SPRAWOZDANIE

Proces grzania płyt z tworzyw sztucznych .Badanie
wpływu parametrów grzania na temperaturę
grzanego elementu. Pomiar temperatury.

ZARYS ZAGADNIENIA

Eksperyment ma na celu określenie jakiego zestawu
parametrów należy użyć, aby nagrzać element
termoformowany do określonej temperatury.
Rozpatrzymy jak temperatura wzrasta w czasie dla
poszczególnych mocy, oraz jak wzrasta temperatura
przy zmieniającej się mocy w danym, jednakowym
czasie. Z uzyskanych wykresów spróbujemy znaleźć
funkcje, które pozwolą nam wyliczyć dla określonej
temperatury oraz mocy grzałek czas nagrzewania.

Grzegorz Sikorski 205554

Technologia wytwórstwa z tworzyw sztucznych

Do grzania próbek zastosujemy termoformierkę laboratoryjną. Elementami badanymi
będą dwie płyty, różniące się w znaczy sposób absorbcją promieniowania
podczerwonego, emitowanego z grzałek. Jest to polistyren(biała płyta) oraz
kompozytowa płyta z simowoodu (ciemna płyta).

Na płytach oznaczyliśmy miejsca charakterystyczne z punktu widzenia rozkładu
temperatury, czyli środek oraz najbardziej oddalony punkt od środka. Naniesione po
obu stronach, ponieważ jedna strona będzie od strony grzałek.

Pierwszą badaną próbką była płyta biała:

Powierzchnia od strony grzałek Druga powierzchnia

Po naniesieniu

punktów ,w których będziemy mierzyć temperaturę, należało dobrać

parametry grzania,

którymi były:



Moc grzałek po stronie zewnętrznej Pz [%]



Moc grzałek po stronie wewnętrznej Pw [%]



Czas grzania t[s]

Do pomiaru temperatury wykorzystaliśmy pirometr, który wykorzystuje zjawisko
emisji promieniowania, emitowanego przez obiekt.

Zaletą jest tutaj bezdotykowy

pomiar.

Pomiar powier

zchni od strony grzałek Pomiar przeciwnej powierzchni

Aby ułatwić analizę wyników moc Pz oraz Pw ustalaliśmy na tą samą wartość, a
okres grzania wszędzie jednakowy i wynosił 15s.Próby powtarzano do uzyskania
satysfakcjonującej nas temperatury, bądź do momentu gdzie temperatura mimo
grzania dalej nie wzrastała. Pierwszą próbę rozpoczęliśmy od mocy 40%,zwiększając
co 20% do uzyskania 100%.Oto wykresy przedstawiające zależność T(t) przy
zastosowaniu różnych mocy.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

15

30

45

60

75

90

105 120 135 150 165 180 195

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]̊̊̊̊

CZAS [S]

