使用紅外輻射器控制熱成型中的玻璃化轉變溫度
熱成型是一種制造工藝，用于通過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成型熱塑性材料。該工藝在包裝中至關重要，用于制造食品包裝、醫療托盤和消費品包裝。在汽車行業，熱成型塑料用于儀表板、門板和內飾等部件。它們對于生產建筑中的窗戶型材、管道和絕緣材料至關重要。此外，熱成型塑料還用于各種消費品，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，直到其變軟變柔韌，達到其玻璃化轉變溫度。此步驟至關重要，因為它允許材料輕松成型為所需的形狀。紅外輻射器通常用于此目的，因為它們效率高，能夠提供受控加熱。一旦熱塑性片材變得柔韌，就使用模具通過真空成型、壓力成型或機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用和優勢，但都依賴于通過施加壓力或真空來成型加熱的塑料。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構完整性。將冷卻的部件從模具中取出，并可能進行額外的修整和精加工以達到最終產品的規格。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)。確保溫度均勻性對于避免最終產品出現缺陷至關重要，因為均勻加熱可確保整個塑料片材達到相同的柔韌性水平，從而防止出現弱點或不一致。足夠的熱量滲透對于在不過熱的情況下實現必要的柔韌性也至關重要。

紅外傳感器是確保塑料達到其玻璃化轉變溫度所必需的。然而，溫度監測可能具有挑戰性，因為塑料的厚度通常小于 400 µm，并且該過程涉及紅外加熱器。紅外加熱器通過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射率，確定紅外發射器應在短波、中波還是長波紅外范圍內工作。發射率取決于材料、表面質量、波長、角度，以及在某些情況下，應用的配置。

輻射加熱器/紅外輻射器的要求因紅外輻射的波長和產品材料而異。這方面的一個挑戰是，在相同波長范圍內工作的紅外傳感器可能會拾取來自熱發射器的背反射。
此外，薄塑料薄膜用于壁厚較薄的熱成型部件，在某些光譜范圍內可能是透明的。這使得該應用更具挑戰性，因為具有錯誤光譜靈敏度的紅外溫度傳感器可能無法拾取塑料薄膜的紅外輻射。



控制熱成型溫度：紅外輻射器和測溫儀光譜范圍的作用
通常使用紅外輻射器，因為它們可以提供受控且均勻的加熱，確保熱塑性片材達到必要的玻璃化轉變溫度。了解加熱表面的狀況對于控制加熱過程至關重要。紅外測溫儀在塑料成型之前監測其玻璃化轉變溫度，提供最快、最直接的測量方法。

紅外加熱器附近的紅外測量的一個挑戰是避免在加熱器工作的相同光譜范圍內進行測量。紅外加熱器和干燥機通常在近紅外 (NIR) 和中紅外 (MIR) 的波長范圍內工作。NIR 加熱器通常在 0.75 µm 至 1.5 µm 的范圍內工作，提供強烈而集中的熱量，非常適合快速加熱應用。MIR 加熱器在 1.5 µm 至 5.0 µm 的范圍內工作，提供適合兩個表面的平衡加熱，并略微深入材料。為了避免串擾，測溫儀通常在 8 µm – 14 µm 的長波長 (LT) 范圍內工作，用于大多數干燥和加熱應用。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擾。

薄塑料薄膜也存在挑戰，因為在某些光譜范圍內可能是透明的。這需要使用具有正確光譜靈敏度的傳感器，以避免背反射讀數不準確。厚度大于 0.4 毫米的塑料和著色薄膜可以在長波紅外光譜范圍 (8-14 μm) 內輕松測量，發射率 ≥ 0.9。然而，非常薄的塑料薄膜在這個光譜范圍內是透明的，因此只能通過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行溫度測量。

塑料中的紅外溫度測量涉及特定的光譜帶和溫度范圍。C-H 波段的波長為 3.43 μm，對 50°C 以上的溫度有效 (P3 > 50°C)。相比之下，波長為 7.95 μm 的 C-F 酯帶適用于 0°C 以上的溫度（P7 > 0°C）。不同的塑料材料對這些光譜帶的響應不同。聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、玻璃紙和聚苯乙烯 (PS) 對 3.43 μm 處的 C-H 帶敏感，但對 C-F 酯帶不敏感。相比之下，氟塑料 (FEP) 和聚酰亞胺對 7.95 μm 處的 C-F 酯帶敏感，但對 C-H 帶不敏感。某些材料（例如丙烯酸和聚碳酸酯）對兩個波段均有響應。聚酯對厚度大于 10 μm 的 C-H 帶有效，并對 C-F 酯帶有響應。聚氯乙烯 (PVC) 對兩個光譜帶均有響應，使其適用于紅外溫度測量應用。

采用易于安裝且對熱沖擊不敏感的高溫計，實現熱成型中經濟高效的溫度管理
CT LT 傳感器已用于生產用于雜貨食品的廉價塑料包裝。由于塑料薄膜厚度超過 400 µm，因此長波長傳感器就足夠了。制造商已將多個高溫計集成到一條生產線中，以監測溫度不均勻性。如果溫度讀數不同，可編程邏輯控制器 (PLC) 會根據通過模擬輸入接收到的溫度數據調整紅外加熱器的功率。在線溫度計安裝在紅外加熱器旁邊，塑料薄膜在此達到最高溫度，以避免任何寄生反射。盡管如此，環境溫度仍然很高，因此傳感器必須承受高溫。

Optris 測溫儀的抗熱沖擊特性在此應用中至關重要，因為它可以確保即使在溫度波動迅速或附近有熱量排放的環境中也能準確可靠地測量溫度。Optris 提供一系列機械配件，大大簡化了其傳感器與現有熱成型機械的集成。這些配件包括安裝支架、可調節支架、窗口和保護外殼，使制造商能夠更輕松地將紅外測溫系統整合到機械設備中，而無需進行大量改造。此外，傳感頭可以從電子箱中斷開，從而簡化了復雜機械設置中的安裝和維護。這不僅節省了時間，還降低了安裝成本。