Термоформование пластиков. Подогрев и нагревание.

Подогрев

Чтобы сократить время использования формующего оборудования, рекомендуется предварительно прогреть заготовки до температуры из диапазона размягчения материала (к примеру, PE-HD 110°C, PP 125°C, PVC 50–55°C, PVC-C 70-80°C, PET-G 60-70°C, PVDF 140°C, E-CTFE 140 °C). Заготовки должны прогреваться в конвекционных печах с хорошей с циркуляцией воздуха, а нагревание должно быть умеренным (с пониженной мощностью нагрева). При этом поверхности заготовок предохраняются от температурного воздействия, а сам прогрев позволит увеличить срок службы готовых деталей. Пожалуйста, обеспечьте отсутствие сквозняков при производственных процессах. Для минимизации риска коробления заготовок необходимо обеспечить равномерную и полную пластификацию материала, включая края.

Нагревание

Нагревание заготовки должно проходить равномерно, при этом заготовка должна нагреться до температуры деформации с минимальным потреблением энергии и за минимальное время. При нагревании необходимо учитывать диапазон пластификации материала, ограниченный верхней и нижней температурами формования. Эти температуры зависят от вида материала (Таблица 3) и нужно четко следить, что бы они находились не выше (возможна деструкция) или не ниже (плохое формование, образование напряжений) указанного диапазона.

В практическом применении температура нагревания зависит от толщины стенки заготовки. Из-за плохой теплопроводности пластиков при нагревании толстых заготовок при высокой температуре поверхность заготовки может нагреться слишком быстро, в результате чего возникнет деструкция или другие необратимые изменения. Или внешняя поверхность/слой заготовки нагреется до необходимой температуры, а внутри температура заготовки будет существенно ниже (отставание вследствие быстрого воздействия высокими температурами), что приведет к «замораживанию» напряжений и к ухудшению длительной стабильности детали в связи с большими напряжениями в поверхностных слоях.

Момент оптимального распределения температуры в заготовке зависит от термодинамических свойств полимера и метода нагревания. Точный расчет параметров нагревания является очень сложным и дорогостоящим, так как необходимо определить все термодинамические характеристики не только заготовки, но и формующего инструмента и нагревающего оборудования. Наилучшим будет определить эти параметры экспериментальным путем. Для определения поверхностного распределения температуры можно использовать приборы бесконтактного измерения температуры (ИК-термометры) или индикаторные температурные полоски.

С использованием этих вспомогательных средств можно также определить распределение температуры при нагревании с помощью излучателя.

Контактное нагревание

При контактном нагревании заготовка помещается между двумя нагревательными элементами, а между нагревательными элементами и заготовкой находится разделительная пленка (фторопластовая лакоткань). Для лучшего контакта используется упор (прижимание). Заготовка остается в этом положении до тех пор, пока не достигнет контактной температуры нагревательных элементов. В таком процессе нагревание происходит лишь за счет теплопроводности заготовки. Следует обращать внимание на равномерное распределение температуры в нагревательных элементах во избежание пиковых температур. В противном случае может возникнуть чрезмерная нагрузка, воздействующая на заготовку.

Конвекционное нагревание

Конвекционное нагревание производится в термошкафах с хорошей циркуляцией воздуха. К примеру, этот метод широко применяется при формовании толстых листов из PETG, формование которых выполняется в вытяжном штампе.

Нагревание излучением

Нагревание излучением представляет собой процесс взаимодействия источника электромагнитного излучения с поверхностью, поглощающей это излучение в форме тепла.

Полимеры поглощают излучение преимущественно инфракрасного диапазона (длина волн от 0,8 до 10 мкм). Поглощение излучения зависит от толщины, цвета полимера и длины волны источника излучения. Если поверхность заготовки поглощает почти всю энергию излучения, то в этом диапазоне волн не происходит прямого нагревания внутренней части заготовки. Если длина волны находится между 1 и 1,4 мкм, то глубина проникновения излучения составляет несколько миллиметров. При длине волны выше 2,5 мкм сначала нагревается только поверхность заготовки, поэтому нагревание толстых заготовок может потребовать длительного времени.

Стандартные ИК нагреватели обычно способны к излучению волн практически всего ИК-диапазона и, в зависимости от типа, обладают своими максимумами для различных длин волн (Рисунок 10).

Керамические излучатели обладают очень широким спектром излучения и охватывают область, в которой большинство полимеров обладают высокой способностью к поглощению энергии. Излучатели видимого излучения, напротив, обладают одним четким максимумом излучения, так что основная энергия излучается в промежутке между 0,5 и 2 мкм. Это тот интервал, в котором глубина проникновения излучения особенно велика, и тем самым поглощение достигает минимума. При этом нагревание внутренних областей происходит не только за счет теплопроводности поверхности, но и в результате нагревания заготовки при прямом проникновении излучения во внутреннюю область.

С повышением температуры излучения максимум энергии излучения смещается в сторону более коротких волн. Вносимая в заготовку энергия также зависит от температуры излучателя, что может привести к существенной экономии на времени производственных циклов. Новые излучатели, обладающие максимумом при 1 мкм (галогенные излучатели), должны обеспечивать еще более короткие циклы нагревания.

Однако способность теплопередачи имеет свои пределы и зависит от вида полимера и его способности поглощать излучения. Поэтому не всегда возможно применение излучателей видимого диапазона излучения, так как они слишком сильно нагревают поверхность, а внутренние области заготовок не успевают за изменением температуры поверхности.

Как следствие, слишком сильное нагревание может привести к необратимому повреждению поверхности заготовки, негативно сказаться на сроке службы изделия, на стабильности и однородности его цвета (особенно при атмосферных воздействиях).

Подробную брошюру "Формообразование термопластов. Термоформование. Нагревание. Гибка" Вы найдете в разделе "Скачать" -> "Листовки с описаниями". 

Информация, использовавшаяся в данной статье взята из открытых источников, а также из: Каталогов и брошюр о термопластах, Ensinger GmbH; Брошюры «Формообразование термопластов», Simona AG; Статьи «Конструкция оснастки и изделий при термоформовании», опубликованной в журнале «Пластикс» № 1-2(95-96) 2011; Книги «Производство изделий из полимерных листов и пленок.», Шерышев М.А. СПб.: Научные основы и технологии, 2011.