真空吸塑成型机的操作Word下载.docx
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接触或对流热传导的能量由材料传导，然而辐射加热是通过电磁波传导的。
热传输红外线范围见表5-1。
红外线被塑料片材吸收。
吸收率是片材厚度、颜色和光线波长的函数。
片材越厚,吸收度越大（图5-1）
。
每种片材形式（型号，颜色等）都有自己的吸收曲线。
如果以在20μm的浅啮合为例，某一级塑料在给定波长下有100％吸收度，这对厚板来说，意味着光线已经在表面完全被吸收。
对其他波长范围，薄层吸收很少，但随片材壁厚的增加而增加，这表明，光线在某一波长范围内能透过片材表面，只有在某些厚度下被吸收。
没有一个物体（加热器元件）即使其表面温度均匀，也不会仅放射单一波长射线。
所有的光线放射体几乎覆盖了整个红外线的范围。
既然这样，某些波长的光线就可加热表面，其他波长透射到不同厚度上去，然而这些射线也能被重新反射或是没有对材料加热面透过片材。
加热元件类型之间的区别在于不同波长光线透射性能的分配。
加热元件的温度决定输出密度的最大值。
如图5-2所示，若三个加热元件等容，a、b、c曲线以下的三个面积在大小上相等。
表5-1波长和适用
波长
范围
0.2-0.4μm
紫外线
厘米级波段
雷达，电视
0.4-0.76μm
可见光
米级波段
无线电
0.8-1000.0μm
红外线
千米级波段
图5-1型号475K，蓝色849的聚苯乙烯片材在材料厚度分别为0.04mm、0.5mm和4mm时的红外吸收曲线（信息来源：
BASF）
图5-2加热元件能量输出的原理图（标准光谱输出分布）
a-陶瓷加热器700℃；
b-合成氧化硅加热器，螺旋950℃；
c-光辐射加热器2000℃
可传递的热量取决于以下因素。
①热量随加热器元件温度函数（K）的四次方增加；
加热器的最大温度取决于连通的负载。
加热器元件的温度越高，加热周期越短（图5-3）。
图5-3加热时间随距离片材200mm的陶瓷加热器加热元件温度函数的变化
（加热器模量温度600℃）
②加热器和片材之间的距离越小，可传递的热量越大。
加热元件和片材之间的距离越大，加热周期越长（图5-4）。
图5-4加热时间随加热器元件到片材距离函数的变化
（距离为200mm）
③可传递的热量和加热系统的稳定性随整个加热器区的辐射比的增加而增加。
成排的加热元件之间留下的缝隙处，应当架一个反射器。
然而，没有反射器能做到100％的反射。
此外，反射器易被污染，从而失去了反射作用
④放射式加热器的表面应该由含有高放射元素的材料组成。
⑤可传递的热量是材料放射元素的函数（塑料等级、颜色等）。
注意：
好的放射源也是好的吸收体。
不同等级塑料的吸收曲线应该与加热器的最大辐射波谱相匹配。
然而，这点很重要，理论学者也认为如此。
纵穿整个波长频带扩展的能量放射使材料加热，不同波谱范围内相应的总能量为加热结果所确定。
一个单独的加热器的加热面积大小也是十分重要的。
加热器不只是把射线直接射到它以下的区域上，而是类似于没有反射器的光热灯泡，光线不能集中。
因此遮住加热面的边缘很重要。
就射线不被遮住或不能集中而言，片材表面的每一点都能接受来自整个加热器的射线。
然而，加热板内的加热元件关掉也会影响整个加热面。
最大的影响是加热元件下面的区域（图5-5）。
片材表面的温差在关闭了的冷却元件的中心位置之下达到最大，随他们向外散热而温差降低。
实际作用在约300角以后停止（图5-5）。
板式开关加热器元件从相邻处得到热量，根据其温度发出射线。
加热区与开关元件之间温差对加热区温度的影响见图5-6。
图5-5加热器对加热面积大小的影响
a侧视图；
b俯视图
1-实际影响区；
φ-辐射角；
T-材料温度；
△T-用加热器标准级在材料上可取得的温差
图5-6关闭的陶瓷加热器温度随加热区温度函数的下降
l-陶瓷加热器FsR/2（Elestein），板中心加热器“OFF”；
2-陶瓷加热器FSR/2（Elestein），角加热器“OFF”
如果加热板温度接近于600oC，中心处的一个加热器关掉，它将冷却约120℃。
