Полиамид дулаан таслагч зүйлсийн дулааныг муу тусгаарлах шалтгаан юу вэ, хэрхэн засварлах вэ?

Дулаан дамжуулалтын шинжлэх ухаан ба цонхны хуванцар хэсэгт дулаан тусгаарлагчийн үүрэг

Дулааныг задлах нь алюминийн маш өндөр дулаан дамжуулах чадварыг эсэргүүцэхэд тусалдаг бөгөөд энэ нь полиамид материалыг дулаан дамжуулах чадвараар 1000-аас дээш дахин илүү сайн байдаг. Эдгээр нь хүрээний бүтэц дотор дулаан чөлөөтэй шилжихийг зогсоож ажилладаг. Хэрэв дулааныг задлах арга хэмжээ авч байгаагүй бол дулаан алюминийн хэсгүүдийг дулааны захаар дамжуулан шууд дамждаг. Бид цахилгаан дамжуулах чанартай полиамид материалаас хийсэн саад тавиход энэ дулааны замыг үнэхээр бөглөнө. Энэ нь дулааныг задлахгүй хүрээнүүдтэй харьцуулахад гадна ба дотоод гадаргуунуудын хоорондох температурын зөрүүг ойролцоогоор 60 хувь хүртэл бууруулах зэрэг ихээхэн ялгааг үзүүлдэг. 2024 оны Дулааны Ажиллагааны Тайлангийн энэ нь сайн нотолгоог өгдөг.

Үл хөдлөх байрны дулаан алдалт нь тэр үеийн ямар ч дулааныг сааруулах чадваргүй, хуучин цэвэр алюминий цонхноос ойролцоогоор дөрөвний нэгийг алдаж байсан 1970-аад оны эрчим хүчний хямралын үеэс энэхүү түүх эхэлж байв. Тиймээс өнөөдөр металл хүрээнд дулаан шууд дамждаг газарт зай үүсгэх замаар ажилладаг дулааныг сааруулах системүүдийг хэрэглэж эхэлсэн. Энэ нь маш их ялгааг гаргаж авсан бөгөөд үндсэн алюминий хүрээний U-фактор нь өмнө нь ойролцоогоор 1.8 байсан бол одоо зах зээл дээрх илүү сайн загваруудад ойролцоогоор 0.30 хүртэл буурсан байдаг. Янз бүрийн цаг агаарын нөхцөлд гүйцэтгэсэн туршилтын үр дүнгээр үзэхэд эдгээр орчин үеийн системүүд цонхны хүрээгээр алдагдаж буй дулааны ойролцоогоор 90 хувийг багасгадаг. Хамгийн сайн тал нь эдгээр сайжруулалтуудын дараа ч бүтцийн хувьд бүрэн найдвартай байдагт оршдог.

Барилгын энергийн алдагдлыг багасгахад полиамидын самбар яагаад чухал вэ

Полиамидийн дулаан дамжуулах чадвар нь ойролцоогоор 0.29 Вт/мК байдаг бол харин цагаан тугалганы хувьд энэ үзүүлэлт 209 Вт/мК байдаг тул дулаан тусгаарлагчийн загварчлалд полиамидийг сонгох нь илүү тохиромжтой юм. Энэхүү материал нь барилгын дотор, гадна талын цагаан тугалган хэсгүүдийн хооронд саатуулагчийн үүрэг гүйцэтгэж, бүтээн байгуулалтаар дамжуулан алга болох дулааныг бууруулдаг. 2023 оны Энергийн Үр Ашиг Шинжилгээний Тайлангийн хамгийн саяхны судалгаагаар дулаан тусгаарлагч суурилуулсан коммерцийн барилгад халаалт, хөргөлтийн шаардлага нь тохиромжгүй дулааны тусгаарлалттай хуучин барилгад харьцуулахад дунджаар ойролцоогоор 30 хувиар буурдаг байна. Ийм гүйцэтгэлийн зөрүү нь үл хөдлөх хөрөнгийн эзэнд цаг хугацаагаар хэмнэлт болон илэрдэг.

