| AUTORS | DATUMS izveidots | VERSION | DOKUMENTA NUMURS |
|---|---|---|---|
| Dr Peter Marshall | 8 aprīlis 2016 | V1.1 | CC11 - 00101 |
Ievads
CCP Gransden vērsās pie Ceramicx, lai izveidotu infrasarkano krāsni, lai sildītu termoplastiskos oglekļa šķiedras prepreg materiālus to veidošanas darbībām. Šis pārbaudes darbs tika veikts kā daļa no funkcijām, kas noteiktas pārdošanas priekšlikumā (CSP 000 008). Pirmais posms ietver infrasarkanā sildītāja novērtēšanu un atlasi šim projektam ar paredzēto minimālo materiāla temperatūru 425 ° C.
Materiāla apraksts
Tika saņemti trīs divu materiālu paraugi 230 x 230 x 1mm gabalos. Šajos gadījumos matrica bija PEEK1 un PPS2. Mazāks PEKK paraugs3 tika saņemti arī izmēri 200 x 150 x 2mm. Materiāls bija stingrs, gluds ar spīdīgu, melnu apdari. Uz PEEK un PPS paraugu virsmas bija redzams neliels raksts.
PEEK un PPS paraugi tika sagriezti 115 x 115 mm gabalos. PEKK materiāls tika sagriezts 100 x 75mm gabalos.
Piegāde
Tika vērtētas divas atšķirīgas sildītāju saimes; halogēns (QH un QT) un melna doba keramika (FFEH). Katrā ziņā plāksnes tika uzstādītas virs un zem materiāla parauga ar regulējamu augstumu.
FastIR
Tika izgatavota montāžas sistēma, lai divus no Ceramicx FastIR 500 blokiem varētu uzstādīt virs un zem materiāla. FastIR 500 sastāv no septiņiem sildelementiem, kas paralēli uzstādīti 500 x 500 mm korpusā. Attālums starp šīm caurulēm ir 81mm. Tika izmantoti 1500W un 2000W “garie” (kopējais garums: 473mm) elementi, kas dod kopējo jaudu attiecīgi no abām 21 vai 28kW vienībām. Sildītāja vienības tika uzstādītas tā, lai attālums starp elementa virsmu un paraugu būtu mainīgs starp 55mm un 95mm.
Izmantotais eksperimentālais protokols bija šāds:
- Ventilatori ieslēgti
- Ieslēgti trīs centrālie sildelementi, augšā, tad apakšā
- Ārpus ieslēgtiem četriem sildelementiem augšā, tad apakšā
Parauga attēls starp abām FastIR vienībām ir parādīts 1 attēlā. Nekas netika izmantots, lai aizklātu plaisu starp abiem apkures mezgliem
Elementi
FastIR blokā var uzstādīt divu veidu elementus; kvarca halogēns un kvarca volframs. Šie elementi izstaro dažādus infrasarkanā starojuma viļņu garumus; halogēna pie aptuveni 1.0 - 1.2μm un volframa starp 1.6 - 1.9μm. Katras caurules diametrs ir 10mm, kopējais garums 473mm un apsildāmais garums 415mm.
Melna doba
Pielāgota sildīšanas plāksne tika izstrādāta, lai iekļautu Ceramicx 2W FFEH elementu matricu 7 x 800, katrai plātnei piešķirot jaudu 11.2kW. Šī matrica tika ievietota 510 x 510mm korpusā un uzstādīta tajā pašā rāmī kā iepriekš aprakstītā FastIR sistēma. Tika izmantots eksperimentālais protokols; tomēr ventilatori šajās plāksnēs nebija nodarbināti. Attālums starp šiem elementiem bija 65mm.
Tika izmantoti divi dažādi attālumi no elementa parauga - 50 un 100mm. Atkal atstarpe starp abiem siltummezgliem tika atstāta vaļā
Elementi
Ceramicx melni dobi elementi izstaro maksimālos viļņu garumus vidējā un garā režīmā (2 - 10μm). Katra elementa izmēri ir 245 x 60mm (lxw). Ar keramikas elementiem saistītie garāki viļņu garumi ir ļoti efektīvi daudzu polimēru materiālu sildīšanai.
