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红外辐射器在热塑成型工艺中的应用
作者:汕头市永固电热贸易有限公司 林栩    来源:Ringer
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本文基于当前热塑成型工艺流程,针对热塑成型机常用的几种红外辐射器进行对比分析,从而使读者对红外辐射器在热塑成型工艺中的发展趋势有一个较为全面的了解。

热塑成型机对红外辐射器的要求

热塑成型机需要的是与成型片材尺寸相匹配的加热面域, 每个独立的红外辐射器为该面域的基本组成。红外辐射器的辐射特点是辐射射线是发散的,不仅对其正下方向的材料进行加热, 而且对各个方向都有辐射影响。常用的红外辐射器有陶瓷板红外辐射器(板状),卤素石英管(管状)和碳素中波辐射器(管状)。实验表明:在对面域进行辐射加热时,相比于管状红外辐射器,板状红外辐射器具有更好的辐射效果。

塑性材料是热敏感材料,温度的高低在一定范围内会影响材料的成型工艺,乃至成品的质量。通常,热塑成型机采用实时测温方式对红外辐射器进行实时监测(也可对受热物进行控温)。因此,在红外辐射器中整合测温传感器是热塑成型机优先考虑的。

热塑成型机中,加热面域是由多个单体辐射元件组成的。如果在生产过程中出现一个元件停止加热,则这个元件的温度会有明显的降低。根据热塑成型机著名生产商德国ILLIG公司的数据,在加热面域设定为600℃时,停止加热的那个元件会降低至120℃。这将严重影响热塑成型机的正常工作。因此,工作寿命长的辐射器是热塑成型机选择的要求之一。而我们知道,红外辐射器的寿命很大程度取决于其加热线圈的工作温度,温度高则寿命短,温度低则寿命长,故选择正常工作时线圈温度低的红外辐射器能够保证热塑成型机长期稳定的工作。图1为辐射系统中单块辐射器的辐射面域。

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不同类型的红外辐射器

陶瓷辐射器

以德国Elstein陶瓷红外辐射器为例。图2为陶瓷红外辐射器的结构图,发热丝1被嵌入陶瓷体3内。内部空心并嵌入热绝缘材料2,与实心陶瓷辐射器相比,减少约18%的日常消耗。

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陶瓷辐射器在650℃以内时,表面是不发光的,也就是俗称的暗红外线。

陶瓷辐射器内置热电偶测温传感器,可监测陶瓷体的温度变化情况,并进行反馈控制,易于实现功率(温度)的控制。

碳化硅辐射器

图3为碳化硅辐射器的结构图,采用镍铬合金作为电热丝1,安装在碳化硅管内,通过管首尾进行连接。当接通电源,电热丝会在1-2秒内发热并透过管发出微红光。

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碳化硅辐射器的红外射线主要来自碳化硅管吸收热量而发出的红外线。因此,当通电后1-2秒看到管发红时,并不能说明碳化硅辐射器已经达到了设定的温度。还需要一段预热的时间。

因为结构的原因,碳化硅辐射器不能内置热电偶测温传感器,必须外置测温传感器进行温度监测。

卤素石英辐射器

图4为卤素石英辐射器的结构图,它是在一条充满卤素气体的石英管2内放置一条钨灯丝1。当通电后很快就会发光成为一盏灯,因此,它的峰值波长带很窄。

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可见光是不带热能的一种电磁波,因此卤素石英辐射器有一部份能量不能转化为热量而损失。另外,由于这种红外辐射器辐射波长短,辐射波具有较强的穿透性,因此,这种红外辐射器不适合薄的塑料片材成型使用。

卤素石英辐射器也无法内置热电偶测温传感器,需要外置测温传感器进行温度监测。

瓦斯辐射器

图5 为瓦斯辐射器的结构图,它是通过电启动元件6进行预热,点燃内部瓦斯气体5,通过瓦斯燃烧将面板7加热。

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瓦斯辐射器的表面温度可达到600℃,加热性能与陶瓷辐射器相当,但由于需要燃烧,不能在封闭环境下使用。

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热塑成型是一个复杂的工艺流程,涉及到塑料片材的物理特性、化学特性、加热器的加热特性、电气控制和机械部件配合等。随着对成品质量要求的不断提高,对成型过程中温度控制、加热均匀性的要求也不断提高;同时,随着能耗在制造业厂家的成本比重不断上升,是否节能也是厂家考虑的重要因素。所以,采用稳定性高、寿命长、均匀性好、节能性能优越的红外辐射器是热塑成型工艺的发展趋势。

参考文献:《iLLiG-Thermoforming-A Practical Guide》《塑料成型加热规范》 (end)
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