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Sous pression, le contrôle de la température du moule sur l’eau devient un composite: CompositesWorld


Les unités de contrôle de la température des moules à base d’eau (TCU) sont utilisées dans l’industrie du moulage par injection thermoplastique depuis des décennies. Ils se sont révélés à plusieurs reprises être des outils fiables pour augmenter rapidement et précisément la température des moules de haut en bas pour répondre aux besoins de cycles rapides.

Dans l’industrie des composites, cependant, ils gagnent lentement du terrain. De nombreux fabricants préfèrent utiliser des cartouches chauffantes électriques ou des systèmes de contrôle des moisissures à base d’huile. Les radiateurs électriques à cartouche sont attrayants car ils sont faciles à installer et à utiliser, mais n’offrent pas la possibilité de refroidissement. Les critiques disent également qu’ils étaient connus pour chauffer de manière incohérente. Les systèmes à base d’huile privilégient les coffreurs composites en raison de leurs connaissances, mais ils augmentent lentement la température et consomment une grande quantité d’énergie dans le processus.

Mettre les revendications à l’épreuve

Actif dans l’industrie des composites ces dernières années, le fabricant de contrôle de température de moule SINGLE (Hochdorf, Allemagne et Charlotte, NC) a installé avec succès des TCU sur un moule à base d’eau avec plusieurs composites composites automobiles – Mercedes, VW, BMW, Lamborghini et un autre – mais UNIQUE – directeur du développement commercial des composites, Kip Petrykowski, soutient que le reste de l’industrie des composites a encore beaucoup à apprendre sur le contrôle rapide et efficace de la température des moules. Pour aider à éduquer ses clients potentiels, SINGLE a récemment mené des études pour démontrer avec des moules chauffants composites à base d’eau et des dépôts de cartouches. Au cours de ce processus, l’entreprise a rassemblé une importante collection de données de performance. Petrykowski rapporte que les comparaisons d’eau, d’huile et de cartouches électriques à base de moisissures que son entreprise a mises au jour sont à la portée de chaque technologie.

Eau vs huile

Le premier test a comparé les performances de deux TCU SIMPLES, le système de pression d’eau H.02 et le système à base d’huile D.02. Les deux unités étaient auparavant utilisées dans la production commerciale. Moule fourni par Weber Manufacturing Technologies Inc. (Midland, Ontario, Canada) était un outil de test de plomberie extérieur unilatéral. Petrykowski note que le test a été effectué avec des unités de contrôle pour lesquelles elle avait un stock. Pour cette raison, l’unité d’huile avait deux fois la capacité de chauffage, 2,8 fois la capacité de refroidissement et 1,6 fois le débit nominal maximal de l’unité de pression. De plus, les diamètres internes des ouvertures de chauffage et de refroidissement de l’unité d’huile étaient 1,8 fois plus grands que ceux de l’unité d’eau, ce qui a donné à l’unité d’huile un avantage significatif en termes d’écoulements potentiels à travers le moule.

Les résultats des tests (tableaux 1 et 2) montrent que le débit à travers l’outil était plus élevé avec l’unité d’huile, quelque chose que Petrykowski dit serait attendu, avec un débit de 100 litres / h (2,4 gal / h) par rapport à 60 litres / h (15,9 gal / h) pour une unité d’eau. Les différences de température pour le fluide d’entrée et de sortie dans l’unité d’huile étaient en moyenne de 3,75 ° C. L’eau était en moyenne de 2 ° C. Les deux nombres se situent dans la plage des valeurs typiques pour les outils fonctionnant à des vitesses optimales. Sur la base de ces données, SINGLE rapporte qu’il est peu probable que l’efficacité d’un système de transfert de chaleur bénéficie du flux supplémentaire. Dans l’étude, il n’était pas caractéristique que l’unité d’huile ait une différence de température moyenne de 2,75 ° C sur toute la surface de l’outil, tandis que l’unité d’eau était en moyenne inférieure à 1 ° C.