Instrumentācija
K tipa termopāri tika piestiprināti parauga virsmai, izmantojot M3 skrūves. Keramikas cements tika izmēģināts, tomēr tas nav pielipis materiāla virsmai. Ņemot vērā vajadzīgo augsto temperatūru, neviena pieejamā līme nepaliks stabila, tāpēc tika uzskatīts, ka nepieciešama mehāniskā fiksācija. Termopāri atradās katra parauga centrā, kā arī 10mm (mala) un 30mm (ceturtdaļa) no malas, kā parādīts 2 attēlā. Tādējādi termopāri atradās tieši virs caurules elementiem un centrā starp elementiem tā, lai tiktu reģistrēta maksimālā temperatūras starpība. Temperatūras dati tika reģistrēti ar vienas sekundes intervālu.
Sviestmaižu pārbaude
Sviestmaižu testeris ir uzlabota materiāla termiskās reakcijas pārbaudes iekārta, kā parādīts 2 attēlā. Dažādus infrasarkano staru sildītāju veidus var uzstādīt divās pozīcijās, vertikāli uz augšu un uz leju. Tas nodrošina pārbaudītā materiāla sildīšanu no augšas un / vai apakšas. Pārbaudes materiāla augšējās un apakšējās virsmas temperatūras noteikšanai izmanto četrus bezkontakta optiskos pirometrus. Emitentiem ļauj sasilt līdz darba temperatūrai, un pēc tam materiālu uz noteiktu laiku novieto zem emitētāja (-iem). Šis tests tika veikts gan ar 1kW volframa (QTM), gan ar 800W melnajiem dobajiem elementiem (FFEH), kas uzstādīti 75mm virs parauga, lai noteiktu, kurš sildītājs vislabāk iekļūst caur materiālu.
rezultāti
FastIR
Šajā sadaļā ir sniegti rezultāti par volframa un halogēna caurulēm visiem trim attiecīgajiem materiāliem. Testi tika veikti ar trim dažādiem sildītāja augstumiem (55mm, 80mm & 95mm).
PEEK
Sākotnējie pētījumi tika veikti ar PEEK paraugu un diviem FastIR sildītājiem ar 1500W kvarca halogēna caurulēm, kas atdalītas ar 110mm. Šī testa rezultāti, kas parādīti 4 attēlā, norāda, ka paraugs nesasniedza vajadzīgo temperatūru.
Elementi tika mainīti uz 2000W īsviļņu halogēna (QHL) caurulēm, kas parādīja, ka vienā un tajā pašā atdalījumā paraugs vienā vietā sasniedza un pārsniedza nepieciešamo temperatūru. Šajā gadījumā reģistrētā maksimālā temperatūra bija 485 ° C, tomēr tika atklātas arī būtiskas temperatūras atšķirības (līdz 83 ° C). Laiks, kas vajadzīgs, lai sasniegtu mērķa temperatūru 425 ° C, bija 99 sekundes. Tas tika panākts tikai divās vietās
Trīs līmeņos tika pārbaudītas arī kvarca volframa (QTL) caurules (2000W), maksimālajai temperatūrai pazeminoties, palielinoties sildītāja attālumam. Pie 55mm tika atklāta maksimālā un minimālā temperatūra 520 ° C. Mērķa temperatūra visā materiāla paraugā tika sasniegta 206 sekundēs. Palielinot attālumu līdz 80mm, tie tika samazināti līdz 450 ° C un 415 ° C un pie 95mm virs parauga maksimālā un minimālā parauga temperatūra bija 407 un 393 ° C.
4 attēlā parādīta temperatūras variācija, kas var rasties visā paraugā sildītāju tiešā tuvumā paraugam, kā arī laiks, kas nepieciešams materiāla uzsildīšanai līdz 425 ° C (206 sekundes 2kW QT sildītājam).