为以这种方式用红外加热器加热塑料片材，故意保留较冷的小面积在原则上是可行的，但实际却受到限制。
许多模塑超出此方法，当冷却空气直接打到片材表面时，用铝片系统的遮住局部射线获得片材表面不同温度，比断开单个的加热器更有效。
然而这两种情况都需要专门的元件。
加热器尺寸的大小影响加热效果。
典型的陶瓷和合成氧化硅的加热器元件尺寸为62mm×
62mm、125mm×
125mm（只有陶瓷）和250mm×
62mm。
对这些一系列加热器的加热元件，框格尺寸62.5mm、125mm和250mm，在元件之间不留间隙就可固定安装。
装有测量直径约10mm石英管的卤加热器，可用长度约165mm以上。
这需要反射器，使射线从固定的一组加热器放射出来，从而获得较好的能量利用。
欲使用一组加热器均匀或不均衡地加热某一区域，加热器框在100mm×
100mm以下是无效的。
较小加热器（例如62mm×
62mm）的优势很难在实际应用中得到证实。
大于2000mm×
1500mm的较大的加热器组，经证实应选择比125mm×
125mm大的专用的加热器。
长期以来，窄加热器不适用于单工位机。
对自动卷片送料吸塑成型机，片材在加热器下成倍的输送，传送方向上的加热器的长度实际上是不重要的。
然而对于横向，至少两外侧和一中心的温度区是应当调节的。
对纵穿传送方向的自动卷片送料吸塑机加热器深度，测得有62mm，大机器有125mm，尺寸是充足的。
控制电加热器元件
电加热器元件的性能取决于热放射区的温度，而不是连接负载，只要后者能充分达到需要温度即可。
加热区的温度由一个或几个引导加热器元件（带有内置温差电偶的加热器）反馈控制时，这些引导加热器元件和同类加热器（开关并联）在连接负载、尺寸、质量和牌号方面应该尽可能等同。
热量损失也会类似。
如果加热器元件放射的温度由输出调节器（%）控制，在每一供应环节中应当没有电压波动。
片材温度必须受监控，使初始废片料总量降低。
如何获得均匀的加热区
就理论上的理想状态而言，图5-8a展示了在边框高度为0时无限长加热体系的均匀加热。
图5-8b展示了用夹持边框的理想状况。
遵循以下原则，实际上可以接近这种理想状态：
①用铝反射器或者是含铝量为99.5％的镀铝遮住夹持框（图5-9）;
②加热反射器和边框反射器垂直且周围高度相等，铝夹持框不需要反射器；
③在加热器堤坝1上选择反射器高度，其垂直距离2尽可能小。
图5-8边缘处的热应用
a理想状态下的“无限制”加热和“无”夹持框加热；
b用夹持框加热片材时的现场状态
图5-9单工位机夹持框处夹住片材时的反射区
1-加热器堤坝式反射器；
2-加热器堤坝到夹持框的距离；
3-上框反射器；
4-物料；
5-下框反射器；
6-下加热器上的反射器；
7-上加热器到片材的距离；
8-下加热器到片材的距离（取决于挠度）
图5-10表示带有链传送的自动卷片送料吸塑成型机的反射区。
由于反射器绝不会100％反射加热射线并且距离2（图5-10）实际上常为20～100mm，外界的加热和对流损失应由较高加热器的温度弥补。
边缘上的加热器对外界损失的热量越多，中心处所用的热量就越多（图5-11）。
对自动卷片送料吸塑成型机上的均匀加热，以下因素很重要。
①片材传送带上的加热面必须适合反射器（图5-10）。
图5-10自动卷片送料吸塑成型机链传送道上的反射区
1一加热器堤坝式反射器；
2一加热器堤坝的移动距离；
3一链传送道上的反射器；
4一物料；
5一反射器下加热；
6一上加热器到片材的距离；
7一下加热器到片材的距离
图5-11均匀加热片
图5-11均匀加热片材时加热器上的不同温区，适于单工位机，片材加热时只通过一次器上的不同温区，适于单工位机，片材加热时只通过一次
1-温区1，加热器温度T1；
2-温区2,加热器温度T2；
3-温区，加热器温度T3；
顺序：
Tl＞T2＞T3
②在成型段，片材上的每一点（表面）应达到同一温度。
以下几种可能性是可利用的：
遮住加热器（图5-12b和图5-13b）或机器设置加热器转换开关。
图5-12展示了片材的不规则加热。
当加热器堤坝不能接近模具时，片材在进料冲程1不能完全被加热。
