| АУТОР | ДАТИЈА СТВАРАНА | ВЕРЗИЈА | БРОЈ ДОКУМЕНТА |
|---|---|---|---|
| Др Петер Марсхалл | КСНУМКС април КСНУМКС | ВКСНУМКС | ЦЦКСНУМКС - КСНУМКС |
увод
ЦЦП Грансден се обратио компанији Церамицк да изгради инфрацрвену рерну за загревање термопластичних материјала од препрега од угљеничних влакана за њихово обликовање. Овај рад на испитивању изведен је као део функција дефинисаних у продајном предлогу (ЦСП 000 008). Прва фаза укључује процену и избор инфрацрвеног грејача за овај пројекат, са предвиђеном минималном температуром материјала од 425 ° Ц.
Материјални опис
Три узорка два материјала су примљена у комадима 230 к 230 к 1 мм. У овим случајевима матрица је била ПЕЕК1 и ППС2. Мањи узорак ПЕКК3 примљене су и димензије 200 к 150 к 2мм. Материјал је био крут, гладак са сјајном црном завршном обрадом. Мали узорак је био видљив на површини на површини узорака ПЕЕК и ППС.
Узорци ПЕЕК и ППС су исечени на комаде од 115 к 115 мм. Материјал ПЕКК је исечен на комаде од 100 к 75 мм.
Метод
Оцењене су две различите породице грејача; халоген (КХ и КТ) и црна шупља керамика (ФФЕХ). У сваком случају, плоче су монтиране изнад и испод узорка материјала са подесивом висином.
ФастИР
Израђен је систем за монтирање који омогућава да се две Церамицкове ФастИР 500 јединице монтирају изнад и испод материјала. ФастИР 500 се састоји од седам грејних елемената постављених паралелно у кућиште од 500 к 500 мм. Размак између ових цеви је 81 мм. Коришћени су елементи „дуги“ од 1500 В и 2000 В (укупне дужине: 473 мм) који дају укупну снагу из две јединице од 21, односно 28 кВ. Јединице гријача су монтиране тако да је растојање између површине елемента и узорка варирало између 55 мм и 95 мм.
Коришћени експериментални протокол је следећи:
- Навијачи су се укључили
- Три централна грејна елемента су укључена, одозго па одоздо
- Споља су укључена четири грејна елемента, одозго па одоздо
Слика узорка између две ФастИР јединице приказана је на слици 1. Ништа није коришћено за затварање празнине између две грејне јединице
Елементи
У ФастИР јединицу могу се монтирати две врсте елемената; кварцни халоген и кварцни волфрам. Ови елементи емитују различите вршне инфрацрвене таласне дужине; халоген на приближно 1.0 - 1.2 μм и волфрам између 1.6 - 1.9 μм. Свака цев има пречник од 10 мм, укупну дужину од 473 мм и грејану дужину од 415 мм.
Црна шупљина
Прилагођени котао за грејање дизајниран је да укључи матрицу од 2 к 7 Церамицкових 800В ФФЕХ елемената, дајући сваком ваљку 11.2кВ снаге. Ова матрица је била затворена у кућиште 510 к 510 мм и постављена у исти оквир као и ФастИР систем детаљно описан горе. Коришћен је експериментални протокол; међутим, навијачи нису били запослени на овим плочама. Растојање између ових елемената било је 65 мм.
Коришћене су две различите удаљености од узорка елемента, 50 и 100 мм. Опет, јаз између две грејне јединице остао је отворен
Елементи
Црни шупљи елементи Церамицк емитују вршне таласне дужине у средње до дугом режиму (2 - 10 μм). Сваки елемент има димензије 245 к 60 мм (лкв). Веће таласне дужине повезане са керамичким елементима врло су ефикасне за загревање многих полимерних материјала.
инструментација
Термопарови типа К причвршћени су на површину узорка помоћу вијака М3. Испитан је керамички цемент, међутим он се није лепио на површину материјала. С обзиром на потребне високе температуре, ниједно расположиво лепило не би остало стабилно, па се сматрало неопходним механичко учвршћивање. Термопарови су били смештени у средишту сваког узорка, а такође су удаљени 10 мм (ивица) и 30 мм (четвртина) од ивице, као што је приказано на слици 2. Ово је смештало термопарове директно преко елемената цеви и у средиште између елемената тако да максимални забележила би се разлика у температури. Подаци о температури бележени су у интервалима од једне секунде.
