Temperatuurregeling voorverwarmen bij dompelproces met gefluïdiseerd bed
Achtergrond Inleiding
Bij het dompelproces in een wervelbed wordt de warmtecapaciteit van het werkstuk benut om het thermoplastische poeder te smelten en de gewenste laagdikte en -kwaliteit te bereiken. Het bepalen van de juiste voorverwarmingstemperatuur van het werkstuk is daarom cruciaal. De voorverwarmingstemperatuur moet iets hoger zijn dan het smeltpunt van het thermoplastische poeder. Als de temperatuur te hoog is, kunnen er vloeifouten optreden door te dikke lagen of scheuren in de polymeerhars, met als gevolg luchtbellen, vergeling of verbranding. Omgekeerd zal een te lage temperatuur leiden tot onvoldoende smelten, waardoor dunne lagen ontstaan met putjes of een onvolledige afwerking die niet aan de dompeldoelstellingen voldoen.
Over het algemeen wordt de voorverwarmingstemperatuur van het werkstuk beïnvloed door factoren zoals het materiaal, de grootte, de vorm, de prestaties van het thermoplastische poeder, de vereiste laagdikte, de verwarmingstijd en de dompelduur. In de praktijk variëren werkstukken echter aanzienlijk in termen van dikte, grootte en vorm, waardoor het een uitdaging is om de voorverwarmingstemperatuur kwantitatief te bepalen.
Om de optimale voorverwarmingstemperatuur voor werkstukken tijdens het poederdompelproces in een wervelbed te bepalen , maken we gebruik van ons zelfontworpen en -gefabriceerde automatische wervelbeddompelsysteem. Door dit te combineren met onze ervaring in de productie van diverse producten zoals verkeersafschermingshekken, vangrails voor tuinen en gemeentelijke gebouwen, koelkastplanken, winkelschappen, kooinetten voor fokdieren, veren en stalen buizen met behulp van verschillende thermoplastische poeders, bieden de experimenten een theoretische basis en methodologie voor het optimaliseren van het dompelproces.
Experimentele methodes
1. Monstervoorbereiding
De monsters bestaan voornamelijk uit staafvormig staal, sommige ook van koper en aluminium, met diameters 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0, 12.0, 14.0, 16.0, 18.0 , 20.0
2. Thermoplastisch poeder
Bij het experiment werd voornamelijk thermoplastisch LDPE-poeder gebruikt PVC, PA en ander poeder werden ook aan tests onderworpen.
3. proces
Voorbehandeling → voorverwarmen → onderdompelen in poeder → naverwarmen (uitharden) → afkoelen
4. Coatingkwaliteit
Voor het onderdompelen van de bovengenoemde monsters in diverse thermoplastische poeders werden verschillende voorverwarmingstemperaturen gebruikt. Na het uitharden en egaliseren bij lage temperatuur werd de coatingkwaliteit geëvalueerd en vastgelegd in Tabel 1, Tabel 2 en Tabel 3.
Analyse van beïnvloedende factoren
Gebaseerd op de experimentele resultaten en in combinatie met de gegevens gepresenteerd in Tabel 1, Tabel 2 en Tabel 3, werd een curve uitgezet om de optimale voorverwarmingstemperatuurwaarde voor elk monster weer te geven, zoals geïllustreerd in de figuur.
Impact van thermoplastisch poeder
De verwarmingscurve van het werkstuk varieert voor verschillende poederharsen, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Vanwege het grote bereik tussen het verwekingspunt (80 – 90℃) en het smeltpunt (105 – 130℃) van polyethyleen (PE)Naast een kraaktemperatuur van 300℃ is er een hogere voorverwarmingstemperatuur voor het werkstuk vereist. Alleen bij langdurige verhitting boven 360℃ treedt vergeling van de coating op.
Polyvinylchloride(PVC) heeft geen duidelijk smeltpunt, maar begint zacht te worden bij 130℃ en kan stromen bij 180℃. Boven de 200℃ begint het te ontbinden, waarbij waterstofchloride en rook vrijkomen en een neusgeur vrijkomt. Lichte temperatuurstijgingen of langere blootstellingstijden resulteren geleidelijk in vergeling en zwart worden van de coating. Als PVCOmdat de smelttemperatuur dicht bij de ontledingstemperatuur ligt, is een strengere controle over de voorverwarmtemperatuur van het werkstuk noodzakelijk.