Эзлэхүүнээр 25% шилэн ширхэгээр бэхжүүлсэн (PA66GF25) материал нь дулаан тэлэлтийн стрессийг тусгаарлалтын бүтцийг алдагдуулалгүйгээр эсэргүүцдэг. 150 арилжааны барилгын 2022 оны шинжилгээ нь PA66GF25 материалыг агуулсан барилга нь уламжлалт цонхны хүрээний зөвхөн хөнгөн цагаан хэрэглэсэнтэй харьцуулахад жилд дунджаар $740,000-ийг энергийн зардалд хэмнэснийг харуулсан (Ponemon, 2023).

Дулаан тусгаарлалтыг муутгаж буй PA66GF25-ийн материал дахь дутагдал

Хоосроод, бохирдоход хүргэдэг PA66GF25 гранулуудыг буруу хатаах, ашиглах

Экструзийн өмнө PA66GF25 гранулуудад 0.2%-с дээш чийгшилт байвал боловсруулалтын үед уурших tends хандлагатай болдог. Ингэснээр 50 микронгоос их хэмжээтэй жижиг хонхор үүсч, дулааныг дамжуулах жижиг зам болон хувирдаг. 2022 оны үед полимерийн инженерийн сэтгүүлд нийтэлсэн судалгаа эдгээр төрлийн хоосон зай нь дулааныг тусгаарлах үйлчилгээг заримдаа бараг хагасаар бууруулж чадна гэж харуулсан. Мөн материалуудыг зөв хадгалагдаагүй эсвэл анхааралгүй харьцаж байх үед юу гарч ирдэг вэ? Тоос болон бусад хүссэнгүй зүйлс холилдож, материалын нэгэн төрлийг алдагдуулж, хэтрэхэд зориагүйгээр дулааныг илүү хурдан дамжуулдаг болгодог.

Тогтвортой бус шилэн ширхэгийн тархалт ба хугарал нь дулаавалгын үйл ажиллагаанд нөлөөлөх

Шилэн ширхэгийг зөв тараан байрлуулах нь нарийн муруй замаар дулаан шилжихийг сааруулахад ихээхэн ялгааг оруулдаг. Материалыг найрлага болгон хольж байх үед холилтуурт хангалттай наалдах хүч хүрэхгүй эсвэл экструдер хэтэрхий хурдан ажиллавал ихэвчлэн асуудал үүсдэг. Эдгээр асуудлууд нь ширхэгийг 500 микрометртэй тэнцэх идейл уртаас богиноор хугалдаг. Materials Performance Journal саяхан нийтэлсэн судалгаагаар тодорхойлогдсоноор, сайн тараагдаагүй ширхэгийн бүлгүүд нь сайн тараагдсан ширхэгтэй харьцуулахад дулаан дамжуулах чадварыг дөрөвний нэгээр нэмэгдүүлдэг. Энэ нь материалд дулааныг үр дүнтэй сааруулагчийн тойргоор дамжуулах боломжийг олгодог цэгүүдийг үүсгэдэг.

Материалын бохирдлын дулааныг сааруулах үр ажиллагаанд үзүүлэх шууд нөлөө

Давхардсан PA66GF25-д сэргээн боловсруулсан металл буюу буруу төрлийн пластик жижиг хэсгүүд нь тохиолдмол дамжуулах зам үүсгэж болзошгүй. Фраунгоферийн 2021 онд хийсэн судалгаа юу гэж харуулсан бэ гэвэл жин нь зөвхөн 2%-иар бохирдох нь цахилгааныг тусгаарлах чадварыг ойролцоогоор 30%-иар бууруулдаг. Мөн сайн холигдоогүй дөл хориглох нэмэлтүүд нь тодорхой мужид бөглөрч, материал дулаан шилжихийг эсэргүүцэх чадварыг сулруулдаг. Гэсэн хэдий ч цэвэр байх нь хялбар биш. Үйлдвэрлэгчид анхны материалын найрлагыг маш анхааралтай ажиглаж, спектрографийн шинжилгээгээр үйлдвэрлэлийн явцад чанарыг тасралтгүй шалгах системийг суурилуулах хэрэгтэй.

