红外线辐射加热在复合材料越来越广泛的应用

时间：2014-06-16作者：广州市萨莱米自动化设备有限公司浏览：248

    感谢在航空和高端汽车领域的应用，复合材料已经变得为公众所非常熟知。    

                                  ----------爱尔兰Ceramicx

 

     虽然在那些广为人知的领域，复合材料的应用在不断的增长,如波音787上的部件，**过50％的是先进的复合材料，一项针对快速制造技术的部署正在推广中，这个部署是为了将复合材料整合到主流制造中去，并且使其远离高端、高成本、特殊应用领域。

    例如，城市车辆宝马i3轿车，将大量投产完全采用碳纤维增强塑料（CFRP）制成的乘客舱。宝马声称对于大规模生产的车辆，这是**次。对于转化为大规模生产至关重要的一点是生产方法。这是出色的红外线加热的优势所在，它已成为复合材料制造商的一个关键性生产助力。

    过去的加热工艺 Heat  Work of the past

    传统的固化方法严重依赖于高压装置，尤其对有高质量和高安全要求的关键产品，如飞机的机翼。在高压装置中，高压用于制造没有空隙或缺陷的部件，并且对流的热量总体上提供了固化所需的热能量。但是，高压装置可以很大，购买和运行费用高昂。成本回收期也很长。带着废弃巨大昂贵高压装置的兴趣，更多的复合材料生产过程被再次审视，以便达到“去除高压装置”（简称OOA）的目的。由于这些方法不是在封闭环境中进行的，热传递中的传导和对流方法并不合适，其他加热方式必须要去研究。这正是红外线加热快速性和定向性的优点大显身手的地方——更小，更轻，可控性更好，成本经济，并且也可针对精确区域。




    工业中红外加热的优点 The advantages of IR heat in industry

    首先，红外加热具有可移动性，快速性和灵活性。它能很容易适应复合材料生产或固化过程的中间步骤，并且很重要的是节约能量、缩短固化时间。在一项研究中（P.Kiran Kumar 2011），相比于在加热炉中通常热固化所需的236分钟，红外固化所需的固化时间仅为56分钟。这节约了75%的时间。对比于传统的依靠环氧树脂和纤维层热传导的加热方式，这个研究的作者将四倍节省时间的主要因素归功于体积加热。

  “红外线的优点是作为辐射源它不需要介质。””…advantage of IR”

    红外线更大的优点是它作为辐射源不需要介质。红外线不应该被看成热量，而应该被看成一种电磁波，和光的表现形式相同。因此，它可以在真空中传播。作为加热源它是非接触式的。例如粉尘这类污染问题，可能存在于对流加热中，但对红外加热来说是不存在的。红外加热在大多数情况下并不需要繁琐的安全要求。在波长很短的情况下，光线的强度比较高可能需要护目镜或屏蔽保护。

    当选择一种红外线辐射器时，辐射器匹配目标材料的吸收光谱是非常重要的。许多聚合物能很好地吸收中长波区域。虽然短波红外线加热器具有较快的预热时间，但它们的高功率密度可导致材料表面烧焦。较低功率的加热器，例如陶瓷或石英加热器可以提供更温和的长波加热，尽管渗透材料达到彻底固化需要时间。 生产的特性也需要被考虑在内，比如它是连续的还是不连续的生产过程。  杂质比如灰尘或者水汽都可以妨碍目标材料对红外线的吸收，可能需要为其做萃取或者除尘的准备工作。

红外线加热的优点总结：

1、快速加热和快速冷却时间。红外线可以在需要的地点和时间被开启；

2、高功率密度可能（受材料限制）；

3、更高的生产速度；

4、紧凑的安装；

5、投资成本低；

6、可适应性和可扩展性；

7、在某些改造案例下，可能它是一的选择；

8、可以渗透到聚合物中，产生一种体积加热效果（相对于传导和对流加热而言）；

    将红外线加热应用到复合材料制造中去。

    当用于产品直接加热时，辐射热能是较有益的。红外线加热，例如可以用在热塑性复合材料的片材成型上，在成型时，一张固态复合材料层压板被红外线辐射器迅速加热，然后在成型模具的两个冷却工具之间被快速压合成型。这样的生产过程具有快速的生产周期。对于复合材料中使用的热固化树脂的三种主要类型（环氧树脂，酚醛树脂和尿烷树脂），与传统的对流加热炉相比，红外加热可以提供更快的加热时间，降低了加热炉的长度，并增加了进料速度。

    红外线也在铺带中使用。在此过程中，一条原料“带”被加热并铺放在模具的**部。高功率密度的红外线灯，如石英管，加热被铺设带的前方区域。一个精密的机械控制铺带头可达到高度的可重复性和可控制性。空客A400M和A340 的一些部件都是用这种方式生产的。