Cependant, même avec deux fois la puissance calorifique (24 kW vs 12 kW), 2,8 fois la puissance frigorifique (116 kW contre 41 kW) et 1,6 fois le débit (100 litres / min contre 60 litres / min) ), l’unité d’huile ne pouvait pas chauffer ou refroidir le moule plus rapidement que l’unité d’eau. L’unité pétrolière a également consommé 69% d’électricité en plus. La limitation qui inquiète l’unité d’huile, explique Petrykowski, est la grande différence de température entre le TCU et la surface du moule. Idéalement, la température de surface du moule doit correspondre parfaitement au contrôle de température réglé pour réduire l’incertitude concernant les paramètres de température du moule.

Réchauffeur à cartouche avec eau et électricité

SINGLE a également comparé un TCU à eau sous pression et une cartouche électrique. Le moule ici était un moule d’essai double face pesant 18 kg. Pendant l’essai, les relevés de température du moule pour les deux unités ont été effectués à des intervalles d’une minute en utilisant un pyromètre de surface placé au centre de chaque surface du moule. La température de l’eau à la sortie et le liquide de retour des unités d’eau circulant à travers le moule et l’énergie consommée sont lues directement depuis le contrôleur sur l’appareil.

Les températures du moule pendant le test des inserts électriques ont été contrôlées en comparant l’entrée reçue du thermocouple placé dans le moule avec la température réglée sur le contrôleur de l’unité. Le moule d’essai, dit Petrykowski, n’est pas optimisé pour le débit d’eau et, par conséquent, ne permettait un débit que de 9 litres / min. De plus, le TCU à eau était la plus petite unité SINGLE disponible évaluée à seulement 6 kW un cinquième capacité nominale de la cartouche électrique. Le matériau utilisé pour façonner la pièce était du polyéthertercétone renforcé de fibres (PEEK).

Les tableaux 3 et 4 montrent les résultats des tests d’eau sous pression par rapport aux cartouches électriques. Les lectures, note Petrykowski, suggèrent que les cycles de désherbage chauffés à l’eau étaient plus cohérents. Les températures moyennes mesurées au même endroit sur les surfaces du moule au cours de la période d’essai de deux heures étaient de 1,94 ° C pour l’eau sous pression TCU et de 6,7 ° C pour le système de cartouches électriques.

Une autre différence importante, note Petrykowski, était la différence de température dans la longueur de la pièce. La différence de température moyenne dans une pièce en même temps était de 21,0 ° C pendant l’expérience de l’insert électrique; la différence moyenne pour tester l’eau sous pression n’était que de 2,7 ° C.

Une différence de température supérieure à celle enregistrée par la longueur d’une pièce dans un moule chauffé par un insert électrique pourrait entraîner des variations de cristallinité à l’intérieur de la pièce, fait valoir Petrykowski. À son tour, cela pourrait entraîner une collection de différences dans toute la pièce, créant une contrainte façonnée qui pourrait se manifester par une confusion partielle, un fluage et des différences physiques dans la même pièce.

Pour déterminer si les pièces produites avec chaque TCU ont atteint des niveaux de cristallinité acceptables, elles ont été analysées par calorimétrie à balayage différentiel (DSC) pour déterminer le pourcentage de cristallinité. Les résultats DSC ont montré que les pièces produites dans un moule chauffé à l’eau ont une cristallinité constante et acceptable sur toute leur longueur. Cependant, pour les pièces produites dans un moule chauffé aux cartouches électriques, différents pourcentages de cristallinité ont été mesurés sur la longueur des pièces testées.

Ces nouvelles données, dit SINGLE, montrent clairement que les TCU sous-marins sous pression peuvent non seulement répondre aux besoins des fabricants de composites, mais aussi le faire de manière efficace et économique. Cette capacité pourrait s’avérer utile alors que la communauté de fabrication de composites avancés continue d’évoluer vers des processus de fabrication plus rapides, un durcissement rapide, hors autoclave (OOA).





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