Экструзийн процессын дутагдал ба загварын нарийвчлалын асуудал

Дулааны ажиллагаанд нөлөөлөх чухал экструзийн параметрүүд

Баганы температурыг нарийн удирдах (±5°C хазайлт), даралт болон шахалтын хурд чухал юм. Температурын хэлбэлзэл нь PA66GF25-ийн вискозитэтэд нөлөөлж, микроскопын цоорхой үүсэх, дулаан дамжуулах чадварыг хүртэл 18%-иар нэмэгдүүлнэ (Polymer Engineering Studies, 2023). Оновчтой илүүдэх хурд (40–60 RPM) нь эвэр жигд тархахад нь хангамжийг хангаж, илүү өндөр хурд нь эврийг гэмтээж, дулааныг тусгаарлах чадварыг бууруулна.

Бүтцийн болон дулаан тусгаарлалтын дутагдал үүсгэх байдлын загварын нарийн байдал

Модны гадаргуугийн нарийн байдал 1.6 µm-ээс бага байвал дулаан шилжих боломжит замыг хамгийн бага байлгадаг. Хоорондоо зөрүүтэй модны хоёр хэсэг нь 0.2–0.5 мм зай үүсгэж, дулааны мост үүсгэх боломжийг олгоно. Энэ нь энерги алдагдлын 14% хүртэлх хувийг эзэлдэг. Төгсгөлөг элементийн шинжилгээний (FEA) загварчлал нь 1°-аас бага налуугийн өнцөг нь үлдэгдэл стрессийг 22%-иар нэмэгдүүлж, урт хугацааны дулаан тусгаарлалтын тогтвортой байдлыг эрсдэлд оруулдаг.

Дулааныг тусгаарлах үйлчилгээг бууруулдаг үйлдвэрлэлийн ердийн дутагдал

• Урсгалын шугам : Жигд бус хөргөлт нь дамжуулах зам үүсгэж, U-утгыг 0.12 Вт/м²К-аар нэмэгдүүлнэ
• Буурвалтын үр : 0.3–1.2 мм гүнзгийрэл нь дулааны тасралтыг задалж, дулаавруулалтын 9% алдагдадаг.
• Дулааны агшилт : Хэрэв хөргөлтийг муу удирдвал 2–4% хэмжээний хэмжээний өөрчлөлт гарч, металл хоорондын хүрэх эрсдэл үүсдэг.

Нийтлэгээр эдгээр дутагдал нь байршлын бүс нутгийн цаг агаарт (2022 оны барилгын бүрхүүлийн судалгаа) дулааны тасралтын эрт үеийн гэмтлийн 63%-ийг эзэлдэг.

Дулааны тасралтын системд зориулсан загварчлал ба гүйцэтгэлийн харьцаа

PA66GF25 самбунууд дахь механик хүч чимэг, дулааны дулаавруулалтыг тэнцвэржүүлэх

PA66GF25 нь механик хүч чимэг, дулааны дулаавруулалтын хооронд солилцоо хийх шаардлагатай. 25% шилэн ширхэгээр хүчирхийлэх нь шахах хүч чимэгийг 12,000 psi хүртэл нэмэгдүүлдэг (Материалын тогтвортой байдлын тайлан 2022), гэхдээ л хувийн полиамидтай харьцуулахад дулаан дамжуулах чанарыг 18–22% нэмэгдүүлдэг. Инженерүүд үүнийг дараах аргаар шийдвэрлэдэг:

• Түвшинтэй ширхэгийн тараалт – ачааллын бүсэд ширхэгийг төвлөрүүлэх
• Хольсон полимерийн хольцууд – нугаламжийг сайжруулахын тулд 8–12% эластомер нэмсэн
• Микроэсгилтийн цэврүүлэг – дулаан шилжихийг бууруулахын тулд 30–50 мкм-ийн агаарын хөндийг оруулсан

Энэ арга нь материалын бүтцийн 85%-ийг хадгалж, цонхны суурилуулгын U-утгийг 1.0 Вт/м²К-аас бага болгоход хүрч чадна.

