红外线加热应用知识

Ceramicx红外线加热--复合材料——越来越广泛的应用

发布时间：2018-07-24 10:17:01 信息来源：萨莱米自动化

由于在航空和高端汽车领域的应用，复合材料现在变得被大家非常熟悉。
虽然在那些广为人知的领域，它们的应用在不断的增长（波音787上的部件，超过50％的是先进复合材料），一项针对快速制造技术的部署正在推进中，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，作为新概念汽车的宝马i3将采用完全由大量碳纤维增强塑料（CFRP）制成的乘客舱。这是宝马第一次作为一个高比例采用复合材料的车辆。在转为大批产生产至关重要的是加工方法。这是智能红外（IR）加热的优势，它可以成为复合材料生产商的一个关键加工助剂。
热加工的过去
传统的固化方法严重依赖于高压处理，尤其对有高质量和高安全要求的关键部件，如飞机的翅膀。在高压处理中，高压用于释放部件中的空隙和缺点和为固化传递热量以满足固化过程对热量的要求。然而，高压处理装置可能很大，购买和运行费用很高。周期时间也很长。从大型昂贵的高压处理装置中移出后，为了完全“离开高压处理装置”（OOA），许多复合过程将再次被检查。由于这些方法是在真空环境下进行的，热传递的传导和对流手段不是太合适，其他形式的加热必须要去研究。这正是ceramicx IR加热快速，可控制的优点，相比之下，IR加热设备小，重量轻，可控性好，性价比高，并且可针对精确的区域进行加热。

在工业中IR 加热的优点
首先，IR 加热具有流动性，快速性，灵活性。它能很容易适应复合材料加工或固化过程的中间步骤，并且节约能量、节省固化时间。在一项研究中（P。Kiran Kumar 2011）,ceramicx IR 固化所用的固化时间是56分钟，而在烤炉中“正常的固化”所需的时间236分钟。这节约了75%的时间。这个研究的作者引用立体（穿透）加热作为一个主要因素来说明与传统加热依靠环氧树脂和纤维矩阵的热传导相比，前者节约四倍的时间。
“红外线加热的优点是其来自于辐射并且不需要介质。”
IR更大的优点是它来自于辐射不需要介质。IR 红外线不应该被看成热，而应该看成一种电磁波，和光的表现形式相同。因此，它可以在真空中传播。作为非接触的加热源，污染等问题，如粉尘可能是对流加热不能使用的一个因素。红外加热在大多数情况下并不需要繁琐的安全要求。短波线外的光的强度比较高，可能需要护目镜或保护。当选择一个红外线辐射器时，与辐射器匹配目标材料的光谱吸收是很重要的。许多聚合物能很好地吸收中长波。虽然短波红外加热器具有最快的热启动时间，但是它们的高功率密度可能导致材料表面的燃烧。较低的功率加热器，如陶瓷或石英加热器可以提供更温和、长波段的加热，从而使材料的渗透时间更长，以实现彻底固化。红外线加热方法的本质也需要被考虑在内，无论是连续的或者离散的过程。杂质如灰尘或水汽还可能影响被加热物质对红外线的吸收，可能需要为其提取或除去这些杂质作出准备。
红外加热的优点总结
n 快速加热和快速冷却时间。红外线可以安置在需要的时间和地点。
n 可能用更高功率密度（受材料限制）
n 更高的生产速度
n 紧凑的安装
n 投资成本低
n 可适应性和可扩展性强
n 在某些维修的情况下，可能是唯一选择。
n 可以渗透到聚合物，产生一种立体加热效果（相对于传导和对流加热）

红外热在复合材料制造的应用
当用于产品的直接加热时，辐射热是最有益的。例如，爱尔兰ceramicx红外加热可以用在热塑性复合材料的片材成型，在成型时固体复合层压材料的片材被红外线辐射器迅速加热，然后在两个冷却器模具之间被快速按压成型，最终形成成型模型。这样的过程与快速循环时间有关。对于在复合材料中使用的热固化树脂主要三种类型（环氧树脂，酚醛树脂和聚氨酯），与传统的对流加热烤箱相比，红外加热可以提供更快的加热时间，降低了炉的长度，并增加线速度。
红外也在铺带过程中使用。在此过程中，原料的“带”被加热并沉积在一个模型的顶部。高功率密度的红外灯，如石英管，向前加热带铺完的区域。精密的机械手控制头可以高重复性和控制。空客A400M和A340 的一些部件都用这种方式生产的。
“……匹配目标材料与红外线辐射器的光谱吸收是很重要的。”
模具的预热也可以通过红外加热进行。在某些情况下模具的表面必须进行处理，以实现与红外线合适的波段，从而使表面快速升温。
维修业务涉及的另一个领域是关于损坏的复合结构，如飞机机身，其中红外技术正在取代传统的加热垫和导电的方法。对于不规则形状的部件，红外线灯可以设计或与机器人一起使用，以符合表面的热输入的要求。维修可以在“原位”进行，且固化设备轻、可移动，并且不需要与修复的表面接触。

红外线加热在纤维的干燥方面也有一定的应用。例如，拉挤成型，在树脂进入与聚氨酯接触之前，纤维必须完全干燥，因为多余的水会引起成品轮廓的表面起泡。即使是适度的湿度水平，某些纤维和聚合物的组合也可能会导致问题。ceramicx红外加热器是牵引之前去掉多余水分的理想处理方法。复合材料的加工中的一个阶段是去膨胀。此过程中，在最终固化之前该复合材料是分阶段进行。在这些中间的阶段，真空和中等热可应用于减少如皱纹和空洞的形成等问题。空洞可以减少层间剪切强度引起层间剥离，同时不支持的纤维的区域可诱导局部应力集中。

红外线加热复合材料热压成型
复合材料另一个重要的工艺是热压成型，通常这个方法被用于制造一些高附加值的零件。如手机外壳、汽车碳纤维后视镜外壳、高尔夫球头、跑车外部覆盖件或内饰装饰件等，均匀的加热对于材料成型至关重要，ＩＭＤ高压成型的复合材料手机外壳，多层材料层压，外观立体感强，并且防划耐磨，手感舒适，其在成型过程中对加热要求非常高，温度精度及均匀性确保其在模具高压力下不会出现裂痕及斑点。

红外热用于实践
许多制造行业正越来越多地认识到工艺加热问题需要从一开始正确地集成到成功的和具有成本效益的项目，红外能量的问题更是如此。
Ceramicx是一个是看到越来越多涉及热加工的指导和咨询的角色业务的公司，主要对于各种红外加热类型的理解及其对目标复合材料的影响，以及红外热控制系统，以达到有效的生产解决方案。该公司近来成为大量在其他地方找不到解决方案的蓝筹股公司的唯一选择，从汽车到航空业，从智能手机制造商到以尖端的白色家电生产商。
因此Ceramicx已准备就绪，能够与那些有兴趣在复合固化的烤箱客户一起工作。很多业内人士现在似乎在准备一个转折点，工艺成本降低，能源和材料的固化问题，以及温度问题—简而言之，以红外热为基础的解决方案。
红外热工作涉及多个新项目：该Ceramicx公司跟踪记录包括在旧机器加装红外线加热热板或烘箱机制，以提高热效率，并确保所消耗的能量
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