Сендвич тестирање
Испитивач сендвича је напредна машина за испитивање термичког одзива материјала као што је приказано на слици 2. Различити типови инфрацрвених грејача могу се монтирати у два положаја, окренути вертикално горе и доле. Ово осигурава да се тестирани материјал може загрејати одозго и / или одоздо. За одређивање температуре горње и доње површине испитиваног материјала користе се четири бесконтактна оптичка пирометра. Емитери могу да се загреју на своју радну температуру, а материјал се затим подноси под емитер (е) на унапред одређени период. Ово испитивање је изведено са волфрамом од 1кВ (КТМ) и црним шупљим елементима од 800В (ФФЕХ) монтираним 75 мм изнад узорка како би се утврдило који грејач је најбоље продирао кроз материјал.
Резултати
ФастИР
Овај одељак извештава о резултатима нађеним за волфрамове и халогене цеви за наведена три материјала. Испитивања су извршена са три различите висине грејача (55 мм, 80 мм и 95 мм).
ПЕЕК
Почетна испитивања су изведена са ПЕЕК узорком и два ФастИР грејача са кварцним халогеним цевима од 1500 В одвојене 110 мм. Резултати овог теста, приказани на слици 4, показују да узорак није успео да достигне потребну температуру.
Елементи су промењени у 2000В краткоталасне халогене цеви (КХЛ), што је показало да је у исто време раздвајања узорак достигао и премашио потребну температуру на једном месту. У овом случају, забележена максимална температура била је 485 ° Ц, међутим, такође су откривене значајне температурне разлике (до 83 ° Ц). Време потребно за постизање циљне температуре од 425 ° Ц било је 99 секунди. То је постигнуто само на две локације
Кварцне волфрамове цеви (КТЛ) (2000В) такође су испитиване на три нивоа са максималном температуром која опада како се повећава удаљеност грејача. На 55 мм, откривена је максимална и минимална температура од 520 ° Ц. Циљна температура на узорку материјала постигнута је за 206 секунди. Повећавајући растојање на 80 мм, оне су се смањиле на 450 ° Ц и 415 ° Ц, а на 95 мм изнад узорка, максималне и минималне температуре узорка биле су 407 и 393 ° Ц.
Слика 4 приказује варијансу температуре која се може појавити на узорку због непосредне близине грејача узорку, као и времена потребног за загревање материјала на 425 ° Ц (206 секунди за 2кВ КТ грејач).
Волфрамове цеви од 150 ° В нису тестиране, јер се сматрало оперативно важним повећати удаљеност грејача него смањити снагу употребљених елемената.
Слика 5 приказује визуелну разлику у узорку пре и после загревања.
ПЕКК
ПЕКК се грејао само помоћу волфрамових грејача снаге 2000 В на само 55 мм. Термички одзив материјала је био одличан са забележеним температурама вишим од 500 ° Ц. Минимална прописана температура је постигнута за 102 секунде, а максимална забележена температура је виша од 500 ° Ц.
Било је приметно да се чини да овај узорак показује неко цепање и раслојавање на ивицама, а такође и нека површинска изобличења након загревања као што је приказано на слици 7, могуће од апсорпције влаге током складиштења и брзог загревања које се десило.
ППС
ППС материјал је испитан са 2000В халогених и волфрамових грејача. Испитивање халогена изведено је са раздвајањем од 55 мм, а испитивање волфрама на 55 мм и 95 мм.
Подаци су поново показали да је волфрамова цев била бољи грејач за овај материјал (него халогени грејач) са вишим температурама забележеним при раздвајању од 55 мм и такође већом уједначеношћу температуре у узорку. Забележена је варијација од 38 ° Ц за халогене грејаче и 30 ° Ц за волфрамове грејаче. На ову забележену варијацију утицаће положај термоелемента у односу на цеви. Идентичне локације термоелемената нису загарантоване.
Испитивања са ППС прекинута су убрзо након што је материјал достигао потребну температуру од 425 ° Ц, јер је из узорака дошло до испуштања дима који миришу на сумпор.
