Co powoduje dryft termiczny termopary w-formowaniu na gorąco kanałami?

Dryft termiczny to powolne, trwałe odchylenie odczytów termopary od rzeczywistej temperatury kanału gorącokanałowego pod długotrwałym obciążeniem wysokotemperaturowym i jest główną ukrytą przyczyną powolnej degradacji jakości wysokotemperaturowych formowania tworzyw sztucznych PEEK, LCP i PPS. Wielu techników zajmujących się formami kalibruje dryft dopiero po pojawieniu się ewidentnych wad w partiach, nie znając wielo-warstwowych przyczyn źródłowych, które wynikają ze zmian mikrostruktury drutu stopowego, korozji chemicznej powłoki i pogorszenia się izolacji. Analiza procesów powstawania dryftu i określone środki zaradcze zapewniają proaktywne tłumienie odchyleń pomiaru temperatury w przypadku linii produkcyjnych wykorzystujących gorące kanały o ultra-wysokiej-temperaturze.

Dryf wynika głównie z rekrystalizacji mikrostruktury drutu stopowego pod wpływem długotrwałej wysokiej temperatury. Standardowe druty chromowo-alumelowe-typu K- ulegają przegrupowaniu wewnętrznych granic ziaren, gdy są przechowywane w temperaturze powyżej 380 stopni przez setki godzin produkcyjnych. Tlenki metali wytwarzają drobne wydzielenia wzdłuż granic ziaren stopu, zmieniając liniową krzywą odpowiedzi potencjału termoelektrycznego i generując stałe ujemne lub dodatnie przesunięcie dryfu, które zwiększa się codziennie. Stopy termopar typu N- zawierają dodatki krzemu i pierwiastków ziem rzadkich, które hamują rekrystalizację ziaren i ograniczają zmienność dryfu do mniej niż 0,8 stopnia po 720 godzinach pracy w temperaturze 420 stopni. Niezmodyfikowane przewody typu K- dryfują o ponad 2,5 stopnia przy tych samych wysokich ustawieniach temperatury. Szybkie cykle termiczne pomiędzy wysoką temperaturą roboczą a wyłączeniem zimnej formy powodują powtarzające się naprężenia związane z rozszerzaniem i kurczeniem się metalu na ziarnach stopu, co sprzyja rekrystalizacji.

Wtórne źródło dryfu: Osad węgla na powierzchni osłony tworzy bariery termoizolacyjne. Wysokotemperaturowa stopiona żywica wydziela lotne gazy węglowodorowe, które karbonizują na powierzchniach osłon termopary, tworząc gęste osady czarnego węgla o niskiej przewodności cieplnej. Nawet powłoka węglowa o grubości 0,05 mm ogranicza przenoszenie ciepła z metalu gorącokanałowego do złącza czujnika i powoduje stały dryft w niskiej temperaturze wynoszący 1-3 stopnie, który pogarsza się w miarę gromadzenia się węgla w ciągu tygodni produkcji. Żrący halogen i lotne-ognioodporne tworzywa sztuczne powodują wytrawianie mikro-wżerów w powierzchniach osłony ze stali nierdzewnej, co prowadzi do szybszej adhezji węgla i szybszego znoszenia w porównaniu z niekorozyjnymi ustawieniami formowania PP/ABS.

Trzeciorzędowy współczynnik dryfu: uszkodzona izolacja z tlenku magnezu wewnątrz osłon pancernych. Nowe termopary wykorzystują proszek tlenku magnezu-wypełniany próżniowo, aby zapewnić stabilną izolację i przenoszenie ciepła pomiędzy dodatnimi i ujemnymi drutami ze stopu. Wypalanie w ultrawysokiej temperaturze przez dłuższy czas spowoduje powolny rozkład proszku izolacyjnego i powstanie mikroskopijnych szczelin powietrznych, które pogarszają skuteczność przewodzenia ciepła od osłony do wewnętrznego złącza czujnikowego. Para przenika przez mikro-otwory osłony i zanieczyszcza proszek izolacyjny przewodzącymi pozostałościami węgla, przyczyniając się do zwiększonego dryfu i przerywanych zmian sygnału temperatury oraz ciągłego odchylenia offsetu. Tanie,-niekosztowe,-próżniowe, zwykłe termopary wypełnione sypkim proszkiem, charakteryzują się 3–5 razy większą degradacją izolacji i szybkością dryfu w porównaniu z markowymi czujnikami-wypełnionymi próżnią.

Szybkość dryfu termicznego jest przyspieszana przez czynniki przyspieszające środowisko. Zanieczyszczenia powietrza zawierające-chemicznie reaktywną siarkę wchodzą w interakcję z drutami termopar ze stopów niklu w wysokiej temperaturze i tworzą kruche warstwy siarczku niklu, które zniekształcają wyjściowy sygnał termoelektryczny. Cykle uruchamiania/zatrzymywania formy powodują szok termiczny, który powoduje pękanie wewnętrznego proszku izolacyjnego i przyspiesza rekrystalizację stopu. Zastosowanie mieszanych surowców tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu, o dużej zawartości wypełniacza i środka zmniejszającego palność, powoduje powstawanie bardziej korozyjnych substancji lotnych, które powodują erozję powierzchni powłoki i przyspieszają gromadzenie się węgla, redukując w ten sposób cykl przed zauważalnym dryfem o połowę w porównaniu z formowaniem z pierwotnej żywicy.

Hierarchiczne techniki łagodzenia tłumią nadmierny dryf temperatury. Po pierwsze, należy zastosować termopary ze stopów ziem rzadkich typu N-z powłoką antykorozyjną z Inconel-na wszystkich kanałach gorących pracujących w temperaturze przekraczającej 380 stopni. Spowoduje to spowolnienie rekrystalizacji stopu i korozji powłoki. II. Co dwa tygodnie czyść osady węglowe na głowicach i osłonach czujników, aby usunąć warstwy węgla tworzące barierę termiczną, zanim nastąpi zauważalny dryft. Po trzecie, należy okresowo planować kalibrację suchego-pieca blokowego, aby określić ilościowo skumulowany dryft i przeprowadzić korektę przesunięcia kanału sterownika, zanim rozbieżność przekroczy krytyczny poziom jakości. Po czwarte, ogranicz niepotrzebne cykle chłodzenia-formy, aby zapobiec naprężeniom związanym z szokiem termicznym wewnętrznych elementów termopary. W przypadku ciągłej, całodobowej produkcji masowej w wysokiej temperaturze-przedstawna wymiana termopary co trzy miesiące całkowicie usuwa wady jakości wynikające z dryftu.