Regulácia teploty predhrievania v procese máčania vo fluidnom lôžku
Úvod do pozadia
Pri procese ponárania vo fluidnom lôžku sa tepelná kapacita obrobku využíva na roztavenie termoplastického prášku a dosiahnutie požadovanej hrúbky a kvality povlaku. Preto je stanovenie vhodnej teploty predhrievania obrobku kľúčové. Teplota predhrievania by mala byť mierne vyššia ako teplota topenia termoplastického prášku. Ak je príliš vysoká, môžu sa vyskytnúť poruchy toku v dôsledku príliš hrubých povlakov alebo praskania polymérnej živice, čo má za následok bubliny, žltnutie alebo spálenie. Naopak, ak je príliš nízka, nedostatočné roztavenie povedie k tenkým povlakom s povrchovými škvrnami alebo neúplnosťou, ktoré nespĺňajú požiadavky na ponáranie.
Všeobecne povedané, teplota predhrievania obrobku je ovplyvnená faktormi, ako je jeho materiál, veľkosť, tvar, výkonnosť termoplastického prášku, požadovaná hrúbka povlaku, čas ohrevu a trvanie ponorenia. V praktických operáciách sa však obrobky výrazne líšia, pokiaľ ide o hrúbku, veľkosť a tvar, čo sťažuje kvantitatívne určenie teploty predhrievania.
Aby sme preskúmali vhodnú teplotu predhrievania obrobkov počas procesu ponárania prášku do fluidného lôžka , využívame náš vlastnoručne navrhnutý a vyrobený automatický systém ponárania do fluidného lôžka. Kombináciou týchto skúseností s výrobou rôznych produktov, ako sú ploty na izoláciu dopravy, ochranné siete pre záhrady a mestské budovy, police v chladničkách, nákupné police, siete do klietok pre chov, pružiny a oceľové rúry s použitím rôznych termoplastických práškov, experimenty poskytujú teoretický základ a metodiku pre optimalizáciu procesu ponárania.
Experimentálne metódy
1. Príprava vzorky
Vzorky pozostávajú predovšetkým z tyčovej ocele, pričom niektoré sú vyrobené aj z medi a hliníka, s priemermi 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. Termoplastický prášok
V experimente sa prevažne používal LDPE termoplastický prášok PVC, PA a ďalší prášok sa tiež podrobili testovaniu.
3. Proces
Predúprava → predhriatie → namáčanie v prášku → dodatočné zahriatie (vytvrdenie) → chladenie
4. Kvalita náteru
Na ponorenie vyššie uvedených vzoriek do rôznych termoplastických práškov sa použili rôzne teploty predhrievania; po nízkoteplotných procesoch vytvrdzovania a vyrovnávania bola kvalita náteru vyhodnotená a zaznamenaná v tabuľke 1, tabuľke 2 a tabuľke 3.
Analýza ovplyvňujúcich faktorov
Na základe experimentálnych výsledkov a v spojení s údajmi uvedenými v tabuľke 1, tabuľke 2 a tabuľke 3 bola vynesená krivka, ktorá predstavuje optimálnu hodnotu teploty predhrievania pre každú vzorku, ako je znázornené na obrázku.
Účinky termoplastického prášku
Krivka ohrevu obrobku sa líši pre rôzne práškové živice, ako je znázornené na obrázku vyššie. Vďaka širokému rozsahu medzi teplotou mäknutia (80 – 90 ℃) a teplotou topenia (105 – 130 ℃) polyetylénu (PE)spolu s teplotou praskania 300 ℃ je pre obrobok potrebná vyššia teplota predhrievania. Len pri dlhodobom zahrievaní pri teplotách nad 360 °C dochádza k zožltnutiu povlaku.
Polyvinylchlorid (PVC) nemá zreteľný bod topenia, ale začína mäknúť pri 130 ℃ a môže tiecť pri 180 ℃. Začína sa rozkladať nad 200 ℃, uvoľňuje chlorovodík, dym a vydáva nosový zápach. Mierne zvýšenie teploty alebo dlhší expozičný čas postupne vedú k zožltnutiu a sčerneniu náteru. Ako PVCteplota tavenia je blízka teplote rozkladu, je potrebná prísnejšia kontrola teploty predhrievania obrobku.
