DE102020125375A1 - Method of heating objects with microwaves - Google Patents

Method of heating objects with microwaves Download PDF

Info

Publication number
DE102020125375A1
DE102020125375A1 DE102020125375.3A DE102020125375A DE102020125375A1 DE 102020125375 A1 DE102020125375 A1 DE 102020125375A1 DE 102020125375 A DE102020125375 A DE 102020125375A DE 102020125375 A1 DE102020125375 A1 DE 102020125375A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
susceptor
product
energy
microwave
microwaves
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020125375.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Christian Dreyer
Lutz Hartmann
Tiberiu-Mihai Tatai
Mario Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102020125375.3A priority Critical patent/DE102020125375A1/en
Publication of DE102020125375A1 publication Critical patent/DE102020125375A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/02Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by heating
    • B29B13/023Half-products, e.g. films, plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B29B13/08Conditioning or physical treatment of the material to be shaped by using wave energy or particle radiation
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/647Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6482Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with radiant heating, e.g. infrared heating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/647Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques
    • H05B6/6491Aspects related to microwave heating combined with other heating techniques combined with the use of susceptors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/78Arrangements for continuous movement of material

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts (12; 60) oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energie ganz oder teilweise mittels Mikrowellen (34) übertragen wird; zumindest ein Teil der mittels Mikrowellen (34) übertragenen Energie über einen Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) auf das Material (12; 60) übertragen wird, und der Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) außerhalb des Produkts angeordnet ist.A method for producing an at least partially crosslinked polymer product (12; 60) or polymer composite product by introducing energy into a resinous starting material is characterized in that the energy is transmitted entirely or partially by means of microwaves (34); at least part of the energy transmitted by means of microwaves (34) is transmitted to the material (12; 60) via a susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58), and the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) is located outside the product.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial.The invention relates to a method for producing an at least partially crosslinked polymer product or polymer composite product by introducing energy into a resinous starting material.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial und einen Nachrüst-Bausatz zum Nachrüsten eines Mikrowellengenerators mit einem Suszeptor.The invention also relates to an arrangement for producing an at least partially crosslinked polymer product by introducing energy into a resinous starting material and a retrofit kit for retrofitting a microwave generator with a susceptor.

Ein Beispiel für ein Polymerprodukt sind Prepregs. Prepregs (von preimpregnated fibers) sind Halbzeuge faserverstärkter Kunststoffe, in denen eine Harzmatrix durch die Zufuhr von Wärme leicht vorvernetzt ist und die daher bis zu ihrer endgültigen Verarbeitung lagerstabil sind. Um diesen Prepreg-Zustand einzustellen, müssen harzgetränkte Glasfasergelege für einige Minuten bei Temperaturen zwischen typischerweise 100°C und 200°C getempert werden. Wichtig ist es dabei, dass weder zuviel, noch zuwenig Energie für die Vernetzung eingetragen wird. Zuviel Energie führt zu einer vollständigen Vernetzung, welche eine Weiterverarbeitung verhindert. Bei Zufuhr von zu wenig Energie ist das Prepreg nicht lagerfähig.An example of a polymer product is prepregs. Prepregs (from preimpregnated fibers) are semi-finished products made of fiber-reinforced plastics in which a resin matrix is slightly pre-crosslinked by the addition of heat and which are therefore storage-stable until their final processing. In order to achieve this prepreg condition, resin-impregnated glass fiber fabrics must be annealed for a few minutes at temperatures typically between 100°C and 200°C. It is important that neither too much nor too little energy is used for networking. Too much energy leads to complete cross-linking, which prevents further processing. If too little energy is supplied, the prepreg cannot be stored.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem „Handbuch Faserverbundkunststoffe/Composites - Grundlagen, Verarbeitung, Anwendungen“, Springer Vieweg, 4. Auflage, 2013; „Faserverbundwerkstoffe - Prepregs und ihre Verarbeitung“, Carl Hanser Verlag, 1./2. Auflage 2014/2020 ist bekannt, die Einstellung des Prepreg-Zustandes in Öfen oder über Wärmebäder auf der Basis von Thermalölen vorzunehmen. Dabei müssen beträchtliche Mengen Öl über die Zieltemperatur hinaus erhitzt werden. Das Verfahren erfordert viel Energie. Die Erwärmung des Öls ist langsam. Die Einstellung auf eine ausgewählte Temperatur ist entsprechend ungenau und träge.From the "Handbook Fiber Reinforced Plastics/Composites - Basics, Processing, Applications", Springer Vieweg, 4th edition, 2013; "Fiber composite materials - prepregs and their processing", Carl Hanser Verlag, 1./2. Edition 2014/2020 it is known to adjust the prepreg state in ovens or in heat baths based on thermal oils. Considerable quantities of oil have to be heated above the target temperature. The process requires a lot of energy. The heating of the oil is slow. Adjusting to a selected temperature is correspondingly imprecise and sluggish.