   “……目标材料的吸收光谱和红外线辐射器相匹配是非常重要的。”      

   “…it is improtant”

    模具的预热也可以通过红外线加热来进行。在某些情况下，模具的表面可能需要处理，以实现与红外线适合的反应，从而加快表面升温时间。

    损坏的复合材料结构，如飞机机身的维修操作，是另外一个红外线技术显示其便捷的加热性能和传导方式的领域。对于不规则形状的部件，红外线灯可以被特殊设计或与机器人联合使用，以符合表面所需要的热量输入。维修可以在“原地”进行，且固化设备轻巧、可移动性好，并且不需要与维修表面接触。




                    复合材料风力涡轮机叶片正等待装配

    红外线加热在纤维干燥方面也有一定的应用。例如，拉挤成型，在树脂与聚氨酯接触之前，纤维必须完全干燥，因为额外的水份会引起成品外观表面起泡。即使是温和的湿度水平也可能导致某些纤维和聚合物化合从而引起问题。红外线加热器是在拉挤成型前蒸发掉多余水分较理想的处理方法。复合材料加工过程中的一个中间阶段是压实。此过程中，在较终固化之前，复合材料被层叠起来。在这些中间的阶段，应用真空和适度加热可减少问题，例如起皱现象，并避免空洞的形成。空洞可以减少层间的剪切强度引起层间剥离，同时没有纤维支持的部位，可以引起局部应力集中。

在实践中应用 Putting it into practice

    许多制造行业正越来越多地认识到，从一开始热加工问题就需要被正确的整合，以获得成功和项目的成本效益，红外线能量的问题更是如此。

    Ceramicx是一家，通过加热工艺的指导和咨询来获得业务增长的公司。它所主要依托的是对各种红外线加热类型的理解以及它们作用于目标复合材料的效果，以及红外线加热控制系统和配套环境来达到可行的生产解决方案。从汽车到航天行业，从智能手机制造商到以尖端的白色家电生产商，该公司近来已经成为大量在其他地方无法找到解决方案的蓝筹客户所能求助的一工厂。

    Ceramicx早已准备就绪，有能力和那些对复合材料固化加热炉有兴趣的客户合作。很多行业现在来看正在为一个变革点做准备，它包含生产成本的降低、能量和材料固化问题、也包括温度——简而言之是以红外线为基础的解决方案。

红外线加热工作不止涉及新的项目：Ceramicx的轨迹记录了大量在改装加热盘或加热炉机械装置方面的工作，以让机器提高加热工艺和保证能量的消费能够：“以尽可能少的利用，来满足尽可能多的需求，把更多的利润放在我们客户的口袋里”。


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• 词条

  词条说明

• 红外线加热设备

  红外线加热设备 基本概括 红外线加热设备是一种由红外线辐射加热器以及电气控制元件共同构成的加热设备，其主要优势在于根据需要能够满足各行业的加热要求，如：加热范围的尺寸要求、不同温度的选择、加热时间以及生产频率的要求、测温点和温度区域的布置、红外线辐射波长的选择等等，根据这些要求可以灵活的设计出较佳的加热方案，将其应用到红外线加热设备中，较终满足加热工艺要求。 加热设备的对比 在19世纪初**次工

• 红外线加热器热电偶

  正文 红外线加热器在实际使用过程中往往需要对温度进行有效地控制，这就需要预先在红外线加热器内部嵌入感温元件——热电偶,同时热电偶也是一种仪表，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。根据是否带热电偶可以将红外线加热器分为两种类型，分别为内置热电偶与不带热电偶两类加热器。（如图所示）           &

• 红外线石英加热管影响寿命因素及维护保养

  结构描述 红外线石英加热管是采用特殊工艺加工的透明石英玻璃管，装配上耐高温的电热丝，并且在石英玻璃管内充满惰性气体，通电后，使其在高温情况下起到保护红外线石英加热管的作用，延长了加热管的使用寿命。一般情况下，红外线石英加热管内使用卤素或者钨气体作为保护气体。   寿命因素 1. 管壁负荷。负荷大灯管寿命低，相同工作电流，灯管直径小则寿命低； 2. 工作电压。灯管电压偏高使用寿命降低；

• 远红外隧道烘箱可不是一般的神奇

  红外线干燥和真空干燥是塑料加工中的新技术，这些新技术的应用较大地缩短了物料的停留时间并降低了能源消耗。但是二维运动混合机，创新的干燥工艺其价格也相对较高。因此，近些年来，人们也在努力地提高传统除湿气体干燥的效率。所以，在做出投资决策时，应当进行精确的成本评估，不仅要考虑采购成本，还要考虑管路、能源、空间和维修保养等，以使较小的投资得到较大的回报。 干燥胶粒的另一种方法是红外线干燥工艺。在对流加热