การควบคุมอุณหภูมิอุ่นในกระบวนการจุ่มฟลูอิไดซ์เบด
บทนำเบื้องหลัง
ใน กระบวนการจุ่ม แบบฟลูอิไดซ์เบดความร้อนจากชิ้นงานจะถูกนำมาใช้ในการหลอมผงเทอร์โมพลาสติกเพื่อให้ได้ความหนาและคุณภาพของสารเคลือบตามที่ต้องการ ดังนั้น การกำหนดอุณหภูมิการอุ่นชิ้นงานที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง อุณหภูมิการอุ่นควรสูงกว่าอุณหภูมิการหลอมของผงเทอร์โมพลาสติกเล็กน้อย หากสูงเกินไป อาจเกิดข้อบกพร่องในการไหลเนื่องจากสารเคลือบหนาเกินไปหรือเรซินโพลีเมอร์แตก ทำให้เกิดฟองอากาศ สีเหลือง หรือไหม้ ในทางกลับกัน หากต่ำเกินไป การหลอมที่ไม่เพียงพอจะทำให้สารเคลือบบาง มีรอยบุ๋มหรือความไม่สมบูรณ์บนพื้นผิว ซึ่งไม่ตรงตามวัตถุประสงค์ของการจุ่ม
โดยทั่วไป อุณหภูมิในการอุ่นชิ้นงานจะได้รับอิทธิพลจากปัจจัยต่างๆ เช่น วัสดุ ขนาด รูปร่าง ประสิทธิภาพของผงเทอร์โมพลาสติก ความหนาของการเคลือบที่ต้องการ เวลาในการทำความร้อน และระยะเวลาในการจุ่ม อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง ชิ้นงานจะมีความแตกต่างกันอย่างมากทั้งในด้านความหนา ขนาด และรูปร่าง ทำให้การระบุอุณหภูมิอุ่นในเชิงปริมาณเป็นเรื่องที่ท้าทาย
เพื่อศึกษาอุณหภูมิการอุ่นชิ้นงานที่เหมาะสมระหว่าง กระบวนการจุ่ม ผงในระบบฟลูอิไดซ์เบดเราจึงใช้ระบบจุ่มฟลูอิไดซ์เบดอัตโนมัติที่ออกแบบและผลิตขึ้นเอง โดยการนำประสบการณ์ของเราในการผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น รั้วกั้นจราจร ตาข่ายป้องกันราวกันตกสำหรับสวนและอาคารเทศบาล ชั้นวางตู้เย็น ชั้นวางสินค้า ตาข่ายกรงเพาะเลี้ยง สปริง และท่อเหล็ก โดยใช้ผงเทอร์โมพลาสติกชนิดต่างๆ มาผสมผสานกัน การทดลองเหล่านี้จึงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีและวิธีการสำหรับการปรับปรุงกระบวนการจุ่มให้เหมาะสมที่สุด
วิธีการทดลอง
1. การเตรียมตัวอย่าง
ตัวอย่างส่วนใหญ่ประกอบด้วยเหล็กรูปแท่ง บางส่วนทำด้วยทองแดงและอลูมิเนียม มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 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.ผงเทอร์โมพลาสติก
ในขณะที่ผงเทอร์โมพลาสติก LDPE ถูกนำมาใช้เป็นส่วนใหญ่ในการทดลอง PVC, PA และผงอื่นๆ ก็ได้รับการทดสอบเช่นกัน
3. กระบวนการ
การบำบัดล่วงหน้า → อุ่น → จุ่มในผง → หลังความร้อน (บ่ม) → ระบายความร้อน
4.คุณภาพการเคลือบ
ใช้อุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าที่แตกต่างกันในการจุ่มตัวอย่างที่กล่าวถึงข้างต้นในผงเทอร์โมพลาสติกต่างๆ หลังจากกระบวนการบ่มและการปรับระดับที่อุณหภูมิต่ำ คุณภาพของการเคลือบจะได้รับการประเมินและบันทึกไว้ในตารางที่ 1 ตารางที่ 2 และตารางที่ 3
การวิเคราะห์ปัจจัยที่มีอิทธิพล
จากผลการทดลองและร่วมกับข้อมูลที่นำเสนอในตารางที่ 1 ตารางที่ 2 และตารางที่ 3 ได้มีการพล็อตเส้นโค้งเพื่อแสดงค่าอุณหภูมิอุ่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละตัวอย่าง ดังที่แสดงในภาพ
ผลกระทบของผงเทอร์โมพลาสติก
กราฟการให้ความร้อนของชิ้นงานจะแตกต่างกันไปตามผงเรซินต่างๆ ดังแสดงในรูปด้านบน เนื่องจากช่วงกว้างระหว่างจุดอ่อนตัว (80 – 90°C) และจุดหลอมเหลว (105 – 130°C) ของโพลีเอทิลีน (PE)พร้อมกับอุณหภูมิการแตกร้าวที่ 300°C ชิ้นงานจะต้องใช้อุณหภูมิอุ่นที่สูงขึ้น เมื่อถูกความร้อนที่อุณหภูมิเกิน 360°C เป็นเวลานานเท่านั้นจึงจะเกิดสีเหลืองบนสารเคลือบ
โพลีไวนิลคลอไรด์(PVC) ไม่มีจุดหลอมเหลวที่ชัดเจนแต่เริ่มอ่อนตัวลงที่ 130°C และสามารถไหลได้ที่ 180°C มันเริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 200°C ปล่อยไฮโดรเจนคลอไรด์ ควัน และปล่อยกลิ่นจมูก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยหรือระยะเวลาในการเปิดรับแสงนานขึ้นจะค่อยๆ ส่งผลให้สารเคลือบเหลืองและดำคล้ำ เช่น PVCอุณหภูมิหลอมละลายของอุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิการสลายตัว จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมอุณหภูมิอุ่นชิ้นงานอย่างเข้มงวดมากขึ้น
