چگونه گرادیان حرارتی از طریق ضخامت یک صفحه روی پروفیل پخت لمینت کامپوزیت ضخیم تأثیر می گذارد؟

مشکل حرارتی عمیق در پخت کامپوزیت ضخیم
پخت یک صفحه از کامپوزیت فیبر کربن به ضخامت چندین اینچ مانند درمان یک پوست نازک نیست. گرمای صفحات گرم شده باید به آرامی از میان جرم مواد از سطوح به هسته در مدت زمان طولانی عبور کند. همزمان سیستم رزین اپوکسی در قلب ورقه ورقه شروع به واکنش شیمیایی می کند و گرمای داخلی خود را از طریق یک واکنش گرمازا تولید می کند.

ترکیبی بین گرمای صفحه عرضه شده از خارج و گرمای شیمیایی تولید شده در داخل ممکن است باعث افزایش دمای قابل توجه و بالقوه خطرناک در عمق ورقه شود. در بدترین حالت، این بیش از حد داخلی می تواند به ماتریس رزین آسیب برساند، محتوای خالی را افزایش دهد یا باعث فرار حرارتی موضعی شود.

بنابراین، آگاهی از رفتار پخت کامپوزیت ضخامت صفحه گرادیان دما برای تنظیم کیفیت قطعه در تولید کامپوزیت پیشرفته مهم است.

صفحه از بیرون گرمای آرامش بخش است. قلب بخش کوره‌ای فروزان است که درون آن پنهان شده است.

گرادیان حرارتی از طریق ورقه های ضخیم: ماهیت آن
گرمایش سطح در مقابل تاخیر هسته ای
انتقال حرارت از سطوح شروع می شود و زمانی که یک لایه کامپوزیتی ضخیم بین صفحات گرم فشرده می شود، توسط رسانایی به داخل ادامه می یابد. لایه های بیرونی در تماس مستقیم با صفحه به سرعت پاسخ می دهند و در اوایل چرخه به دمای بالا می رسند.

اما هسته ورقه ورقه دارای پاسخ حرارتی تاخیری است، زیرا:

هدایت حرارتی کم مواد کامپوزیت

مقاومت حرارتی با ضخامت افزایش می یابد

انتقال فاز رزین جذب انرژی

محدودیت‌های انتشار حرارت وابسته به زمان

این منجر به اختلاف دمای شدید بر روی ضخامت قطعه می شود.

اثر عایق پوشش های بیرونی
همانطور که بیرون گرم می شود، آنها شروع به کار به عنوان یک مانع حرارتی برای هسته می کنند. این عایق باعث کاهش اتلاف گرما از هسته پس از شروع فرآیند گرمازایی می شود.

زمانی که موج حرارتی به وسط ورقه ورقه می رسد، رزین ممکن است به سرعت اوج واکنش نزدیک شود و تولید گرمای داخلی ممکن است سریع باشد.

واکنش گرمازا و بیش از حد دمای داخلی
انتشار حرارت شیمیایی در سیستم های اپوکسی
پخت رزین اپوکسی یک فرآیند گرمازا شیمیایی است، یعنی گرما در طول اتصال عرضی مولکولی ایجاد می شود. مقدار و سرعت انتشار این گرما را می توان با استفاده از کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) برای ارائه آنتالپی واکنش و داده های جنبشی تعیین کرد.

در ورقه های ضخیم، این واکنش می تواند خود{0}}تقویت کننده باشد:

سرعت واکنش با افزایش دما افزایش یافت

هر چه واکنش سریعتر باشد گرمای بیشتری تولید می شود

گرمای اضافی دما را حتی بیشتر افزایش می دهد

حلقه بازخورد می تواند یک پیک دمای داخلی قوی ایجاد کند.

عایق حرارتی هسته
پس از شروع واکنش گرمازا در ناحیه هسته، حذف گرما دشوار می شود، زیرا:

لایه های بیرونی در حال حاضر در دمای افزایش یافته است

گرادیان دما شار حرارتی به بیرون را کاهش می دهد

کامپوزیت اتلاف حرارت رسانا را محدود می کند

کنترل محلی دمای صفحه کنار گذاشته شده است

این می تواند منجر به دماهای داخلی ده ها درجه بالاتر از نقطه تنظیم صفحه و خطر بالای بیش از حد حرارتی شود.

کنترل پخت توسط نمایه دمای صفحه
اهمیت رمپ های گرمایش کنترل شده
برای لمینت های ضخیم، به طور کلی استفاده از درمان با دمای بالا یک مرحله ای قابل قبول نیست. چرخه‌های پخت چند مرحله‌ای برای تنظیم تعامل بین منابع گرمای خارجی و داخلی به‌جای آن استفاده می‌شوند.