Polyamidové (PA) povlaky (typicky nylon 1010, nylon 11, nylon12) majú bod topenia v rozsahu od 180 do 230 °C a teploty tepelného rozkladu presahujúce 300 °C; avšak rozsah medzi ich teplotou topenia a teplotou rozkladu zostáva úzky. Nylonové namáčanie často vyžaduje rýchle ochladenie a kontrola teploty predhrievania je náročná.
Vplyv od hrúbky obrobku
Teoreticky by teplota predhrievania obrobku mala byť o niečo vyššia ako teplota topenia prášku, aby sa uľahčilo vytvrdzovanie prášku a ukladanie na kovový povrch. Experimentálne výsledky však naznačujú významné odchýlky v teplotách predhrievania pre obrobky s rôznymi priemermi a hrúbkami. Je to spôsobené väčšou tepelnou kapacitou hrubších obrobkov, ktorá bráni efektívnemu odvodu tepla po zahriatí a vedie k minimálnym zmenám teploty počas prenosu z pece do zásobníka prášku. V dôsledku toho nie je možné použiť vysokú teplotu predhrievania na hrubšie obrobky; namiesto toho sa musia dlhšie zohrievať pri nižších teplotách. Naopak, menšie obrobky majú nižšiu tepelnú kapacitu a rýchlo odvádzajú teplo, čo si vyžaduje využitie „efektu tepelného šoku“ prostredníctvom vyšších teplôt predhrievania na efektívne tavenie práškovej živice. Ultra tenké obrobky majú minimálnu tepelnú kapacitu a dokonca aj pri zvýšených teplotách je náročné dosiahnuť úplnú priľnavosť povlaku.
V prípade obrobkov vyrobených z materiálov s rôznymi priemermi alebo hrúbkami by sa pri určovaní teplôt predhrievania mala venovať komplexná pozornosť – uistiť sa, že najnižšia teplota zaručí úplné pokrytie povlakom v najtenších oblastiach a zároveň zabráni žltnutiu na hrubších častiach výberom vhodnej hornej hranice.
Vplyv materiálu obrobku
Väčšina skúšobných obrobkov uvedených vyššie je vyrobená z nízkouhlíkovej ocele. Pre rôzne druhy ocele, či už ide o uhlíkovú alebo legovanú oceľ, má teplota predhrievania minimálny vplyv. Teplota predhrievania medi je podobná teplote ocele, ale o niečo vyššia. Hliník má rýchle vedenie a odvod tepla, takže teplota predhrievania by mala byť vyššia.
Vplyv tvaru obrobku
Experimenty sa uskutočňovali aj na obrobkoch s rôznymi tvarmi, ktoré odhalili, že pevné časti vykazujú pomalšiu rýchlosť ukladania a rozptylu tepla, zatiaľ čo uzavreté duté časti, ako sú rúrkové komponenty, tiež vykazujú znížený rozptyl tepla. Naopak, sieťované a štíhle časti zažívajú najrýchlejšie tepelné straty. Rýchlosť akumulácie a rozptylu tepla je primárne určená pomerom objemu k ploche povrchu obrobku. Preto je potrebné nastaviť teplotu predohrevu na základe vhodného koeficientu zodpovedajúceho tvaru obrobku. V tejto oblasti je potrebný ďalší výskum.
Záver
- Teplota predhrievania obrobku je najkritickejším faktorom pri určovaní kvality povlaku počas máčania vo fluidnej vrstve.
- Teplota predhrievania obrobku je primárne určená jeho priemerom alebo hrúbkou a môže byť určená podľa návodu na obrázku 1.
- Rôzne práškové živice majú rôzne teploty topenia a teploty rozkladu, ktoré by sa mali plne zvážiť pri určovaní procesu máčania.
- Materiál a tvar obrobku tiež ovplyvňuje požadovanú teplotu predohrevu, ktorú je možné kompenzovať pomocou korekčného faktora.
