Ποια είναι η μέγιστη ασφαλής θερμοκρασία λειτουργίας για πλάκες θέρμανσης από αλουμίνιο έναντι ανοξείδωτου χάλυβα;

Το αλουμίνιο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για θερμαντική πλάκα που πρέπει να φτάσει τους 300 C . Θα στρίβει και θα παραμορφώνεται ακόμη και με την παραμικρή δύναμη πίεσης. Εάν πιέζετε σε μεγαλύτερα εύρη θερμότητας, είναι σημαντικό να γνωρίζετε το ανώτατο όριο θερμοκρασίας των τυπικών υλικών πλάκας. Οι θερμαντικές πλάκες χρησιμοποιούνται για πλαστικοποίηση, σύνθετη σκλήρυνση, διαμόρφωση γυαλιού και θερμή πίεση. Στον τομέα κυριαρχούν δύο υλικά, το αλουμίνιο (ελαφρύ, αγώγιμο και φθηνό) και το ανοξείδωτο ατσάλι (ισχυρό, ανθεκτικό και ανθεκτικό στη θερμότητα). Αυτό είναι ουσιαστικά θέμα επιλογής της θερμοκρασίας μεταξύ τους. Η γνώση των μέγιστων ασφαλών ορίων θερμοκρασίας για τις πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα αλουμινίου εγγυάται ότι η πλάκα μπορεί να διατηρήσει τη θερμοκρασία ρύθμισης και τα μηχανικά φορτία που τοποθετούνται σε αυτήν κατά την επεξεργασία.

Πλάκες αλουμινίου The Medium-Heat Workhorse
Το αλουμίνιο έχει υψηλή θερμική αγωγιμότητα (200–250 W/m·K για κράματα όπως το 6061) που οδηγεί σε γρήγορη θέρμανση-και καλή ομοιογένεια θερμοκρασίας. Είναι επίσης χαμηλό βάρος και εύκολα κατασκευάζεται σε περίπλοκα σχέδια με ενσωματωμένα κανάλια θέρμανσης ή φρεάτια θερμοστοιχείου. Αλλά η αχίλλειος πτέρνα του αλουμινίου είναι η απώλεια αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες.

Όριο θερμοκρασίας και μηχανικής συμπεριφοράς
Για τα περισσότερα κράματα αλουμινίου, όπως το 6061-T6, το πιο δημοφιλές κράμα ποιότητας πλάκας, η μέγιστη ασφαλής θερμοκρασία συνεχούς λειτουργίας είναι περίπου 200 βαθμοί (392 βαθμοί F). Πέρα από αυτό το κατώφλι το υλικό αρχίζει να ανόπτεται. η μικροδομή που έχει σκληρυνθεί από την κατακρήμνιση διαλύεται αργά και το κράμα χάνει την ψυχραιμία του. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια απότομη πτώση στην αντοχή διαρροής και τη σκληρότητα. 6061 το αλουμίνιο στους 250 C έχει λιγότερο από το 50% της αντοχής διαρροής σε θερμοκρασία δωματίου.

Στην πράξη, οι πλάκες αλουμινίου χρησιμοποιούνται σπάνια σε εφαρμογές που φέρουν φορτίο άνω των 180 μοιρών. Ορισμένα σχέδια θα πάνε στις 220 μοίρες εάν χρειάζεται μια μικροσκοπική πλάκα χωρίς φορτίο (π.χ. θέρμανση επαφής χωρίς εξωτερική δύναμη), αλλά υπάρχει ακόμα η πιθανότητα αλλαγής διαστάσεων.

