使用紅外輻射器控制熱成型中的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
熱成型是一種制造工藝，用于通過(guò)加熱塑料片材直至其變得柔韌，然后將其模制成特定形狀來(lái)成型熱塑性材料。該工藝在包裝中至關(guān)重要，用于制造食品包裝、醫(yī)療托盤(pán)和消費(fèi)品包裝。在汽車(chē)行業(yè)，熱成型塑料用于儀表板、門(mén)板和內(nèi)飾等部件。它們對(duì)于生產(chǎn)建筑中的窗戶型材、管道和絕緣材料至關(guān)重要。此外，熱成型塑料還用于各種消費(fèi)品，包括飲料瓶、功能性鞋膜和其他日常用品。

熱成型工藝首先加熱熱塑性片材，直到其變軟變?nèi)犴g，達(dá)到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。此步驟至關(guān)重要，因?yàn)樗试S材料輕松成型為所需的形狀。紅外輻射器通常用于此目的，因?yàn)樗鼈冃矢?，能夠提供受控加熱。一旦熱塑性片材變得柔韌，就使用模具通過(guò)真空成型、壓力成型或機(jī)械成型等方法將其成型為所需的形狀。每種方法都有特定的應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)，但都依賴(lài)于通過(guò)施加壓力或真空來(lái)成型加熱的塑料。成型后，必須冷卻片材以固化新形狀，確保塑料保持其形狀和結(jié)構(gòu)完整性。將冷卻的部件從模具中取出，并可能進(jìn)行額外的修整和精加工以達(dá)到最終產(chǎn)品的規(guī)格。熱成型中常用的材料包括聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯 (PS)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 和聚氯乙烯 (PVC)。確保溫度均勻性對(duì)于避免最終產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷至關(guān)重要，因?yàn)榫鶆蚣訜峥纱_保整個(gè)塑料片材達(dá)到相同的柔韌性水平，從而防止出現(xiàn)弱點(diǎn)或不一致。足夠的熱量滲透對(duì)于在不過(guò)熱的情況下實(shí)現(xiàn)必要的柔韌性也至關(guān)重要。

紅外傳感器是確保塑料達(dá)到其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度所必需的。然而，溫度監(jiān)測(cè)可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗芰系暮穸韧ǔＰ∮?400 µm，并且該過(guò)程涉及紅外加熱器。紅外加熱器通過(guò)定向紅外輻射以非接觸方式傳輸熱量或能量。為了盡可能高效地使用紅外加熱工藝，必須考慮塑料材料的發(fā)射率，確定紅外發(fā)射器應(yīng)在短波、中波還是長(zhǎng)波紅外范圍內(nèi)工作。發(fā)射率取決于材料、表面質(zhì)量、波長(zhǎng)、角度，以及在某些情況下，應(yīng)用的配置。

輻射加熱器/紅外輻射器的要求因紅外輻射的波長(zhǎng)和產(chǎn)品材料而異。這方面的一個(gè)挑戰(zhàn)是，在相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作的紅外傳感器可能會(huì)拾取來(lái)自熱發(fā)射器的背反射。
此外，薄塑料薄膜用于壁厚較薄的熱成型部件，在某些光譜范圍內(nèi)可能是透明的。這使得該應(yīng)用更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)榫哂绣e(cuò)誤光譜靈敏度的紅外溫度傳感器可能無(wú)法拾取塑料薄膜的紅外輻射。



控制熱成型溫度：紅外輻射器和測(cè)溫儀光譜范圍的作用
通常使用紅外輻射器，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┦芸厍揖鶆虻募訜?，確保熱塑性片材達(dá)到必要的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。了解加熱表面的狀況對(duì)于控制加熱過(guò)程至關(guān)重要。紅外測(cè)溫儀在塑料成型之前監(jiān)測(cè)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提供最快、最直接的測(cè)量方法。

紅外加熱器附近的紅外測(cè)量的一個(gè)挑戰(zhàn)是避免在加熱器工作的相同光譜范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。紅外加熱器和干燥機(jī)通常在近紅外 (NIR) 和中紅外 (MIR) 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作。NIR 加熱器通常在 0.75 µm 至 1.5 µm 的范圍內(nèi)工作，提供強(qiáng)烈而集中的熱量，非常適合快速加熱應(yīng)用。MIR 加熱器在 1.5 µm 至 5.0 µm 的范圍內(nèi)工作，提供適合兩個(gè)表面的平衡加熱，并略微深入材料。為了避免串?dāng)_，測(cè)溫儀通常在 8 µm – 14 µm 的長(zhǎng)波長(zhǎng) (LT) 范圍內(nèi)工作，用于大多數(shù)干燥和加熱應(yīng)用。最佳做法是使用靈敏度與紅外加熱器不同的紅外傳感器以避免串?dāng)_。

