紅外線輻射加熱在復(fù)合材料越來越廣泛的應(yīng)用

時間：2014-06-16作者：廣州市薩萊米自動化設(shè)備有限公司瀏覽：247

    感謝在航空和**汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，復(fù)合材料已經(jīng)變得為公眾所非常熟知。    

                                  ----------愛爾蘭Ceramicx

 

     雖然在那些廣為人知的領(lǐng)域，復(fù)合材料的應(yīng)用在不斷的增長,如波音787上的部件，**過50％的是**的復(fù)合材料，一項針對快速制造技術(shù)的部署正在推廣中，這個部署是為了將復(fù)合材料整合到主流制造中去，并且使其遠離**、高成本、特殊應(yīng)用領(lǐng)域。

    例如，城市車輛寶馬i3轎車，將大量投產(chǎn)完全采用碳纖維增強塑料（CFRP）制成的乘客艙。寶馬聲稱對于大規(guī)模生產(chǎn)的車輛，這是**次。對于轉(zhuǎn)化為大規(guī)模生產(chǎn)至關(guān)重要的一點是生產(chǎn)方法。這是出色的紅外線加熱的優(yōu)勢所在，它已成為復(fù)合材料制造商的一個關(guān)鍵性生產(chǎn)助力。

    過去的加熱工藝 Heat  Work of the past

    傳統(tǒng)的固化方法嚴重依賴于高壓裝置，尤其對有高質(zhì)量和高安全要求的關(guān)鍵產(chǎn)品，如飛機的機翼。在高壓裝置中，高壓用于制造沒有空隙或缺陷的部件，并且對流的熱量總體上提供了固化所需的熱能量。但是，高壓裝置可以很大，購買和運行費用高昂。成本回收期也很長。帶著廢棄巨大昂貴高壓裝置的興趣，更多的復(fù)合材料生產(chǎn)過程被再次審視，以便達到“去除高壓裝置”（簡稱OOA）的目的。由于這些方法不是在封閉環(huán)境中進行的，熱傳遞中的傳導(dǎo)和對流方法并不合適，其他加熱方式必須要去研究。這正是紅外線加熱快速性和定向性的優(yōu)點大顯身手的地方——較小，較輕，可控性較好，成本經(jīng)濟，并且也可針對精確區(qū)域。




    工業(yè)中紅外加熱的優(yōu)點 The advantages of IR heat in industry

    首先，紅外加熱具有可移動性，快速性和靈活性。它能很容易適應(yīng)復(fù)合材料生產(chǎn)或固化過程的中間步驟，并且很重要的是節(jié)約能量、縮短固化時間。在一項研究中（P.Kiran Kumar 2011），相比于在加熱爐中通常熱固化所需的236分鐘，紅外固化所需的固化時間僅為56分鐘。這節(jié)約了75%的時間。對比于傳統(tǒng)的依靠環(huán)氧樹脂和纖維層熱傳導(dǎo)的加熱方式，這個研究的作者將四倍節(jié)省時間的主要因素歸功于體積加熱。

  “紅外線的優(yōu)點是作為輻射源它不需要介質(zhì)?！薄薄?span>advantage of IR”

    紅外線較大的優(yōu)點是它作為輻射源不需要介質(zhì)。紅外線不應(yīng)該被看成熱量，而應(yīng)該被看成一種電磁波，和光的表現(xiàn)形式相同。因此，它可以在真空中傳播。作為加熱源它是非接觸式的。例如粉塵這類污染問題，可能存在于對流加熱中，但對紅外加熱來說是不存在的。紅外加熱在大多數(shù)情況下并不需要繁瑣的安全要求。在波長很短的情況下，光線的強度比較高可能需要護目鏡或屏蔽保護。

    當選擇一種紅外線輻射器時，輻射器匹配目標材料的吸收光譜是非常重要的。許多聚合物能很好地吸收中長波區(qū)域。雖然短波紅外線加熱器具有較快的預(yù)熱時間，但它們的高功率密度可導(dǎo)致材料表面燒焦。較低功率的加熱器，例如陶瓷或石英加熱器可以提供較溫和的長波加熱，盡管滲透材料達到徹底固化需要時間。 生產(chǎn)的特性也需要被考慮在內(nèi)，比如它是連續(xù)的還是不連續(xù)的生產(chǎn)過程。  雜質(zhì)比如灰塵或者水汽都可以妨礙目標材料對紅外線的吸收，可能需要為其做萃取或者除塵的準備工作。