На удаљености од 55 мм, циљана температура је забележена након 66, односно 88 секунди за халогене и волфрамове грејаче на 55 мм, респективно. Када су волфрамови грејачи постављени на 95 мм од узорка, циљна температура није постигнута.
Црна шупљина
Почетна испитивања су спроведена са раздвајањем елемента и материјала од 50 мм. Пораст температуре материјала био је врло брз за све материјале. Од хладног старта, шупљим елементима треба приближно 10-12 минута да се загреју до стабилних радних нивоа (температура површине око 700 ° Ц). Повећање температуре материјала било је приближно слично кривуљи грејања грејача, међутим, у томе је било временског кашњења.
ПЕЕК
Графикон времена потребног за загревање узорка ПЕЕК да постигне потребну температуру обраде приказан је испод на слици 9. То показује да је време загревања на 425 ° Ц приближно 185 секунди од тренутка када су грејачи укључени на 50 мм. Ако се растојање повећа на 100 мм, време се повећава на 230 секунди. Узорак је остављен између две плоче током загревања и уклоњен ради хлађења.
ПЕКК
Време потребно да ПЕКК достигне минимални праг било је нешто дуже него за ПЕЕК. Два могућа разлога за то постоје: 1.) материјал не апсорбује инфрацрвено зрачење као и ПЕЕК и 2.) дебљина материјала је двоструко већа (1 односно 2 мм). Време потребно за постизање 425 ° Ц на 50 мм било је 181 секунду, а на 100 мм ово се повећало на 244 секунде
ППС
ППС се врло успешно загревао црним шупљим елементима са 425 ° Ц који су забележени за 171 секунду и 219 секунди на 50, односно 100 мм. Крива грејања за овај материјал приказана је на слици 11. Поново се десило испуштање дима који мирише на сумпор, међутим његова количина није била толика као код халогених грејача као што је горе описано. То је делимично могуће због одсуства вентилатора на задњој страни грејне плоче.
Сажетак времена потребног за загревање материјала са халогеним, волфрамовим и шупљим керамичким елементима на циљну температуру приказан је у наставку у табели 1. Како монтирање халогених елемената на веће удаљености од 55 мм није било универзално успешно, ови резултати су изостављени са стола.
|
Материјал |
Тип грејача (снага)
|
Растојање | Време за постизање 425 ° Ц |
|---|---|---|---|
| ПЕЕК | КХЛ (2кВ) | КСНУМКСмм | 99 |
| КТЛ (2кВ) | КСНУМКСмм | 206 | |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 185 | |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 230 | |
| ПЕКК | КТЛ (2кВ) | КСНУМКСмм | 102 |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 181 | |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 244 | |
| ППС | КХЛ (2кВ) | КСНУМКСмм | 66 |
| КТЛ (2кВ) | КСНУМКСмм | 88 | |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 171 | |
| ФФЕХ (800 В) | КСНУМКСмм | 219 |
Сендвич тестирање
Сендвич испитивање је извршено како би се добили подаци о преносу топлоте кроз материјал. То је учињено загревањем узорка са једне стране, мерењем температуре са обе стране и упоређивањем резултата. Испитане су само волфрамове цеви и црни шупљи елементи, јер на основу ФастИР резултата, краткоталасне халогене цеви нису погодни грејачи за дотичне материјале.
Резултати за КТМ елементе показују да не постоји значајна температурна разлика између горње и доње површине за ПЕЕК и ППС материјале, међутим ППС се брже загрева и криве за овај материјал се практично не могу разликовати. Треба напоменути да су ова два материјала врло танка (≈ 1 мм). Очекивано, температурна разлика за ПЕКК била је већа (75 ± 2оЦ) због своје дебљине (≈ 2 мм). Ови резултати су приказани на слици 12 доле.
Из оперативних разлога, тест се завршава када пирометри утврде температуру од 300 ° Ц. Врхунац виђен у првих 30 секунди теста је рефлексија и није право очитавање температуре.
Ови резултати показују да је могућа добра инфрацрвена пенетрација материјала за ПЕЕК и ППС помоћу грејача волфрамовог типа. Међутим, изједначавање температуре за ПЕКК није тако добро, што показује разлика температуре од скоро 75 ° Ц у последњих 18 секунди теста4.
Није било могуће померити узорке материјала ближе грејачу како би се анализирало какав ће то ефекат имати јер би оштри угао потребан пирометру да види материјал изобличио очитавање.