薄塑料薄膜也存在挑戰(zhàn)，因?yàn)樵谀承┕庾V范圍內(nèi)可能是透明的。這需要使用具有正確光譜靈敏度的傳感器，以避免背反射讀數(shù)不準(zhǔn)確。厚度大于 0.4 毫米的塑料和著色薄膜可以在長(zhǎng)波紅外光譜范圍 (8-14 μm) 內(nèi)輕松測(cè)量，發(fā)射率 ≥ 0.9。然而，非常薄的塑料薄膜在這個(gè)光譜范圍內(nèi)是透明的，因此只能通過(guò)窄帶敏感的紅外傳感器利用紅外光譜中特定于材料的吸收帶進(jìn)行溫度測(cè)量。

塑料中的紅外溫度測(cè)量涉及特定的光譜帶和溫度范圍。C-H 波段的波長(zhǎng)為 3.43 μm，對(duì) 50°C 以上的溫度有效 (P3 > 50°C)。相比之下，波長(zhǎng)為 7.95 μm 的 C-F 酯帶適用于 0°C 以上的溫度（P7 > 0°C）。不同的塑料材料對(duì)這些光譜帶的響應(yīng)不同。聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、玻璃紙和聚苯乙烯 (PS) 對(duì) 3.43 μm 處的 C-H 帶敏感，但對(duì) C-F 酯帶不敏感。相比之下，氟塑料 (FEP) 和聚酰亞胺對(duì) 7.95 μm 處的 C-F 酯帶敏感，但對(duì) C-H 帶不敏感。某些材料（例如丙烯酸和聚碳酸酯）對(duì)兩個(gè)波段均有響應(yīng)。聚酯對(duì)厚度大于 10 μm 的 C-H 帶有效，并對(duì) C-F 酯帶有響應(yīng)。聚氯乙烯 (PVC) 對(duì)兩個(gè)光譜帶均有響應(yīng)，使其適用于紅外溫度測(cè)量應(yīng)用。

采用易于安裝且對(duì)熱沖擊不敏感的高溫計(jì)，實(shí)現(xiàn)熱成型中經(jīng)濟(jì)高效的溫度管理
CT LT 傳感器已用于生產(chǎn)用于雜貨食品的廉價(jià)塑料包裝。由于塑料薄膜厚度超過(guò) 400 µm，因此長(zhǎng)波長(zhǎng)傳感器就足夠了。制造商已將多個(gè)高溫計(jì)集成到一條生產(chǎn)線中，以監(jiān)測(cè)溫度不均勻性。如果溫度讀數(shù)不同，可編程邏輯控制器 (PLC) 會(huì)根據(jù)通過(guò)模擬輸入接收到的溫度數(shù)據(jù)調(diào)整紅外加熱器的功率。在線溫度計(jì)安裝在紅外加熱器旁邊，塑料薄膜在此達(dá)到最高溫度，以避免任何寄生反射。盡管如此，環(huán)境溫度仍然很高，因此傳感器必須承受高溫。

Optris 測(cè)溫儀的抗熱沖擊特性在此應(yīng)用中至關(guān)重要，因?yàn)樗梢源_保即使在溫度波動(dòng)迅速或附近有熱量排放的環(huán)境中也能準(zhǔn)確可靠地測(cè)量溫度。Optris 提供一系列機(jī)械配件，大大簡(jiǎn)化了其傳感器與現(xiàn)有熱成型機(jī)械的集成。這些配件包括安裝支架、可調(diào)節(jié)支架、窗口和保護(hù)外殼，使制造商能夠更輕松地將紅外測(cè)溫系統(tǒng)整合到機(jī)械設(shè)備中，而無(wú)需進(jìn)行大量改造。此外，傳感頭可以從電子箱中斷開(kāi)，從而簡(jiǎn)化了復(fù)雜機(jī)械設(shè)置中的安裝和維護(hù)。這不僅節(jié)省了時(shí)間，還降低了安裝成本。