jokie turimi klijai neišliktų stabilūs, todėl buvo manoma, kad būtina juos mechaniškai pritvirtinti. Termoelementai buvo išdėstyti kiekvieno bandinio centre, taip pat 10mm (kraštas) ir 30mm (ketvirtis) nuo krašto, kaip parodyta 2 paveiksle. Tai padėjo termoelementus tiesiai virš vamzdžio elementų ir centre tarp elementų, kad būtų užfiksuotas didžiausias temperatūros skirtumas. Temperatūros duomenys buvo registruojami vienos sekundės intervalais.

Sumuštinių testavimas

Sumuštinių testeris yra pažangi medžiagų šiluminės reakcijos bandymo mašina, kaip parodyta 2 paveiksle. Įvairių tipų infraraudonųjų spindulių šildytuvus galima montuoti dviejose vietose vertikaliai aukštyn ir žemyn. Tai užtikrina, kad išbandytą medžiagą galima šildyti iš viršaus ir (arba) iš apačios. Bandomosios medžiagos viršutinio ir apatinio paviršiaus temperatūrai nustatyti naudojami keturi bekontakčiai optiniai pirometrai. Spinduoliams leidžiama sušilti iki darbinės temperatūros, o tada medžiaga iš anksto nustatytam laikotarpiui patenka į spinduolį (-ius). Šis bandymas buvo atliktas naudojant 1kW volframą (QTM) ir 800W juodus tuščiavidurius elementus (FFEH), pritvirtintus 75mm virš mėginio, siekiant nustatyti, kuris šildytuvas geriausiai prasiskverbė per medžiagą.

rezultatai

„FastIR“

Šiame skyriuje pateikiami volframo ir halogeno mėgintuvėlių trijų aptariamų medžiagų rezultatai. Bandymai buvo atlikti su trimis skirtingais šildytuvo aukščiais (55 mm, 80 mm ir 95 mm).

PEEK

Pradiniai tyrimai buvo atlikti naudojant PEEK mėginį ir du „FastIR“ šildytuvus su 1500W kvarco halogeno vamzdeliais, atskirtus 110mm. Šio bandymo rezultatai, parodyti 4 paveiksle, rodo, kad mėginys nepasiekė reikiamos temperatūros.

Elementai buvo pakeisti į 2000W trumpųjų bangų halogeninius (QHL) vamzdelius, kurie parodė, kad tuo pačiu atskyrimu mėginys pasiekė ir viršijo reikiamą temperatūrą vienoje vietoje. Šiuo atveju didžiausia užfiksuota temperatūra buvo 485 ° C, tačiau taip pat buvo nustatyti reikšmingi temperatūrų skirtumai (iki 83 ° C). Laikas, reikalingas pasiekti tikslinę 425 ° C temperatūrą, buvo 99 sekundės. Tai buvo pasiekta tik dviejose vietose

Kvarciniai volframo (QTL) vamzdeliai (2000W) taip pat buvo tiriami trimis lygiais, o maksimali temperatūra nukrito didėjant šildytuvo atstumui. Esant 55mm, buvo nustatyta maksimali ir mažiausia 520 ° C temperatūra. Medžiagos mėginio tikslinė temperatūra buvo pasiekta per 206 sekundes. Padidinus atstumą iki 80mm, jie buvo sumažinti iki 450 ° C ir 415 ° C, o esant 95 mm aukščiau mėginio, maksimali ir mažiausia mėginio temperatūra buvo 407 ir 393 ° C.

4 paveiksle parodytas temperatūros pokytis, kuris gali atsirasti visame mėginyje dėl to, kad šildytuvai yra arti mėginio, taip pat laikas, reikalingas medžiagai pašildyti iki 425 ° C (206 sekundės, kai šildytuvas 2kW QT).
Volframo vamzdžiai 150 ° W nebuvo išbandyti, nes manoma, kad svarbiau padidinti šildytuvo atstumą nei sumažinti naudojamų elementų galią.

5 paveiksle parodytas vizualus mėginio skirtumas prieš kaitinimą ir po jo.

