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中红外与近红外石英辐射器用于PS材料热加工

(2011-05-11 18:34:54)
标签:

ps材料

红外线

辐射加热

ps内应力

辐射干燥

杂谈

 

中红外与近红外石英辐射器用于PS材料热加工

 

PS材料加工,为了软化、黏合、消除内应力或表面烘干,其传统的热工处理方式有:

一、远红外漫反射,通过黑体碳素管(无可见光)或块状陶瓷加热器。主辐射光谱大于4μm,有效电热转换率低于35%,其热工过程涵盖了辐射(长波红外线)、对流(热能通过空气流动)、和传导(PS材料受热由表及里)三种方式。

二、热风。通过循环的热空气实现对流换热。

三、热水浸泡,主要用于消除PS材料内应力。

以上PS材料的热工处理方式,因能耗较高、时间较久、设备占地大、难以精确温控等因素,已不适合节能和高效生产的需求。鉴于此,我们推荐一种应用中红外和近红外石英辐射器对PS材料进行热工处理的新技术。

一、PS材料的表面烘干、除湿

在高速连续生产情形,我们建议采用近红外(短波/快中波,辐射主光谱0.8~2.6μm)石英红外辐射器。其特点是:

1、快速开启/关闭,1秒内可达全功率输出,热惯性极小。正常寿命5000小时;

2、电热转换率超出95%,能效比极高;

3、可通过制作全镀金或采用红宝石管方式,减少眩目的可见光、而增强红外线输出;

4、可配合测温/控温装置,实现精确的辐射控制,从而确保PS材料表面温度的稳定性;

5、因辐射主光谱0.8~2.6μm与PS材料所吸收红外光谱(如下图)不完全一致,对厚度较大(大于0.3mm)需渗透辐射情形,有时会造成表面过快焦化而材料里面升温不够。

二、PS材料的软化

为施行黏合、弯曲成形等处理,常需要对PS材料软化,此种情形较适宜选用SunMonde标准中波石英红外辐射器。

其特点是:

1、辐射主光谱与PS材料所吸收红外光谱最为接近,所以有相对最强的渗透力,实现了真正意义上的辐射能量传递。与远红外漫反射式热工处理和热风循环不可同日而语,事实上,远红外漫反射式热工处理和热风循环时,PS材料里层赖热能传导,而PS材料热导率仅0.13;

中红外与近红外石英辐射器用于PS材料热加工

2、适合于连续生产。因标准中波红外辐射器从启动到全功率输出需约1分钟,在非连续生产场合(如小于10分钟间隔),建议电气控制以软启动方式——非生产时不断电,而维系10%以上功率,以求良好的使用寿命。正常状况,SunMonde标准中波石英红外辐射器寿命在10000小时以上;

3、可通过半面镀层(镀金或白反射膜,有效反射率分别为95%和75%),提高定向辐射效力;

4、可配合测温/控温装置,实现精确的辐射控制,从而确保PS材料表面温度的稳定性;

5、因标准中波相对短波/快中波而言,辐射要柔和,表面快速升温情形,建议选取短波/快中波产品;

6、如渗透性辐射PS材料超出0.5mm厚度,建议两面同时等距辐射(辐射灯管下表面至受辐射对象两个表面距离相等),效率更高、且辐射能量渗入均匀。当PS材料水平状态时,则上、下等距排布红外辐射器(此时须特别留意材料软化后发生下垂等物理性变,建议在红外辐射器与PS材料之间以304不锈钢网罩隔离以确保安全)。当PS材料垂直状态时,则左、右等距排布红外辐射器(此时须特别留意,最好水平安装红外辐射器,如需垂直使用,定购SunMonde红外辐射器必须预先说明。)

 

三、PS材料的内应力消除

传统的方法是65~85℃热风循坏或热水浸泡,需2~3小时。

我们提供下述两种方案,处理时间小于传统方法的1/4。

1、采用SunMonde标准中波石英红外辐射器,红外辐射能量可迅速渗透进PS材料内部,改良分子团排列从而消除PS材料内应力;

2、采用SunMonde黑体碳素远红外管,约60~100℃温区持续一定时间的辐射,以消除PS材料内应力。

 

备注:

1、上述SunMonde红外辐射产品,实际选用时,需考虑:排列/功率密度/隔热/反射/电气控制/测温温/有效辐射距离/PS材料正反面/有效辐射时间/产品速度……等诸多因素,良好的效能来自综合的作用;

2、请特别注意用电场合安全;