Η απόκλιση επίστρωσης PTFE
Το PTFE (πολυτετραφθοροαιθυλένιο) χρησιμοποιείται ως επίστρωση σε πολλές θερμαντικές πλάκες αλουμινίου για να δώσει μια μη κολλητική επιφάνεια απελευθέρωσης. Το PTFE μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνεχώς σε θερμοκρασίες έως περίπου 500 βαθμούς F (260 βαθμούς). Το υπόστρωμα αλουμινίου δεν επιβίωσε στους 260 βαθμούς. Η επίστρωση PTFE βρέθηκε να επιβιώνει σε ένα υπόστρωμα αλουμινίου στους 260 βαθμούς. Ανεξάρτητα από το πόσο μπορεί να πάρει η επίστρωση, η όλη διαδικασία έχει σκληρό ταβάνι, όπως υπαγορεύεται από το όριο θερμοκρασίας της ουσίας της πλάκας. Εάν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη από 200 βαθμούς, απαιτείται χάλυβας, ακόμη και αν η διαδικασία απαιτεί αντικολλητική επιφάνεια (ο χάλυβας μπορεί επίσης να επικαλυφθεί με PTFE, αλλά η πρόσφυση είναι πιο δύσκολη).

Θερμική Διαστολή Αλουμινίου
Το αλουμίνιο έχει αρκετά υψηλό συντελεστή θερμικής διαστολής (περίπου 23 x 10^-6 / C για το 6061). Μια πλάκα αλουμινίου μήκους 300 mm, θερμαινόμενη από 20 έως 200 μοίρες, διαστέλλεται περίπου 1,2 mm. Αυτή η διαστολή πρέπει να αντισταθμιστεί χρησιμοποιώντας υποδοχές τοποθέτησης, ράγες οδήγησης ή εύκαμπτους συνδέσμους. Η αδυναμία παροχής θερμικής ανάπτυξης μπορεί να οδηγήσει σε λυγισμό ή ζημιά στους θερμαντήρες.

Πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα: Το άλογο εργασίας υψηλής θερμοκρασίας
Για θερμοκρασίες πλάκας άνω των 250 βαθμών, προτιμάται ο ανοξείδωτος χάλυβας, ειδικά οι ποιότητες ωστενιτικών 304 και 316. Ο χάλυβας διατηρεί πολλές από τις μηχανικές του ιδιότητες μέχρι και πάνω από 400 C. πέρα από αυτό, το όριο εξαρτάται από το κράμα και την επιτρεπόμενη τάση.

Όρια θερμοκρασίας για αντιπροσωπευτικές βαθμίδες
Υλικό Μέγιστη Θερμοκρασία Ασφαλούς Σέρβις (συνεχής) Σημειώσεις
Αλουμίνιο 6061-T6 200 βαθμοί (392 βαθμοί F) Η αντοχή μειώνεται γρήγορα πάνω από 180 μοίρες Αλουμίνιο 7075-T6 130 βαθμοί (266 βαθμοί F) Χαμηλότερο όριο θερμοκρασίας λόγω προβλημάτων διάβρωσης λόγω καταπόνησης
Ανοξείδωτος χάλυβας 304 800 βαθμοί (1472 βαθμοί F) Πρακτικό όριο πλάκας ~500 μοίρες λόγω των ορίων θερμαντήρα και μόνωσης
Ανοξείδωτος χάλυβας 316 800 βαθμός (1.472 βαθμοί F) Παρόμοια με 304; Καλύτερη αντοχή στα χλωρίδια
Ανοξείδωτος χάλυβας 430 (φερριτικός) 750 μοίρες (1382 βαθμοί F) Χαμηλότερο κόστος, λιγότερο μορφοποιήσιμο
Χάλυβας εργαλείου H13 550 βαθμού (1022 βαθμοί F) Σκληρυμένο, ανθεκτικό στη φθορά-. καυτή στάμπα
Για τις πλάκες θέρμανσης, η πρακτική μέγιστη ασφαλής θερμοκρασία για τον ανοξείδωτο χάλυβα συνήθως δεν περιορίζεται από τον ίδιο τον χάλυβα, αλλά από τα θερμαντικά στοιχεία, τη μόνωση και τα υλικά θερμοστοιχείου. Οι πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα μπορούν να λειτουργήσουν με ασφάλεια σε θερμοκρασίες μεταξύ 400-500 βαθμών (750-930 βαθμών F) όταν είναι εξοπλισμένες με κατάλληλους εσωτερικούς θερμαντήρες (όπως εξαρτήματα με μεταλλική επένδυση με μόνωση ορυκτών{{5}) και μόνωση υψηλής θερμοκρασίας (όπως κεραμικές ίνες ή μίκα). Ορισμένες ειδικές πλάκες διαμόρφωσης γυαλιού χρησιμοποιούν θερμάστρες με επένδυση Inconel και μονώσεις υψηλής απόδοσης για να φτάσουν έως και τους 650 βαθμούς.