Загревање узорака црним шупљим елементима на истој удаљености (75 мм) показује сличан тренд са већом температурном разликом (45 ± 2 ° Ц) која се примећује код дебљег материјала ПЕКК (у поређењу са тањим материјалима). Температуре горње и доње површине ПЕЕК-а се готово не разликују; међутим постоји разлика у температури ППС (25 ± 2 ° Ц). Ови подаци су приказани на слици 13. То указује на то да инфрацрвена пенетрација ППС са зрачењем дужих таласних дужина није тако добра као код краће ИР волфрама, међутим, изједначавање температуре ПЕКК је боље (али није идеално).
При раздвајању од 75 мм, највише температуре и брзине грејања добијају се помоћу волфрамовог грејача који изгледа супротно претходним резултатима ваљка. Ово се, међутим, не сме користити као водич, јер је коришћен само један грејач. Штавише, ове карактеристике ће бити побољшане употребом низа грејача за разлику од једног грејача.
Zakljucak
- Испитивања која су изведена и детаљно описана горе показују да је могуће загревање три термопластична композитна материјала на минимум од 425 ° Ц и са средњеталасним халогеном и са црним шупљим елементима.
- Веће максималне температуре могу се постићи употребом црног шупљег елемента Церамицк 800В (ФФЕХ).
- Време потребно за загревање ПЕЕК-а на 425 ° Ц било је 206 секунди за 2кВ грејаче од волфрамове цеви на 55 мм и 230 секунди за ФФЕХ елементе на 100 мм
- Време потребно за загревање ПЕКК на 425 ° Ц износило је 102 секунде за грејаче од волфрам цеви од 2кВ на 55 мм и 244 секунде за ФФЕХ елементе на 100 мм
- Време потребно за загревање ППС на 425 ° Ц било је 88 секунди за грејаче од волфрамове цеви од 2кВ на 55 мм и 219 секунди за ФФЕХ елементе на 100 мм
- Максималне температуре, достигнуте брзине загревања материјала и уједначеност површинске температуре снажна су функција удаљености на којој су грејачи монтирани од материјала.
- Одлична пенетрација ИР, а самим тим и изједначавање температуре, кроз дебљину материјала, ППС и ПЕЕК постигнуто је средњим таласом халогена (волфрам). Изједначавање температуре постигнуто са ПЕКК-ом није било тако добро као код осталих материјала.
- Одличан продор ИР и изједначавање температуре виђени су код ПЕЕК-а користећи црне шупље елементе. Ова имовина није била добра као за ПЕКК и ППС.
На основу горњих података о испитивању и блиског раздвајања материјала од елемената потребних за постизање температура потребних за формирање предметних материјала, чини се да је најбољи инфрацрвени емитер Церамицк 800В црни потпуно равни шупљи елемент. Иако су времена за постизање потребних температура нешто дужа од волфрамових грејача, ближа близина употребљених елемената довешће до боље униформности површинске температуре. Даље, керамички елементи су започети са собне температуре и било им је потребно приближно 12 минута да достигну оперативни ниво. Стога би се ово време могло знатно скратити предгревањем елемената.
Такође треба напоменути да су ови резултати засновани на узорцима који су стављени на располагање за испитивање (тј. Дебљине 1 мм и 2 мм). Загријавање дебљих дијелова може захтијевати значајне промјене у технологији гријања које треба истражити како би се осигурало да је температурни профил преко дебљине материјала уједначен и погодан за накнадне поступке обликовања.
1 Полиетер етар кетон
2 Полифенилен сулфид
3 Полиетеркетонекетоне
4 Просечна разлика између горње и доње површине снимљене током последњих 18 секунди теста.
Одрицање од одговорности
Ове резултате испитивања треба пажљиво размотрити пре него што се утврди да се користи одређена врста инфрацрвеног зрачења.
Поновљени тестови које су спровеле друге компаније можда неће постићи исте налазе. Разлике у експерименталним условима могу променити резултате. Остали извори грешака укључују: марку емитора која се користи, ефикасност емитера, испоручену снагу, удаљеност од испитиваног материјала до емитора који се користи и животну средину. Локације на којима се мери температура могу такође узроковати разлике у резултатима.