进料冲程1期间，在成型段之前遮住加热器，加热变得均匀（图5-12b）。
在片材横向进给（进料冲程
3）时遮住加热器，在图5-13中可获得同一效果。
片材更均匀的加热也产生于下加热器对着上加热器的移动（图5-14）。
在这种情况下，方法的选择取决于机器设备。
当然，与以上提到的建议相结合，也是可能的。
③根据机器大小并参考加热器温度剖面图，必须至少设置一个外侧的加热器温度比中心处（图5-15）高出△T=50～约100K（50～100℃）。
图5-12自动卷片送料吸塑成型机上的加热，
这时加热器不能延伸到成型机（以上加热为例）
a用铝栅R在成型段前遮住对物料的不均匀加热；
O-成型段的物料；
1～4-加热系统下的物料的加料冲程（额外）；
F-加料冲程的长度
图5-13自动卷片送料吸塑成型机上的加热系统，
这时加热器恰好延伸到成型机（以上加热为例）
a片材的不均衡加热；
b用铝栅R在成型段前遮住对片材的均匀加热；
O-成型段的片材；
1～4-低于加热器的片材的加料程（额外）；
F-加料程的长度
图
5-14自动卷片送料吸塑成型机上的加热
（以上加热和可调低加热器为例）
1～4-加热器下的物料的进料冲程（额外）;
5-上加热器；
6-下加热器；
7-上框的反射器；
8-下框的反射器；
9-上下加热器的进料冲程1中的片材；
10-上下加热器的进料冲程2中的片材；
11-上下加热器中的进料冲程3中的片材
图5-15自动卷片送料吸塑成型的加热器上的温度剖面图
T-加热器温度；
△T-边缘和中心处加热器的温差
总之，要得到均匀的加热，必须掌握发热装置的结构、内外环境、进料的运动方向，作出相应的调控。
⑵辐射加热器
图5-16是一个陶瓷加热器。
加热盘管1设置在陶瓷材料3下面。
尽管有一部分能量损失在尾部，高温绝缘材料2与标准的整体陶瓷加热器相比，目前减少了18％损耗。
能量储存是加热器尺寸和加热器温度的函数，以及受机器工作顺序影响。
在引导加热器区，加热器温度由温差电偶反馈控制。
陶瓷可高度发射热能，加热器也很耐久。
自650℃往上，加热器呈暗红色，加热器尺寸为62mm×
62mm以上。
图5-17是一个合成氧化硅的加热器。
铬－镍铁加热线圈1安装在合成氧化硅管2里面，每一端都是开放的。
根据加热器容量，加热线圈只能隔一根管进行传导。
加热器开关打到ON上，线圈在1～2s内就将近炽热，并在整个管内发热。
合成氧化硅管吸收加热线圈的射线缓慢加热，然后在不可见区发出加热射线。
辐射扩展是非常大的。
虽然开关打到ON上后，仅在1～25内加热线圈就会发红，但千万不要认为加热器已经达到最终温度。
在这种情况下，管子会立即升温。
加热器尺寸从62mm×
62mm开始，石英加热器原则上近似于合成氧化硅加热器的方式传导，石英管被用作代替合成氧化硅管，石英加热器也采用内置管反射器的涂镀。
图5-16一个带有温差电偶的中空陶瓷加热器的剖面图（引导加热器）
1-加热盘管；
2-高温绝缘材料；
3-陶瓷外壳；
4-固定接线片；
5-温差电偶，或是温差电偶尾；
6-加热盘管的电接线
图-5-17-合成氧化硅加热器的剖面图
1-加热线圈；
2-合成氧化硅管；
3-金属外壳；
4-固定螺丝；
5-接线柱
图5-18是一个光放射器（卤加热器）。
钨发热导线1，装在短间隔石英管中心的卤气中。
由于质轻，光放射加热器速度很快，可和白炽灯泡相比，但是它的辐射扩展是非常窄的。
加热只能由辐射的红外部分产生，在可见光内不能加热！
经特殊设计，因可见光已被滤出，加热器仍是暗的。
由于辐射带窄，光放射加热器不适合非常薄的或是某一等级和颜色的塑料。
卤加热器能制造和提供各种尺寸。
图5-18卤加热器
1-发热导线；
2-石英管；
3-定位轴；
4-接电装置；
5-发热导线长度
图5-19是一个气体加热器，由电启动元件6预热。
接着导人在催化层7燃烧的气体。
气体加热器有一个宽辐射带，最大辐射长度约在4～6μm范围内。
根据不同的催化层，表面温度能在430℃到最大值600℃内变化。
加热性能和同一表面温度的陶瓷加热器相当。
气体加热器需要氧气（空气）。
他们不适于在封闭体系中使用，一般用在BOPS热成型机上。
加热器尺寸为110mm×