Διατήρηση αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες
Ο ανοξείδωτος χάλυβας AISI 304 διατηρεί περίπου το 70% της αντοχής του σε θερμοκρασία δωματίου στους 500 βαθμούς. Με άλλα λόγια, μια πλάκα κατασκευασμένη για δύναμη πίεσης 50 τόνων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος θα εξακολουθεί να μπορεί να διαχειριστεί περίπου 35 τόνους στους 500 βαθμούς. Το αλουμίνιο, αντίθετα, διατηρεί μόνο το 10-20% της αντοχής του στους 250 βαθμούς. Ο χάλυβας είναι το προτιμώμενο υλικό σε θερμοκρασίες άνω των 250 βαθμών, καθώς δεν σέρνεται ούτε ανόπτεται υπό κανονικές βιομηχανικές πιέσεις.

Παζλ θερμικής αγωγιμότητας
Ο κύριος περιορισμός του ανοξείδωτου χάλυβα είναι η κακή θερμική του αγωγιμότητα. Ο χάλυβας τύπου 304, ο οποίος έχει θερμική αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου περίπου 15 W/m·K, έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 18 W/m·K στους 500 βαθμούς. Αυτό είναι περίπου 10 έως 12 φορές μικρότερο από αυτό του αλουμινίου. Ως αποτέλεσμα:

Για την εξάλειψη των ψυχρών μπαλωμάτων, τα θερμαντικά στοιχεία πρέπει να τοποθετούνται πολύ πιο κοντά μεταξύ τους (π.χ.. 30–50 mm απόσταση αντί για 80–100 mm για το αλουμίνιο).

Οι θερμικές κλίσεις σε όλη την πλάκα χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να εξισωθούν, επομένως οι ζώνες θέρμανσης πρέπει να σχεδιαστούν προσεκτικά και τα σώματα της πλάκας να γίνουν παχύτερα για να διανέμουν τη θερμότητα.

Οι περίοδοι ανύψωσης είναι πολύ μεγαλύτερες για την ίδια ισχύ θερμαντήρα.

Πολλές πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής θερμοκρασίας τρυπούνται εσωτερικά για θερμαντήρες φυσιγγίων ή χυτεύονται σε θερμάστρες για αντιστάθμιση και μπορεί να έχουν πολλές ανεξάρτητες ζώνες θέρμανσης με μεμονωμένους ελεγκτές.

Άλλα Υλικά Θέματα
Θερμική Διαστολή του
Ο ανοξείδωτος χάλυβας διαστέλλεται σε περίπου 17 × 10-6 / βαθμό (βαθμός 304), το οποίο είναι λιγότερο από το αλουμίνιο αλλά εξακολουθεί να είναι σημαντικό. Μια χαλύβδινη πλάκα 300 mm που θερμαίνεται στους 500 βαθμούς θα διασταλεί περίπου 2,4 mm (από 20 μοίρες). Αυτό πρέπει να αντισταθμιστεί με εύκαμπτα στηρίγματα τοποθέτησης ή ολίσθησης. Οι ρυθμοί διαστολής των χαλύβδινων πλακών και των χαλύβδινων πλαισίων πρέσας δεν διαφέρουν πολύ, αλλά εάν τοποθετηθεί χαλύβδινη πλάκα σε πλαίσιο αλουμινίου (σπάνια γίνεται) απαιτείται προσεκτικός σχεδιασμός.