PEKK

PEKK buvo šildomas tik 2000W volframiniais šildytuvais tik 55mm. Medžiagos šiluminis atsakas buvo puikus, kai buvo užfiksuota aukštesnė nei 500 ° C temperatūra. Mažiausia nustatyta temperatūra buvo pasiekta per 102 sekundes, o užfiksuota maksimali temperatūra viršijo 500 ° C.

Pastebėta, kad atrodytų, kad šis mėginys šiek tiek suskaido ir nušlifuoja kraštus, taip pat kai kurie paviršiaus iškraipymai po kaitinimo, kaip parodyta 7 pav., Galbūt dėl ​​drėgmės absorbcijos laikymo metu ir dėl greito įkaitimo.

PPS

PPS medžiaga buvo patikrinta naudojant 2000W halogeninius ir volframinius šildytuvus. Halogeno bandymas buvo atliktas atskyrus 55mm, o volframo bandymai - 55mm ir 95mm.
Duomenys dar kartą parodė, kad volframo vamzdis buvo geresnis šios medžiagos šildytuvas (nei halogeninis šildytuvas), o aukštesnė temperatūra buvo užfiksuota 55mm atskyrimo metu ir taip pat didesnis temperatūros vienodumas visame mėginyje. Buvo užfiksuotas 38 ° C pokytis halogeniniams šildytuvams, o 30 ° C - volframo šildytuvams. Šiam užfiksuotam kitimui didelę įtaką turės termoelemento vieta vamzdžių atžvilgiu. Identiškos termoporos vietos negarantuojamos.

Bandymai su PPS buvo nutraukti netrukus po to, kai medžiaga pasiekė reikiamą 425 ° C temperatūrą, nes iš mėginių išsiskyrė sieros kvapo dūmai.
55mm atstumu, halogeno ir volframo šildytuvų tikslinė temperatūra buvo užregistruota atitinkamai po 66 ir 88 sekundžių ties 55mm. Kai volframo šildytuvai buvo sumontuoti 95mm atstumu nuo mėginio, tikslinė temperatūra nebuvo pasiekta.

Juodoji tuščiavidurė

Pradiniai bandymai buvo atlikti 50mm atskyrus elementą nuo medžiagos. Visoms medžiagoms labai greitai pakilo temperatūra. Nuo šalto pradžios tuščiaviduriai elementai įšyla maždaug per 10-12 minutes, kol įkaista iki pastovaus eksploatavimo lygio (paviršiaus temperatūra maždaug 700 ° C). Medžiagos temperatūros padidėjimas iš esmės buvo panašus į šildytuvo šildymo kreivę, tačiau šioje srityje buvo vėlavimo.

PEEK

Laikas, per kurį reikia pakaitinti PEEK mėginį iki reikiamos apdorojimo temperatūros, parodytas žemiau 9 paveiksle. Tai rodo, kad kaitinimo laikas iki 425 ° C yra maždaug 185 sekundės nuo tada, kai šildytuvai įjungiami ties 50mm. Jei atstumas padidinamas iki 100mm, laikas padidinamas iki 230 sekundžių. Mėginys buvo paliktas tarp dviejų plokštelių kaitinant ir išimamas aušinimui.

PEKK

Laikas, per kurį PEKK pasiekė mažiausią ribą, buvo šiek tiek ilgesnis nei PEEK. Tam yra dvi galimos priežastys: 1.) Medžiaga nesugeria infraraudonosios spinduliuotės, taip pat PEEK ir 2.) Medžiagos storis yra dvigubai didesnis (atitinkamai 1 ir 2mm). Laikas, reikalingas pasiekti 425 ° C, esant 50mm, buvo 181 sekundės, o 100mm jis padidėjo iki 244 sekundžių

PPS

PPS labai sėkmingai kaitinamas juodų tuščiavidurių elementų pagalba, kai 425 ° C užrašoma per 171 sekundes ir 219 sekundes per 50 ir 100mm. Šios medžiagos šildymo kreivė parodyta 11 paveiksle. Vėlgi, išsiskyrė sieros kvapo dūmai, tačiau jų nebuvo tiek daug, kiek aukščiau aprašytuose halogeniniuose šildytuvuose. Iš dalies taip gali būti dėl to, kad šildymo plokštės gale nėra ventiliatorių.