110mm起。
图-5-19气体加热器的剖面图
1-气休连接装置和安全阀；
2-热电偶；
3-接电装置；
4-机架；
5-绝缘体；
6-电启动元件；
7-催化层，用金属筛网8遮住
⑶接触式加热
接触式加热器通过接触将热量传递到片材或卷材上（图5-20-和图5-21）。
图5-20双面接触加热器
1-整个表面接触加热板；
2-形式相关的接触式加热板
图5-21双辊接触式加热器，采热空气加热，
与带有辐射加热系统的真空吸塑成型机逆向
1-加热辊；
2-加热辊；
3-空气加热器；
4-真空吸塑成型机上的辐射加热器
接触式加热的优点如下：
①能精确控制成型材料的温度。
②如果加热温度与成型温度一致，在正确的温度设定下材料不会过热。
③启动时没有衰减。
④能够配套加热，即在成型工段只加热将要将成型的表面。
在生产密封包装时，加热的部分能使封口边缘的厚度公差最小。
⑤对于适当的屏蔽，热损失会保持很低。
⑥适用于薄片的短加热周期。
⑦彩色和预印材料的加热时间不受着色和油墨制约。
接触式加热的缺点如下：
当加热板温度高于成型温度时，材料易粘在接触加热的表面。
涂上防黏剂的接触加热器能减少这种可能性。
在极个别情况下，塑料片材本身也得涂防黏剂。
不是涂在成型片材上的每种防黏剂都适合这种过程。
有些在加热器表面和成型工具上的残余物，例如硬脂酸钙，会造成堵塞排气孔。
在这种情况下，接触加热器和成型模具一样，甚至制成相应的零件，像助压柱塞等，必须定期清洗。
②使整个要成型片材的表面均匀接触，对于传热是必要的。
由于加热时塑料膨胀，可能在片材表面出现缺陷，这是由于高温膨胀引起了翘曲。
片材厚度差太大，也会出现同样现象。
双面接触式加热的基本计算
下面的公式用于计算双面接触式的加热时间：
t=9×
（F0/a）×
s2×
10-4
式中t-加热时间，s；
F0–傅立叶系数（表5-3）；
a–片材的热扩散率，m2/h（表5-3）；
s–片材厚度，mm。
表5-3影响双面接触加热的加热时间的因素
名称
HIPS
PVC
PP
PET
ABS
TOE①/℃
138
125
145
115
140
TME②/℃
133
135
20℃时的傅立叶系数
1.35
a热扩散率/（m2/h）
3.4x10-4
3.3x10-4
2.8x10-4
5.0x10-4
ρ密度/（kg/m3）
1.05x103
1.38x103
0.92x103
1.27x103
塑料的比热容③/
〔wh/（kg·
K）〕
0.36
0.28
0.56
0.34
0.40
以HIPS为例，在s=1.2mm时
由此得出加热时间（s）
[1.35/（3.4x10-4）]×
1.22×
10-4≈5.2s
加热时间t与加热器下面材料的单个送料冲程加热时间的总合一致。
作为机器的设定，每个位置的单个加热时间另行计算。
辊加热的接触式加热
1、①加热周期末的片材表面温度。
②加热周期末的片材中心处温度。
③1w·
h/（kg·
K）=3.6kJ/（kg·
K）
这有1、2、3和4辊的辊加热系统，辊直径约700mm。
辊加热系统的优点是：
允许材料在两个方向膨胀，垂直于传送方向和平行于传送方向；
片材离开加热系统时不发生翘曲；
加热连续；
高效率性。
辊加热系统被用来作预热器，也就是他们安装在辐射或是双向接触式加热器的反流方向上，或者它们与成型装置结合起来用作预热器（图5-21）。
闭合回路辊加热系统对成型的材料加热，是通过循环空气和调牵引速度调节，确保加热效果良好的、可重复的、短开机长度。
辊加热系统作为预热器，在材料进到传送系统的扣齿链之前，允许材料在预热阶段自由膨胀。
链传送器扩展可弥补材料的横向膨胀造成的问题。
然而，扣齿链在加热周期时不能扩展。
对于具有特别高的热膨胀的塑料，在辊预热的情况下，在预热阶段形成了大量由于加热引起的膨胀，所以很有研究意义。
⑷对流加热
在对流加热情况下，人们知道通过介质热传递，例如热空气、蒸气、热水等。
热空气在真空吸塑成型时用到：
用于干燥热空气干燥箱内的吸湿性片材；
用在成型机上的预
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