T(t) dla mocy 40%

A 36 35,4 39,5 44,3 49 54,2 58,2 60,2 63
67,5 72,2 71,6 73,9

C 26,2 29,8 31,5 32,9 35,7 39,9 47 46,6
46,9 51 53,6 52,7 55

A' 26,3 28,5 32 35,5 38 41 44,4 49,1
52,1 54,8 60,2 61,4 60,6

C' 24,4 25 27,8 31 33,1 34,5 38,8 39,1
42,5 42,6 44,6 51,5 49,1

0

20

40

60

80

100

120

15

30

45

60

75

90

105

120

135

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 60%

A 41,7 54,7 67,8 75 85 92 97,7 103 111

C 35,6 46,7 55,3 63 68,6 74,4 79 83,3
90,1

A' 26,7 36,7 46,1 55,5 63 69 70,6 81
87,6

C' 29,1 38,2 44,7 51,5 56,1 62,2 65 73
73

0

20

40

60

80

100

120

140

15

30

45

60

75

90

105

120

135

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 80%

A 55,6 70,1 84 94 101 108,5 115 119
124,9

C 46 60,2 72 79,3 87,3 94,1 94,9 106,6
106,1

A' 34,5 47,2 62,9 71,5 76,8 84,1 90,5 95
100

C' 40,5 48,7 58,8 66,9 74,9 79,6 87 91,1
91,2

0

20

40

60

80

100

120

140

160

15

30

45

60

75

90

105

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 100%

A 63 78 93 106,8 117,1 124,1 133,7

C 48,5 66 82 91,7 105,9 111,4 113,5

A' 34,5 48,9 62,4 75,8 84,9 93,7 103

C' 36,2 50 64,1 76,3 85,4 94,3 103

Sporządziłem również wykres T(P) dla t=constans

0

10

20

30

40

50

60

70

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[15s]

A

C

A'

C'

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[30s]

A

C

A'

C'

0

20

40

60

80

100

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[45s]

A

C

A'

C'

0

20

40

60

80

100

120

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[60s]

A

C

A'

C'

0

20

40

60

80

100

120

140

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[75s]

A

C

A'

C'

Analogiczne wykresy sporządziliśmy dla płyty ciemnej:

Druga powierzchnia Powierzchnia od strony grzałek

0

20

40

60

80

100

120

140

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[90s]

A

C

A'

C'

0

20

40

60

80

100

120

140

160

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[105s]

A

C

A'

C'

0

20

40

60

80

100

120

15

30

45

60

75

90 105 120 135 150 165 180

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 40%

A 41,7 55,6 67,7 76,8 82,7 86,2
88,8 90 92,1 95,6 96,5 96,9

B 42,7 56,5 68,9 75,6 82,1 84,9
89,4 90,3 89,9 93,6 95 95,9

A' 40,2 52,5 65 72,1 78,8 79 82,8
89,3 89,4 90 92,6 93,7

B' 42 55 65,4 66,7 75,3 80,6 81
71,1 83,2 83,8 84,9 83

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

A

57

82,3

97,2

105

111,5

115,6

116

120

121,6

122

122

B

56,9

80

95

107,5

108

115

118

122

125

126

127

A'

54,3

78,5

92,7

101,1

105,9

111,2

115,8

120

113,5

113

113,1

B'

55,6

73

82,1

90,4

99,3

106,7

101,3

105

114

114

114,3

0

20

40

60

80

100

120

140

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 60%

A

B

A'

B'

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

195

210

225

A

68,5

95,4

112

122

129,7

132

138

137

142

139,2

138

141,5

141

144

141,2

B

66

96,5 114,4

127

132,7

140

141,6

144

149

147

146

148,8

145

151

151,4

A' 65,2

90

109,8 115,6 124,2

125

125,5

126

133

130

124

131

130

127

130,7

B'

68

89,2

96

105,2

126

130

133

132,5

131

123

133

134

135

133

143

0

20

40

60

80

100

120

140

160

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 80%

A

B

A'

B'

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

180

A

77,3

108

128,4

138,7

139

147

146

149,4

151,8

150,1

158,6

154,8

B

76,8

110,1

124,1

130,5

143,9

150,9

141,4

145,4

142,2

148,4

151,6

143,3

A'

72,8

103,1

119,1

126,5

127,7

133,9

136,2

136,7

138,1

139

141,4

142,1

B'

72,8

106,6

119,5

127

135

133,1

142,4

144,4

147,7

145,1

144,5

143,4

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 100%

A

B

A'

B'

Sporządziłem również wykres T(P) dla t=constans

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[15s]

A

B

A'

B'

0

20

40

60

80

100

120

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[30s]

A

B

A'

B'

0

20

40

60

80

100

120

140

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[45s]

A

B

A'

B'

0

20

40

60

80

100

120

140

160

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[60s]

A

B

A'

B'

Aproksymując zestaw danych „A” funkcją logarytmiczną można obliczyć przybliżony
czas nagrzewania, mając równanie funkcji i odpowiednio przekształcając do x(y).