یک روش معمولی این است:

سکون اولیه دمای پایین (مرحله انتشار)

دوره خیساندن متوسط ​​(شروع واکنش کنترل شده)

درمان نهایی در دمای بالا (پیوند متقاطع کامل)

مرحله دمای پایین اجازه می‌دهد تا گرما به طور یکنواخت‌تر منتشر شود، با شیب‌های تند احتمال کمتری برای ایجاد قبل از یک واکنش گرمازا قابل‌توجه.

تعادل حرارتی در مدیریت گرمازا
نمایه درمان برای اطمینان از اینکه:

گرمای ورودی از صفحات آهسته است

واکنش رزین زودهنگام موضعی نیست

شیب دما هنوز تنظیم می شود

اوج گرمازا در طول زمان گسترش می یابد

چرخه های طراحی شده به درستی این امکان را برای لمینت فراهم می کند تا از نظر حرارتی "نفس بکشد" و از ایجاد{0} ناگهانی انرژی داخلی جلوگیری کند.

نقش FEA حرارتی در طراحی کیور
شبیه سازی تکامل دما در ضخامت
تجزیه و تحلیل المان محدود حرارتی (FEA) اغلب برای مدل سازی پخت سازه های کامپوزیت ضخیم استفاده می شود. شبیه سازی ها عبارتند از:

مشخصات مواد به عنوان تابعی از دما

سینتیک واکنش رزین از داده‌های DSC

تغییر در هدایت حرارتی در طول پخت

گرمای واکنش

شرایط مرزی گرمایش صفحه

FEA حرارتی معادلات انتقال حرارت گذرا را برای تعیین تاریخچه دما در هر مکان در امتداد ضخامت لمینت حل می کند.

پیش بینی نقاط داغ و پیک گرمازا
FEA حرارتی را می توان برای محاسبه استفاده کرد:

مکان های حداکثر دمای داخلی

زمان شروع پیک گرمازا

بزرگی بیش از حد حرارتی

درمان اثربخشی پروفیل رمپ

مناطق خطر زوال حرارتی

این توانایی برای پیش‌بینی برای جلوگیری از خطاهای داخلی در سیستم‌های کامپوزیت ضخیم حیاتی است.

مفاهیم عملی برای طراحی و عملیات پلاتن
یکنواختی دمای صفحه
اقلام ضخیم می توانند از شیب های حرارتی بهبود یافته از طریق-گرمایش غیریکنواخت صفحه بهره ببرند. سطح صفحه ممکن است به روش های زیر متفاوت باشد:

نرخ های درمان متفاوت

ایجاد تنش های پسماند داخلی

نقاط داغ موضعی

هندسه مخدوش لمینت

بنابراین، همگنی دمای صفحه بسیار کنترل شده ضروری است.

ادغام نظارت بر فرآیند.
سیستم های پخت پیشرفته اغلب عبارتند از:

ترموکوپل های تعبیه شده در لمینیت.

سنسورهای دمای سطح صفحات

سیستم های کنترل بازخورد بلادرنگ

درمان ثبت اطلاعات اعتبارسنجی

این سیستم‌ها به مدل‌سازی رفتار حرارتی با شرایط فرآیند واقعی کمک می‌کنند.

نتیجه گیری
فرآیند پخت یک ورقه ورقه کامپوزیتی ضخیم توسط یک فعل و انفعال پیچیده بین گرمای صفحه خارجی و گرمای حاصل از واکنش گرمازای داخلی کنترل می شود. هنگامی که شیب های حرارتی قوی ایجاد می شود، جایی که هسته مواد به طور قابل توجهی از خود صفحه داغ تر می شود، افزایش دمای داخلی قابل توجهی از طریق ضخامت ورقه ورقه ممکن است رخ دهد.

کنترل این رفتار نیازمند نمایه‌های درمان چند مرحله‌ای با ظرافت است که به کمک شبیه‌سازی‌های حرارتی جامع FEA با استفاده از فیزیک انتقال حرارت و سینتیک واکنش رزین انجام می‌شود. رمپ‌های گرمایش کنترل‌شده و مدل‌های حرارتی معتبر به تعدیل دمای اوج داخلی کمک می‌کنند تا بتوان به یکپارچگی یکنواخت و یکپارچگی ساختاری بالا دست یافت.

اما بزرگترین و قوی‌ترین ساختارهای کامپوزیتی با گرم کردن ساخته نمی‌شوند-بلندها با کنترل پاسخ حرارتی خود ماده، جریان گرمای پنهان و ضربان قلب حرارتی ناشی از واکنش- ساخته می‌شوند.