Volframa caurules 150 ° W netika pārbaudītas, jo tika uzskatīts, ka ir svarīgāk palielināt sildītāja attālumu nekā samazināt izmantoto elementu jaudu.
Attēlā 5 parādīta parauga vizuālā atšķirība pirms un pēc sildīšanas.
PEKK
PEKK sildīja tikai ar 2000W volframa sildītājiem tikai 55mm. Materiāla siltumreakcija bija lieliska, reģistrējot temperatūru, kas pārsniedz 500 ° C. Minimālā noteiktā temperatūra tika sasniegta 102 sekundēs, maksimālajai reģistrētajai temperatūrai pārsniedzot 500 ° C.
Bija pamanāms, ka šim paraugam šķietami bija šķelšanās un slāņainība malās, kā arī daži virsmas kropļojumi pēc karsēšanas, kā parādīts 7 attēlā, iespējams, mitruma uzsūkšanās uzglabāšanas laikā un strauja karsēšana.
PPS
PPS materiāls tika pārbaudīts ar 2000W halogēna un volframa sildītājiem. Halogēna pārbaude tika veikta ar 55mm atdalīšanu un volframa testi ar 55mm un 95mm.
Dati atkal parādīja, ka volframa caurule bija labāks šī materiāla sildītājs (nekā halogēna sildītājs) ar augstāku temperatūru, kas reģistrēta 55mm atdalīšanas laikā, kā arī ar lielāku temperatūras vienmērīgumu visā paraugā. Halogeniem sildītājiem tika reģistrēta 38 ° C un volframa sildītājiem 30 ° C. Šīs reģistrētās izmaiņas ļoti ietekmē termopāra atrašanās vieta attiecībā pret mēģenēm. Identiskas termopāra atrašanās vietas netiek garantētas.
Pārbaudes ar PPS tika pārtrauktas drīz pēc tam, kad materiāls sasniedza vajadzīgo temperatūru 425 ° C, jo no paraugiem izdalījās sēra smaržojoši izgarojumi.
55mm attālumā mērķa temperatūra tika reģistrēta pēc 66 un 88 sekundēm halogēna un volframa sildītājiem attiecīgi 55mm. Kad volframa sildītāji tika uzstādīti 95mm attālumā no parauga, mērķa temperatūra netika sasniegta.
Melna doba
Sākotnējie testi tika veikti ar 50mm elementa un materiāla atdalīšanu. Visiem materiāliem temperatūras paaugstināšanās bija ļoti strauja. Sākot ar aukstu palaišanu, dobie elementi uzkarst līdz pastāvīgam darbības līmenim (virsmas temperatūra aptuveni 10 ° C) apmēram 12-700 minūtes. Materiāla temperatūras paaugstināšanās bija visumā līdzīga sildītāja apkures līknei, tomēr šajā laikā bija laika nobīde.
PEEK
Laika grafiks, kas nepieciešams PEEK parauga sasildīšanai, lai sasniegtu nepieciešamo apstrādes temperatūru, ir parādīts zemāk 9 attēlā. Tas parāda, ka sildīšanas laiks līdz 425 ° C ir aptuveni 185 sekundes no brīža, kad sildītāji tiek ieslēgti pie 50mm. Ja attālums tiek palielināts līdz 100mm, laiks tiek palielināts līdz 230 sekundēm. Paraugu karsēšanas laikā atstāja starp divām plāksnēm un noņem dzesēšanai.
PEKK
Laiks, kas vajadzīgs, lai PEKK sasniegtu minimālo slieksni, bija nedaudz ilgāks nekā PEEK. Tam ir divi iespējamie iemesli: 1.) Materiāls neuzsūc infrasarkano starojumu, kā arī PEEK un 2.) Materiāla biezums ir divreiz lielāks (attiecīgi 1 un 2mm). Laiks, kas vajadzīgs, lai sasniegtu 425 ° C pie 50mm, bija 181 sekundes, un pie 100mm tas palielinājās līdz 244 sekundēm
PPS
PPS ļoti veiksmīgi uzsilda ar melnajiem dobajiem elementiem, kuru 425 ° C reģistrē attiecīgi 171 sekundēs un 219 sekundēs attiecīgi 50 un 100mm. Šī materiāla sildīšanas līkne ir parādīta 11 attēlā. Atkal izdalījās sēra smakojoši dūmi, tomēr to daudzums nebija tik liels kā halogēna sildītājiem, kā aprakstīts iepriekš. Daļēji tas var būt saistīts ar ventilatoru neesamību sildīšanas plāksnes aizmugurē.