Дулааны тасралтыг тойрон гардаг цонхны хүрээний загварын дутагдал

NFRC 2023 оны өгөгдлөөр худалдааны зориулалтын барилгын суурилуулгын 34% нь дулааны тасралтын үйлчилгээг муутгаж буй дутагдалтай байдаг:

1. Тааруулаагүй хүрээний профилийн хэсгүүд шууд металл-металл хооронд хоорондоо хүрэх үед
2. Хэт том хэмжээтэй батлангийн болтууд дулааныг тусгаарлагч хэсгийг нэвтрэх
3. Давхаргын байршил суулгахдаа дутмаг конвекц халуун дамжуулах гогцоог идэвхжүүлэх

Засвар үйлчилгээний арга зам бол лазерын чиглүүлэгч хэрэгсэл, ASTM E283/E331-баталгаажуулсан даралт шалгах аргаар дулааны хаалтын тасралтгүй байдлыг шалгах явдал юм. Зөв хэрэгжүүлсэн систем нь хүйтэн климатын туршлаганд 29–37% бага энергийн алдагдлыг харуулсан.

Дулааны завсар хоорондын үр ашгийг сайжруулах нотолгоотой шийдэл

PA66GF25-ийн материал бэлтгэх, хатаах аргачлалыг үр дүнтэй болгох

80–90°C температурт 4–6 цагийн турш үр дүнтэй хатаах нь экструзийн үед уурны хөндий үүсэхээс сэргийлэхийн тулд гранулын чийгийг 0.1%-иас бага болтлоо бууруулдаг. Автомжуулсан зөөвөрлөлтийн систем, таглах савалт бохирдохоос хамгаалдаг. Эдгээр үр дүнтэй аргачлал нь эцсийн бүтээгдэхүүний дулааны эсэргүүцлийг 12–15% сайжруулдаг.

Дэвшилтэт загварын дизайн ба нарийвчлалтай экструзийн удирдлагын аргууд

±0.05 мм нарийвчлал бүхий хэлбэрт оруулах формууд нь хэт халахыг сааруулахад чухал ач холбогдолтой тогтмол хэлбэр хадгалахад тусалдаг. Хуванцар шахах системүүд нь 240-260 хэмийн хооронд байдаг бутлагчийн температурыг мөн 25-35 эргэлт/минутын хооронд байдаг гвинтний эргэлтийн хурд зэрэг үзүүлэлтүүдийг тасралтгүй хянах замаар хайлуулсан материалыг боловсруулалтын үед зөвхөн тохиромжтой нягтралд хадгалж байдаг. Дараа нь халаасан материал 180 хэмээс эхлэн алхам алхмаар доош 60 хэм хүртэл хөргөх үе шатанд орж, үйлдвэрлэсний дараа деталь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэлбэр алдагдахад хүргэдэг дотоод стрессийг багасгадаг. Эдгээр бүх арга техникийг нэгтгэснээр одоо үе дэхь үйлдвэрлэлийн хуучин арга замуудтай харьцуулахад дулаан дамжуулах асуудал үүсэх магадлалыг ойролцоогоор 40 хувиар бууруулдаг.

Дулаан, бүтцийн үзүүлэлтийг шалгаж баталгаажуулах чанарын хяналтын шалгалт

Баталгаажуулалтын өргөн хүрээг багтаана:

1. Инфра улаан туяаны термографи гадаргуугийн температурын зөрүүг илрүүлэх (ΔT ≥ 2°C)
2. Механик ачааллын шалгалт 8–10 кН хүчдэлийн бат бөхийг шалгах
3. Хурдасгасан насжилтын туршилт 20 жилийн турш дулааныг тусгаарлах чанар 5%-иас бага буурахыг баталгаажуулах

Автомжуулсан лазерын сканер нь 0.3 мм-с өргөн трещиныг илрүүлдэг бөгөөд, загварын дээж авалт гэрчилгээт дулааныг тусгаарлах ажиллагааг EN 14024 стандартад нийцүүлэн хийгдэнэ.