Αντοχή στη διάβρωση
Το αλουμίνιο και ο ανοξείδωτος χάλυβας έχουν και τα δύο καλή αντοχή στη διάβρωση σε πολλές ρυθμίσεις, αλλά ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι πολύ καλύτερος παρουσία υγρασίας, χημικών ουσιών ή οξείδωσης σε υψηλή θερμοκρασία. Το αλουμίνιο έχει ένα στρώμα οξειδίου που προστατεύει το μέταλλο, αλλά αυτό το στρώμα μπορεί να αποδυναμωθεί σε υψηλές θερμοκρασίες ή όξινα/αλκαλικά περιβάλλοντα. Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι η καλύτερη επιλογή για πλάκες-επαφής τροφίμων, ιατρικών ή χημικών διεργασιών, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται καθαριστικά.

Δυνατότητα μηχανικής επεξεργασίας και κόστος
Το αλουμίνιο είναι φθηνό (περίπου 3-5 φορές φθηνότερο από το ανοξείδωτο 304 κατ' όγκο) και πολύ πιο εύκολο στην επεξεργασία. Μικρά ελεγχόμενα τσιπ αλουμινίου. Ο κολλώδης ανοξείδωτος χάλυβας που σκληραίνει την εργασία χρειάζεται μικρότερες ταχύτητες κοπής και πιο στιβαρά εργαλεία. Αυτό σημαίνει ότι τα πρωτότυπα και οι προσαρμοσμένες πλάκες γίνονται πιο φθηνά σε αλουμίνιο – εφόσον η απαίτηση θερμοκρασίας παραμένει εντός των ορίων της.

Πλάκες με επίστρωση και αναντιστοιχία θερμοκρασίας
PTFE or fluoropolymer coatings are typically used when a non-stick surface is required (e.g. for curing epoxy prepregs or moulding thermoplastics). The highest continuous temperature of these coatings is 260–290 °C for ordinary grades (some high performance fluoropolymers approach 300 °C). A PTFE coated aluminium platen can not be utilised over 200°C since the aluminium fails first. A stainless steel platen with PTFE coating may be utilised up to the limit of the coating (260°C) however the steel is over specified for that temperature. Permanent PTFE coatings are not used in applications requiring both high temperature (>250 μοίρες ) και μια αντικολλητική επιφάνεια. Σε αυτές τις εφαρμογές χρησιμοποιούνται άλλα συστήματα απελευθέρωσης (φύλλα απελευθέρωσης με επικάλυψη σιλικόνης ή γυμνό γυαλισμένο χάλυβα με ψεκασμό απελευθέρωσης).

Πρακτικά κριτήρια επιλογής
Μέγιστη θερμοκρασία πλάκας που απαιτείταιΣυνιστάται ανάγνωση
Έως 150 μοίρες Αλουμίνιο 6061 (κατάλληλο, γρήγορη θερμική αντίδραση)
150 μοίρες έως 200 μοίρες Αλουμίνιο 6061 με μείωση φορτίου. ανοξείδωτο χάλυβα εάν απαιτούνται ισχυρές δυνάμεις πίεσης
200 μοίρες -250 μοίρες Ανοξείδωτος χάλυβας (304 ή 316) - το αλουμίνιο είναι επικίνδυνο
Ανοξείδωτος χάλυβας (304, 316, 430) 250 μοίρες έως 500 μοίρες
Πάνω από 500 μοίρες CΕιδικοί θερμαντήρες (με επένδυση Inconel) ή κεραμικές πλάκες από ανοξείδωτο χάλυβα
Περίληψη
Η επιλογή αλουμινίου έναντι ανοξείδωτου χάλυβα για θερμαντική πλάκα είναι πραγματικά ένα θέμα θερμοκρασίας. Το αλουμίνιο είναι καλό στους 200 βαθμούς C για γρήγορη θέρμανση, υψηλή ομοιογένεια, χαμηλό κόστος και εύκολη μηχανική επεξεργασία. Αλλά σε αυτή τη θερμοκρασία μαλακώνει και παραμορφώνεται υπό πίεση.