To laiku kopsavilkums, kas nepieciešami materiālu sasildīšanai ar halogēna, volframa un dobajiem keramikas elementiem līdz mērķa temperatūrai, parādīts zemāk 1 tabulā. Tā kā halogēna elementu montāža lielākos attālumos nekā 55mm nebija universāli veiksmīga, šie rezultāti tabulā tika izlaisti.
|
materiāls |
Sildītāja tips (jauda)
|
Attālums | Laiks sasniegt 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 |
Sviestmaižu pārbaude
Lai iegūtu informāciju par siltuma pārnesi caur materiālu, tika veikta sviestmaižu pārbaude. To izdarīja, karsējot paraugu no vienas puses, izmērot temperatūru abās pusēs un salīdzinot rezultātus. Tika pārbaudītas tikai volframa caurules un melni dobi elementi, jo, balstoties uz FastIR rezultātiem, īsviļņu halogēna caurules nav piemēroti sildītāji attiecīgajiem materiāliem.
Rezultāti par QTM elementiem rāda, ka PEEK un PPS materiāliem nav būtiskas temperatūras atšķirības starp augšējo un apakšējo virsmu, tomēr PPS uzkarst ātrāk un šī materiāla līknes praktiski neatšķiras. Jāatzīmē, ka šie divi materiāli ir ļoti plāni (≈ 1mm). Kā gaidīts, PEKK temperatūras starpība bija lielāka (75 ± 2oC), pateicoties tā biezumam (≈ 2mm). Šie rezultāti ir parādīti 12 attēlā zemāk.
Darbības apsvērumu dēļ pārbaude tiek pārtraukta, kad pirometri nosaka 300 ° C temperatūru. Testa pirmajās 30 sekundēs redzētā virsotne ir atstarošanās un nav patiesa temperatūras nolasīšana.
Šie rezultāti parāda, ka PEEK un PPS, izmantojot volframa tipa sildītāju, ir iespējama laba IR iekļūšana materiālā. Tomēr PEKK temperatūras izlīdzināšana nav tik laba, ko pierāda gandrīz 75 ° C temperatūras atšķirība testa18 pēdējās 4 sekundēs.
Materiāla paraugus nebija iespējams pārvietot tuvāk sildītājam, lai analizētu, kāda būs šī ietekme, jo akūtais leņķis, kas vajadzīgs, lai pirometrs redzētu materiālu, kropļotu nolasījumu.
Paraugu karsēšana ar melniem dobajiem elementiem tajā pašā attālumā (75mm) parāda līdzīgu tendenci ar lielāku temperatūras starpību (45 ± 2 ° C), kas tiek novērota biezākam PEKK materiālam (salīdzinot ar plānākiem materiāliem). PEEK augšējās un apakšējās virsmas temperatūra praktiski neatšķiras; tomēr pastāv atšķirība PPS temperatūrā (25 ± 2 ° C). Šie dati ir parādīti 13 attēlā. Tas norāda, ka PPS IS iespiešanās ar garāku viļņu garumu nav tik laba kā ar īsāku volframa IR, tomēr PEKK temperatūras izlīdzināšana ir labāka (bet ne ideāla).
Atdalot 75mm, augstākās temperatūras un sildīšanas pakāpes tiek iegūtas, izmantojot volframa sildītāju, kas, šķiet, ir pretrunā ar iepriekšējiem kopēšanas rezultātiem. Tomēr to nevajadzētu izmantot kā norādi, jo tika izmantots tikai viens sildītājs. Turklāt šīs īpašības tiks uzlabotas, izmantojot sildītāju masīvu, nevis vienu sildītāju.