Laikų, reikalingų medžiagoms pašildyti halogeniniais, volframiniais ir tuščiaviduriais keramikos elementais, iki suvestinės temperatūros, suvestinė parodyta žemiau 1 lentelėje. Kadangi halogeninių elementų montavimas didesniais atstumais nei 55mm nebuvo visuotinai sėkmingas, šie rezultatai buvo neįtraukti į lentelę.

Medžiaga	Šildytuvo tipas (galia)	Atstumas	Laikas pasiekti 425 ° C
PEEK	QHL (2kW)	55mm	99
	QTL (2kW)	55mm	206
	„FFEH“ (800W)	50mm	185
	„FFEH“ (800W)	100mm	230
PEKK	QTL (2kW)	55mm	102
	„FFEH“ (800W)	50mm	181
	„FFEH“ (800W)	100mm	244
PPS	QHL (2kW)	55mm	66
	QTL (2kW)	55mm	88
	„FFEH“ (800W)	50mm	171
	„FFEH“ (800W)	100mm	219

Sumuštinių testavimas

Sumuštinių bandymai buvo atlikti siekiant gauti informacijos apie šilumos perdavimą per medžiagą. Tai buvo padaryta kaitinant bandinį iš vienos pusės, matuojant temperatūrą iš abiejų pusių ir palyginant rezultatus. Buvo ištirti tik volframo vamzdžiai ir juodi tuščiaviduriai elementai, nes remiantis „FastIR“ rezultatais, trumpųjų bangų halogeniniai vamzdžiai nėra tinkami šildytuvai aptariamoms medžiagoms.

QTM elementų rezultatai rodo, kad PEEK ir PPS medžiagose nėra didelio skirtumo tarp viršutinio ir apatinio paviršiaus, tačiau PPS įkaista greičiau ir šios medžiagos kreivės praktiškai nesiskiria. Reikia pažymėti, kad šios dvi medžiagos yra labai plonos (≈ 1mm). Kaip ir tikėtasi, PEKK temperatūros skirtumas buvo didesnis (75 ± 2oC) dėl jo storio (≈ 2mm). Šie rezultatai parodyti 12 paveiksle žemiau.

Dėl eksploatavimo priežasčių bandymas nutraukiamas, kai pirometrai nustato 300 ° C temperatūrą. Didžiausia pirmosiomis 30 bandymo sekundėmis matyta smailė atspindi atspindį ir nėra tikras temperatūros rodmuo.

Šie rezultatai rodo, kad PEEK ir PPS, naudojant volframo tipo šildytuvus, gali gerai įsiskverbti į medžiagą. Tačiau PEKK temperatūros išlyginimas nėra toks geras, tai rodo beveik 75 ° C temperatūros skirtumas per paskutines test18 4 sekundes.

Medžiagos pavyzdžių nebuvo galima perkelti arčiau šildytuvo, kad būtų galima išanalizuoti, kokį tai turės, nes ūmus kampas, reikalingas, kad pirometras pamatytų medžiagą, iškraipytų rodmenis.

Mėginių kaitinimas juodais tuščiaviduriais elementais tuo pačiu atstumu (75mm) rodo panašią tendenciją, kai storesnėje PEKK medžiagoje (palyginti su plonesnėmis medžiagomis) stebimas didesnis temperatūrų skirtumas (45 ± 2 ° C). PEEK viršutinio ir apatinio paviršiaus temperatūros beveik nesiskiria; tačiau PPS temperatūra skiriasi (25 ± 2 ° C). Šie duomenys parodyti 13 paveiksle. Tai rodo, kad PPS, sklindant ilgesnio bangos ilgio spinduliuote, IR skverbtis nėra tokia gera kaip trumpesnio volframo IR, tačiau PEKK temperatūros išlyginimas yra geresnis (bet ne idealus).

Atskyrus 75mm, aukščiausia temperatūra ir kaitinimo greitis yra gaunami naudojant volframo šildytuvą, kuris, atrodo, prieštarauja ankstesniems plokštės rezultatams. Tačiau tai neturėtų būti naudojama kaip vadovas, nes buvo naudojamas tik vienas šildytuvas. Be to, šios savybės bus pagerintos naudojant šildytuvų rinkinį, o ne vieną šildytuvą.