紅外線加熱的優(yōu)點總結(jié)：

1、快速加熱和快速冷卻時間。紅外線可以在需要的地點和時間被開啟；

2、高功率密度可能（受材料限制）；

3、較高的生產(chǎn)速度；

4、緊湊的安裝；

5、投資成本低；

6、可適應(yīng)性和可擴展性；

7、在某些改造案例下，可能它是一的選擇；

8、可以滲透到聚合物中，產(chǎn)生一種體積加熱效果（相對于傳導(dǎo)和對流加熱而言）；

    將紅外線加熱應(yīng)用到復(fù)合材料制造中去。

    當用于產(chǎn)品直接加熱時，輻射熱能是較有益的。紅外線加熱，例如可以用在熱塑性復(fù)合材料的片材成型上，在成型時，一張固態(tài)復(fù)合材料層壓板被紅外線輻射器迅速加熱，然后在成型模具的兩個冷卻工具之間被快速壓合成型。這樣的生產(chǎn)過程具有快速的生產(chǎn)周期。對于復(fù)合材料中使用的熱固化樹脂的三種主要類型（環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂和尿烷樹脂），與傳統(tǒng)的對流加熱爐相比，紅外加熱可以提供較快的加熱時間，降低了加熱爐的長度，并增加了進料速度。

    紅外線也在鋪帶中使用。在此過程中，一條原料“帶”被加熱并鋪放在模具的**部。高功率密度的紅外線燈，如石英管，加熱被鋪設(shè)帶的前方區(qū)域。一個精密的機械控制鋪帶頭可達到高度的可重復(fù)性和可控制性?？湛?span>A400M和A340 的一些部件都是用這種方式生產(chǎn)的。

   “……目標材料的吸收光譜和紅外線輻射器相匹配是非常重要的。”      

   “…it is improtant”

    模具的預(yù)熱也可以通過紅外線加熱來進行。在某些情況下，模具的表面可能需要處理，以實現(xiàn)與紅外線適合的反應(yīng)，從而加快表面升溫時間。

    損壞的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如飛機機身的維修操作，是另外一個紅外線技術(shù)顯示其便捷的加熱性能和傳導(dǎo)方式的領(lǐng)域。對于不規(guī)則形狀的部件，紅外線燈可以被特殊設(shè)計或與機器人聯(lián)合使用，以符合表面所需要的熱量輸入。維修可以在“原地”進行，且固化設(shè)備輕巧、可移動性好，并且不需要與維修表面接觸。




                    復(fù)合材料風力渦輪機葉片正等待裝配

    紅外線加熱在纖維干燥方面也有一定的應(yīng)用。例如，拉擠成型，在樹脂與聚氨酯接觸之前，纖維必須完全干燥，因為額外的水份會引起成品外觀表面起泡。即使是溫和的濕度水平也可能導(dǎo)致某些纖維和聚合物化合從而引起問題。紅外線加熱器是在拉擠成型前蒸發(fā)掉多余水分較理想的處理方法。復(fù)合材料加工過程中的一個中間階段是壓實。此過程中，在較終固化之前，復(fù)合材料被層疊起來。在這些中間的階段，應(yīng)用真空和適度加熱可減少問題，例如起皺現(xiàn)象，并避免空洞的形成。空洞可以減少層間的剪切強度引起層間剝離，同時沒有纖維支持的部位，可以引起局部應(yīng)力集中。

在實踐中應(yīng)用 Putting it into practice

    許多制造行業(yè)正越來越多地認識到，從一開始熱加工問題就需要被正確的整合，以獲得成功和項目的成本效益，紅外線能量的問題較是如此。

    Ceramicx是一家，通過加熱工藝的指導(dǎo)和咨詢來獲得業(yè)務(wù)增長的公司。它所主要依托的是對各種紅外線加熱類型的理解以及它們作用于目標復(fù)合材料的效果，以及紅外線加熱控制系統(tǒng)和配套環(huán)境來達到可行的生產(chǎn)解決方案。從汽車到航天行業(yè)，從智能手機制造商到以**的白色家電生產(chǎn)商，該公司近來已經(jīng)成為大量在其他地方無法找到解決方案的藍籌客戶所能求助的一工廠。

    Ceramicx早已準備就緒，有能力和那些對復(fù)合材料固化加熱爐有興趣的客戶合作。很多行業(yè)現(xiàn)在來看正在為一個變革點做準備，它包含生產(chǎn)成本的降低、能量和材料固化問題、也包括溫度——簡而言之是以紅外線為基礎(chǔ)的解決方案。

紅外線加熱工作不止涉及新的項目：Ceramicx的軌跡記錄了大量在改裝加熱盤或加熱爐機械裝置方面的工作，以讓機器提高加熱工藝和保證能量的消費能夠：“以盡可能少的利用，來滿足盡可能多的需求，把更多的利潤放在我們客戶的口袋里”。


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