3、PS材料内应力的检测:①透明件可用屈光度检测;②浸泡法,将材料的受力点在四氢化碳中完全浸泡10~15秒后,看是否有断裂;

4、PS材料品类繁多,如遇挥发性有害气体溢出的状况,设备的红外辐射段应隔热、密闭,并匹配相应气体分离和处理装备。

 

附录:

PS材料(聚苯乙烯)

聚苯乙烯是指有苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,英文名称为Polystyrene,简称PS,聚苯乙烯(PS)包括普通聚苯乙烯(GPPS)、聚苯乙烯、可发性聚苯乙烯(EPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)及间规聚苯乙烯(SPS)。

普通聚苯乙烯树脂属无定形高分子聚合物,聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环,大体积侧基为苯环的无规排列,决定了聚苯乙烯的物理、化学性质,如透明度高、刚度大、玻璃化温度高、性脆等。

可发性聚苯乙烯为在普通聚苯乙烯中浸渍低沸点的物理发泡剂制成,加工过程中受热发泡,专用于制作泡沫塑料产品。

高抗冲聚苯乙烯为苯乙烯和丁二烯的共聚物,丁二烯为分散相,提高了材料的冲击强度,但产品不透明。

间规聚苯乙烯为间同结构,采用茂金属催化剂生产,是近年来发展的聚苯乙烯新品种,性能好,属于工程塑料。

普通聚苯乙烯(GPPS)树脂为无毒、无臭、无色的透明颗粒,似玻璃状脆性材料。其制品具有极高的透明度,透光率可达90%以上,电绝缘性能好,易着色、加工流动性好、刚性好及耐化学腐蚀性好。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差及不耐沸水等。

 

聚苯乙烯塑料的结构和性能

结构

普通聚苯乙烯的苯基在分子链上的排列为无序结构,这导致聚苯乙烯为无定形聚合物,具有很高的透明度。聚苯乙烯的侧基为体积大的苯环,分子结构不对称,大分子链运动困难,所以聚苯乙烯呈现刚且脆的性质,制品易产生内应力。因透明度高,制品的内应力可用偏振光检查。

聚苯乙烯的大分子主链为饱和的烃类聚合物,具有良好的电绝缘性,又因吸湿小,可用于潮湿环境。由于苯基的存在,主链上a氢原子活化,易被空气中的氧所氧化,制品室外长期放置可能变黄发脆。但同时苯基的存在,又赋予其较高的耐辐射性能,在10的6次方Gy辐射剂量下,性能变化很小。

性能

普通聚苯乙烯树脂颗粒为无色透明状,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,吹熄可拉出长丝,制品质硬、似玻璃状,落地或敲打有金属般的响声。能断不能弯,断口处呈蚌壳色的银光。聚苯乙烯的吸水率0.05%,稍大于聚乙烯,较湿环境对制品强度、尺寸稳定性影响不大。

普通聚苯乙烯拉伸强度可达60MPa以上,冲击强度小、耐磨性差、耐蠕变性一般,力学性能随温度升高变化较大。热变形温度70~90℃,只可长期在60~80℃范围内使用,脆化温度-30℃,导热为0.04~0.13W/m.k,膨胀系数较大6×10的-5次方~8×10的-5次方/k。化学稳定较好,耐一般酸、碱、盐、矿物油及低级醇,可溶于芳烃(苯、甲苯、乙苯及苯乙烯)、氯化烃(四氯化碳、氯仿、二氯甲烷及氯苯)。透光率88~92%,同PVC/PMMA并列为三大透明塑料,折射率1.59~1.602。因为苯环的存在,其双折射较大,不能用于高档光学仪器。

聚苯乙烯物理机械性能

相对密度1.05~1.09,吸水率0.05%,成型收缩率0.4~0.7%,透光率88~92%,折射率1.59~1.602%,断裂伸长率1~2%,弯曲强度50~100MPa,压缩强度85~115MPa,弯曲弹性模量3200MPa ,无缺口冲击强度0.5KJ.m的2次方,洛氏硬度65~90M,维卡软化点100℃,线膨胀系数0.13,热导率0.13,体积电阻10的17~19次方,介电常数2.45~2.65×10的6次方·Hz,介电强度20~28Kv/mm,耐电弧60~135s,氧指数18.5%,加工熔化温度140~180℃,分解温度330℃,在要求透明制品时干燥(70~80℃)2小时。

 

 

彩融(上海)特种光源   技术部

www.sunmonde.com.cn

2011-05-11

 


 

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