Išvada

• Atlikti ir išsamiau aprašyti bandymai rodo, kad tris termoplastines anglies kompozicines medžiagas galima pašildyti iki mažiausiai 425 ° C, naudojant tiek vidutinio bangos halogeną, tiek juodus tuščiavidurius elementus.
• Aukštesnę maksimalią temperatūrą galima pasiekti naudojant „Ceramicx 800W“ juodąjį tuščiavidurį elementą (FFEH).
• Laikas, reikalingas PEEK kaitinimui iki 425 ° C, buvo 206 sekundės 2kW volframo vamzdžių šildytuvams esant 55mm, o 230 sekundės - FFEH elementams, esant 100 mm.
• Laikas, reikalingas PEKK pašildymui iki 425 ° C, buvo 102 sekundės 2kW volframo vamzdžių šildytuvams esant 55mm, o 244 sekundės - FFEH elementams esant 100 mm.
• Laikas, reikalingas PPS pašildyti iki 425 ° C, buvo 88 sekundės 2kW volframo vamzdžių šildytuvams esant 55mm, o 219 sekundės - FFEH elementams esant 100 mm.
• Maksimali temperatūra, pasiekiami medžiagų kaitinimo greičiai ir paviršiaus temperatūros vienodumas yra stipri atstumo, kuriuo šildytuvai montuojami nuo medžiagos, funkcija.
• Vidutinio bangos halogenu (volframu) buvo pasiektas puikus IR įsiskverbimas, todėl PPS ir PEEK per visą medžiagos storį išlyginta temperatūra. Temperatūros išlyginimas, pasiektas naudojant PEKK, nebuvo toks geras kaip kitų medžiagų.
• Puikus IR skverbimasis ir temperatūros išlyginimas buvo matomas naudojant PEEK, naudojant juodus tuščiavidurius elementus. Ši savybė nebuvo tokia gera, kaip PEKK ir PPS.

Remiantis aukščiau pateiktais bandymų duomenimis ir glaudžiais elementų ir medžiagų atskyrimais, kurių reikia norint pasiekti reikiamą temperatūrą, reikalingą atitinkamoms medžiagoms formuoti, atrodo, kad geriausias infraraudonųjų spindulių skleidėjas yra „Ceramicx 800W“ juodas, visiškai plokščias tuščiaviduris elementas. Nors reikiamos temperatūros pasiekimo laikas yra šiek tiek ilgesnis nei volframo šildytuvų, tuo artimesnis elementų artumas užtikrins geresnį paviršiaus temperatūros vienodumą. Be to, keramikos elementai buvo paleidžiami nuo kambario temperatūros ir reikėjo maždaug 12 min., Kad pasiektų eksploatavimo lygį. Todėl šį laiką galima žymiai sutrumpinti iš anksto pašildžius elementus.

Taip pat reikėtų pažymėti, kad šie rezultatai yra pagrįsti mėginiais, kurie buvo pateikti bandymams (ty 1mm ir 2mm storio). Šiltinant storesnes dalis, gali reikėti ištirti didelius šildymo technologijos pokyčius, kad būtų užtikrintas vienodas ir tinkamas vėlesnėms formavimo operacijoms temperatūros profilis visame medžiagos storyje.

¹ Polieterio eterio ketonas
² Polifenileno sulfidas
³ Polietiterketoneketonas
⁴ Vidutinis viršutinio ir apatinio paviršiaus skirtumas, paimtas per paskutines 18 bandymo sekundes.

---

Atsakomybės neigimas

Šie bandymo rezultatai turėtų būti atidžiai apsvarstyti prieš nusprendžiant naudoti tam tikro tipo infraraudonųjų spindulių spinduliuotę.
Pakartotiniai testai, atlikti kitose įmonėse, gali nepateikti tų pačių išvadų. Tyrimo sąlygų skirtumai gali pakeisti rezultatus. Kiti klaidų šaltiniai yra: naudojamo emiterio prekės ženklas, emiterio efektyvumas, tiekiama energija, atstumas nuo bandytos medžiagos iki naudojamo emiterio ir aplinka. Vietos, kuriose matuojama temperatūra, taip pat gali lemti rezultatų skirtumus.