Polyamide (PA) coatings (meestal nylon 1010, nylon 11, nylon12) hebben een smeltpunt van 180 tot 230℃ en thermische ontledingstemperaturen van meer dan 300℃; het bereik tussen hun smelt- en ontledingstemperaturen blijft echter smal. Het dompelen van nylon vereist vaak een snelle koeling, en het beheersen van de voorverwarmingstemperatuur blijkt een uitdaging.
Invloed van de dikte van het werkstuk
In theorie zou de voorverwarmingstemperatuur van het werkstuk iets hoger moeten zijn dan de smelttemperatuur van het poeder om het uitharden en de afzetting van het poeder op het metaaloppervlak te vergemakkelijken. Experimentele resultaten geven echter aan dat er aanzienlijke variaties zijn in voorverwarmingstemperaturen voor werkstukken met verschillende diameters en diktes. Dit wordt toegeschreven aan de grotere warmtecapaciteit van dikkere werkstukken, wat efficiënte warmteafvoer na verwarming belemmert en leidt tot minimale temperatuurveranderingen tijdens de overdracht van oven naar poedertank. Bijgevolg kan een hoge voorverwarmingstemperatuur niet worden toegepast op dikkere werkstukken; in plaats daarvan moeten ze worden verwarmd bij lagere temperaturen gedurende langere perioden. Omgekeerd hebben kleinere werkstukken een lagere warmtecapaciteit en voeren ze warmte snel af, waardoor het gebruik van "thermisch schokeffect" door hogere voorverwarmingstemperaturen noodzakelijk is voor effectief smelten van poederhars. Ultradunne werkstukken hebben een minimale warmtecapaciteit en zelfs bij verhoogde temperaturen wordt het een uitdaging om volledige hechting van de coating te bereiken.
Voor werkstukken gemaakt van materialen met variërende diameters of diktes moet uitgebreid rekening worden gehouden bij het bepalen van de voorverwarmingstemperaturen – waarbij ervoor wordt gezorgd dat de laagste temperatuur een volledige coatingdekking op de dunste gebieden garandeert, terwijl vergeling op dikkere delen wordt vermeden door een geschikte bovengrens te selecteren.
Invloed van het werkstukmateriaal
De meeste van de hierboven genoemde testwerkstukken zijn gemaakt van koolstofarm staal. Voor verschillende soorten staal, of het nu koolstofstaal of gelegeerd staal is, heeft de voorverwarmingstemperatuur een minimale impact. De voorverwarmingstemperatuur voor koper is vergelijkbaar met die van staal, maar iets hoger. Aluminium heeft een snelle warmtegeleiding en -afvoer, dus de voorverwarmingstemperatuur moet hoger zijn.
Invloed van de vorm van het werkstuk
Er werden ook experimenten uitgevoerd op werkstukken met verschillende vormen, waaruit bleek dat massieve onderdelen een langzamere warmteopslag en -dissipatie vertonen, terwijl gesloten holle onderdelen zoals buisvormige componenten ook een verminderde warmtedissipatie vertonen. Omgekeerd ervaren mesh- en slanke onderdelen het snelste warmteverlies. De snelheid van warmteopslag en -afvoer wordt voornamelijk bepaald door de verhouding tussen volume en oppervlakte van het werkstuk. Daarom is het noodzakelijk om de voorverwarmingstemperatuur aan te passen op basis van een geschikte coëfficiënt die overeenkomt met de vorm van het werkstuk. Op dit gebied is verder onderzoek nodig.
Conclusie
- De voorverwarmingstemperatuur van het werkstuk is de meest kritische factor bij het bepalen van de coatingkwaliteit tijdens het dompelen in een wervelbed.
- De voorverwarmingstemperatuur van het werkstuk wordt voornamelijk bepaald door de diameter of dikte ervan, en kan worden bepaald door figuur 1 als richtlijn te raadplegen.
- Verschillende poederharsen hebben verschillende smelt- en ontledingspunten, waarmee volledig rekening moet worden gehouden bij het bepalen van het dompelproces.
- Ook het materiaal en de vorm van het werkstuk zijn van invloed op de benodigde voorverwarmingstemperatuur, die met behulp van een correctiefactor kan worden gecompenseerd.