การเคลือบโพลีเอไมด์ (PA) (โดยทั่วไปคือไนลอน 1010, ไนลอน 11, ไนลอน 12) มีจุดหลอมเหลวตั้งแต่ 180 ถึง 230 ℃ และอุณหภูมิการสลายตัวด้วยความร้อนเกิน 300 ℃; อย่างไรก็ตามช่วงระหว่างอุณหภูมิหลอมเหลวและอุณหภูมิการสลายตัวยังคงแคบ การจุ่มไนลอนมักจะต้องระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว และการควบคุมอุณหภูมิอุ่นถือเป็นความท้าทาย
อิทธิพลจากความหนาของชิ้นงาน
ตามทฤษฎีแล้ว อุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าของชิ้นงานควรสูงกว่าอุณหภูมิการหลอมละลายของผงเล็กน้อยเพื่อให้ผงแข็งตัวและเกาะติดบนพื้นผิวโลหะได้ อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองบ่งชี้ว่าอุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าสำหรับชิ้นงานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาต่างกันนั้นแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นผลมาจากความจุความร้อนที่มากขึ้นของชิ้นงานที่หนากว่า ซึ่งขัดขวางการกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพหลังจากการให้ความร้อน และทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงน้อยที่สุดในระหว่างการถ่ายเทจากเตาอบไปยังถังผง ดังนั้น จึงไม่สามารถใช้อุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าที่สูงกับชิ้นงานที่หนากว่าได้ แต่จะต้องให้ความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าเป็นเวลานานขึ้น ในทางกลับกัน ชิ้นงานขนาดเล็กจะมีความจุความร้อนที่ต่ำกว่าและกระจายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว จึงจำเป็นต้องใช้ "ผลกระทบจากความร้อนช็อก" ผ่านอุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าที่สูงขึ้นเพื่อให้ผงเรซินหลอมละลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ชิ้นงานที่บางมากจะมีความจุความร้อนที่น้อยที่สุด และแม้จะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ก็ยังมีความท้าทายในการยึดเกาะของสารเคลือบทั้งหมด
สำหรับชิ้นงานที่ทำจากวัสดุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาต่างกัน ควรพิจารณาอย่างครอบคลุมเมื่อกำหนดอุณหภูมิอุ่น เพื่อให้มั่นใจว่าอุณหภูมิต่ำสุดรับประกันการครอบคลุมการเคลือบที่สมบูรณ์ในบริเวณที่บางที่สุด ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงไม่ให้ส่วนที่หนาเป็นสีเหลืองโดยการเลือกขีดจำกัดบนที่เหมาะสม
อิทธิพลของวัสดุชิ้นงาน
ชิ้นงานทดสอบที่กล่าวมาข้างต้นส่วนใหญ่ทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ สำหรับเหล็กประเภทต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเหล็กคาร์บอนหรือเหล็กโลหะผสม อุณหภูมิอุ่นจะมีผลกระทบน้อยที่สุด อุณหภูมิการอุ่นทองแดงจะใกล้เคียงกับอุณหภูมิของเหล็ก แต่สูงกว่าเล็กน้อย อลูมิเนียมมีการพาความร้อนและกระจายความร้อนได้รวดเร็ว ดังนั้นอุณหภูมิในการอุ่นจึงควรสูงกว่านี้
อิทธิพลของรูปทรงชิ้นงาน
นอกจากนี้ การทดลองยังดำเนินการกับชิ้นงานที่มีรูปร่างแตกต่างกัน โดยเผยให้เห็นว่าชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งมีอัตราการกักเก็บความร้อนและการกระจายที่ช้ากว่า ในขณะที่ชิ้นส่วนกลวงแบบปิด เช่น ส่วนประกอบที่เป็นท่อ ก็แสดงให้เห็นว่าการกระจายความร้อนลดลงเช่นกัน ในทางกลับกัน ชิ้นส่วนที่เป็นตาข่ายและเรียวจะสูญเสียความร้อนได้เร็วที่สุด อัตราการเก็บและการกระจายความร้อนถูกกำหนดโดยอัตราส่วนพื้นที่ปริมาตรต่อพื้นผิวของชิ้นงานเป็นหลัก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับอุณหภูมิอุ่นเครื่องตามค่าสัมประสิทธิ์ที่เหมาะสมซึ่งสอดคล้องกับรูปร่างของชิ้นงาน จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมในพื้นที่นี้
สรุป
- อุณหภูมิอุ่นของชิ้นงานเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการพิจารณาคุณภาพการเคลือบระหว่างการจุ่มฟลูอิไดซ์เบด
- อุณหภูมิการอุ่นชิ้นงานถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาเป็นหลัก และสามารถกำหนดได้โดยอ้างอิงจากรูปที่ 1 เพื่อเป็นแนวทาง
- ผงเรซินแต่ละชนิดมีจุดหลอมเหลวและจุดสลายตัวที่แตกต่างกัน ซึ่งควรพิจารณาอย่างถี่ถ้วนเมื่อพิจารณากระบวนการจุ่ม
- วัสดุและรูปร่างของชิ้นงานยังส่งผลต่ออุณหภูมิอุ่นที่ต้องการ ซึ่งสามารถชดเชยได้โดยใช้แฟกเตอร์แก้ไข