Secinājumi
- Iepriekš veiktie un detalizētie testi rāda, ka trīs termoplastisko oglekļa kompozītmateriālu uzsildīšana līdz minimumam 425 ° C ir iespējama gan ar vidēja viļņa halogēna, gan ar melniem dobajiem elementiem.
- Augstāku maksimālo temperatūru var sasniegt, izmantojot Ceramicx 800W melno dobu elementu (FFEH).
- Laiks, kas nepieciešams PEEK uzsildīšanai līdz 425 ° C, bija 206 sekundes 2kW volframa cauruļu sildītājiem pie 55mm un 230 sekundes FFEH elementiem pie 100mm.
- Laiks, kas nepieciešams, lai sildītu PEKK līdz 425 ° C, bija 102 sekundes 2kW volframa cauruļu sildītājiem pie 55mm un 244 sekundes FFEH elementiem pie 100mm.
- Laiks, kas nepieciešams PPS uzsildīšanai līdz 425 ° C, bija 88 sekundes 2kW volframa cauruļu sildītājiem pie 55mm un 219 sekundes FFEH elementiem pie 100mm.
- Maksimālā temperatūra, sasniedzamā materiāla sildīšanas pakāpe un virsmas temperatūras vienmērība ir spēcīga attāluma, kurā sildītāji tiek uzstādīti no materiāla, funkcija.
- Ar vidēja viļņa halogēnu (volframu) tika panākta lieliska PPS un PEEK temperatūras izlīdzināšana caur materiāla biezumu. Temperatūras izlīdzināšana, kas panākta ar PEKK, nebija tik laba kā citiem materiāliem.
- Lieliska IR iespiešanās un temperatūras izlīdzināšana tika novērota PEEK, izmantojot melnus dobos elementus. Šis īpašums nebija tik labs kā PEKK un PPS.
Balstoties uz iepriekšminētajiem testa datiem un ciešu elementu un materiālu atdalīšanu, kas nepieciešama, lai sasniegtu temperatūru, kas nepieciešama, lai veidotu attiecīgos materiālus, šķiet, ka labākais infrasarkano staru izstarotājs ir Ceramicx 800W melns, pilnībā plakans dobs elements. Lai gan vajadzīgās temperatūras sasniegšanas laiks ir nedaudz ilgāks par volframa sildītājiem, tuvāk izmantotajiem elementiem tiks panākta labāka virsmas temperatūras vienveidība. Turklāt keramikas elementi tika iedarbināti no istabas temperatūras un vajadzēja aptuveni 12 minūtes, lai sasniegtu darbības līmeni. Tāpēc šo laiku varētu ievērojami saīsināt, iepriekš sildot elementus.
Jāatzīmē arī, ka šo rezultātu pamatā ir paraugi, kas bija pieejami testēšanai (ti, 1mm un 2mm biezumā). Biezāku detaļu karsēšanai var būt vajadzīgas ievērojamas apkures tehnoloģijas izmaiņas, lai pārliecinātos, ka visā materiāla biezumā temperatūras profils ir vienmērīgs un piemērots turpmākām formēšanas darbībām.
1 Poliētera ētera ketons
2 Polifenilēnsulfīds
3 Poliēterketoneketons
4 Vidējā starpība starp augšējo un apakšējo virsmu, kas ņemta testa pēdējās 18 sekundēs.
Atbildības noraidīšana
Šie testa rezultāti ir rūpīgi jāapsver, pirms tiek noteikts noteiktu infrasarkano staru izstarotāju tips.
Atkārtotos testos, ko veikuši citi uzņēmumi, var nebūt tādu pašu secinājumu. Atšķirības eksperimentālajos apstākļos var mainīt rezultātus. Pie citiem kļūdu avotiem pieder: izmantotā emitētāja marka, emitētāja efektivitāte, pievadītā jauda, attālums no pārbaudītā materiāla līdz izmantotajam emitētājam un vide. Vietas, kurās mēra temperatūru, var izraisīt arī rezultātu atšķirības.