Płyta biała:

Postaram się oszacować czas nagrzewania przy mocy 70% do temp. T=170 ̊C

W tym celu obliczę czas nagrzewania do T=170 ̊C przy mocy 60% oraz 80% po
czym uśrednie wynik.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[75s]

A

B

A'

B'

0

20

40

60

80

100

120

140

160

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[90s]

A

B

A'

B'

0

50

100

150

200

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[105s]

A

B

A'

B'

0

50

100

150

200

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[120s]

A

B

A'

B'

0

50

100

150

200

40%

60%

80%

100%

Te

m

p

era

tu

ra

[

o

C]

Moc [%]

T(P) t=constans[135s]

A

B

A'

B'



Dla 60% ,t(170

̊C)= 1042s



Dla 80% ,t(170

̊C)= 600s

Średnia t

śred

=821s

,około13,5min

Płyta ciemna:

Analogicznie

Postaram się oszacować czas nagrzewania przy mocy 90% do temp. T=200 ̊C

W tym celu obliczę czas nagrzewania do T=200 ̊C przy mocy 80% oraz 100% po
czym uśrednie wynik.

y = 31,61ln(x) + 35,915

0

20

40

60

80

100

120

15

30

45

60

75

90

105 120 135

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 60%

A 41,7 54,7 67,8 75 85 92 97,7 103
111

Log. (A 41,7 54,7 67,8 75 85 92 97,7
103 111)

y = 32,211ln(x) + 51,082

0

20

40

60

80

100

120

140

15

30

45

60

75

90

105

120

135

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 80%

A 55,6 70,1 84 94 101 108,5 115
119 124,9

Log. (A 55,6 70,1 84 94 101 108,5
115 119 124,9)



Dla 80% ,t(200

̊C)=915s



Dla 100% ,t(200

̊C)=646s

Średnia t

śred

=780s

,około13min

Spostrzerzenia:



Widać ,że płyta ciemna nagrzewa się bardziej równomiernie w porównaniu
do płyty białej. Może to wynikać z faktu ,że jest ona cieńsza od drugiej z
płyt( płyta biała-4mm,ciemna-1mm),choć raczej skłaniałbym się, że to
skłonność do absorbcji promieniowania ma tu większy wpływ.



Charakter

wzrostu temperatury w czasie w przypadku płyty białej wydaje

się być niemal prostoliniowy, aczkolwiek może to wynikać z
niewystarc

zającej liczby pomiarów. W przypadku płyty ciemnej wykres

wzrasta logarytmi

cznie i przy danej mocy grzałek, temperatura stabilizuje

się.



W przypadku płyty ciemnej około 120s grzania temperatura zaczyna się w
stosunku do reszty wykresu s

tabilizować, biorąc pod uwagę wszystkie

moc

y grzałek i można stwierdzić, że niezależnie od czasu, płyta nagrzana

y = 29,613ln(x) + 78,281

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

15

30

45

60

75

90 105 120 135 150 165 180 195 210 225

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 80%

B

Log. (B)

y = 29,83ln(x) + 87,74

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

TE

M

PE

R

A

TUR

A

[

O

C

]

CZAS [S]

T(t) dla mocy 100%

A

Log. (A)

była w miarę równomiernie. Płyta biała zachowywała się trochę inaczej,
wolniej

się nagrzewała i największą dysproporcje obszarów nagrzania

obserw

owaliśmy w początkowych sekundach oraz warto zaznaczyć że

dolna powierzchnia ledwo się nagrzała. Efekt stabilizacji temperatury w
czasie oraz na obszarze płyty był nieobserwowalny.

Wniosek

Płytę ciemną zdecydowanie łatwiej nagrzać, bardziej równomiernie się
nagrzewa. Na podstawie wykresów jesteśmy w stanie wyznaczyć czas grzania
dla określonej mocy i zadanej temperatury, co może pomóc w dobraniu
parametrów, w celu udoskonalenia procesu termoformowania tychże
materiałów, aby zapobiegać niedogrzaniom, bądź przegrzaniom materiału.