Aus der DE 10 2015 111 555 B3 ist ein Mikrowellen-Applikator bekannt, der zur Mikrowellenbehandlung größerer Komponenten vorgesehen ist. Mit der bekannten Anordnung soll das gesamte Material des Werkstücks behandelt werden. Viele Kunststoffe sind der Erwärmung durch Bestrahlung mit Mikrowellen nicht zugänglich. Sie sind mikrowellentransparent. Typische mikrowellentransparente Materialien sind Glas oder Polypropylen.From the DE 10 2015 111 555 B3 a microwave applicator is known which is provided for the microwave treatment of larger components. With the known arrangement, the entire material of the workpiece is to be treated. Many plastics are not amenable to heating by exposure to microwaves. They are microwave transparent. Typical microwave transparent materials are glass or polypropylene.

DE 10 2018 123 261 A1 offenbart die Behandlung von mikrowellentransparenten Kunststoffen mit Mikrowellen. Dabei soll gezielt nur eine aufgebrachte Leiterschicht, nicht aber das mikrowellentransparente Kunststoff-Substrat erwärmt werden. DE 10 2018 123 261 A1 discloses the treatment of microwave-transparent plastics with microwaves. In this case, only an applied conductor layer should be heated, but not the microwave-transparent plastic substrate.

D. Teufl, S. Zaremba Materials 11, 838, 2018 offenbart die Bestrahlung von glasfaserverstärkten Kunststoffen mittels Mikrowellen. Bei dem Verfahren wird ein Vakuumsack-Aufbau verwendet. Das ist aufwändig und für die Serienfertigung ungeeignet. Ziel des bekannten Verfahrens ist die vollständige Aushärtung eines einzelnen Bauteils. Eine Einstellung der Dosis des Energieeintrags ist nicht offenbart.D. Teufl, S. Zaremba Materials 11, 838, 2018 discloses the irradiation of glass fiber reinforced plastics using microwaves. The method uses a vacuum bag assembly. This is complex and unsuitable for series production. The aim of the known method is the complete curing of an individual component. An adjustment of the dose of the energy input is not disclosed.

Die in der Praxis bei Mikrowellen vorhandenen Inhomogenitäten der elektrischen Feldstärke und der Materialeigenschaften, etwa der dielektrischen Permittivität und Leitfähigkeit, verursachen häufig eine inhomogene Erwärmung. Das ist unerwünscht. Der Effekt tritt besonders bei Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie beispielsweise Kunststoffen auf.The inhomogeneities in the electric field strength and the material properties, such as the dielectric permittivity and conductivity, which occur in practice with microwaves, often cause inhomogeneous heating. This is undesirable. The effect occurs particularly in materials with low thermal conductivity such as plastics.

Aus der Veröffentlichung von M. Bhattacharya, T. Basak Energy 97, 306, 2016 sind Suszeptoren bekannt. Suszeptoren absorbieren Mikrowellenenergie und heizen sich auf. Die aufgenommene Energie wird durch Konvektion und/oder IR-Strahlung wieder abgegeben. Es sind zwei Arten von Suszeptoren zu unterscheiden: partikuläre oder granuläre Suszeptoren werden in das zu erwärmende Material eingebracht. Makroskopische Suszeptoren befinden sich im Strahlungsfeld der Mikrowellen außerhalb des zu erwärmenden Materials. Die Druckschrift offenbart im Abschnitt „Polymere“ Materialien mit partikulären Suszeptoren in Klebstoffen, mit denen Polymer-Bauteile verbunden werden. Nachteilig an partikulären Suszeptoren ist es, dass diese das Material, dessen Aussehen und seine Eigenschaften verändern. Außerdem bilden partikuläre Suszeptoren ein Verbrauchsmaterial, das mit Kosten und Aufwand verbunden ist. In der Praxis hat sich gezeigt, dass partikuläre Suszeptoren nur mit Aufwand gleichmäßig in dem Polymer verteilbar sind. Auch hier erfolgt eine vollständige Vernetzung.Susceptors are known from the publication by M. Bhattacharya, T. Basak Energy 97, 306, 2016. Susceptors absorb microwave energy and heat up. The absorbed energy is given off again by convection and/or IR radiation. There are two types of susceptors: Particulate or granular susceptors are introduced into the material to be heated. Macroscopic susceptors are located in the microwave radiation field outside of the material to be heated. In the “Polymers” section, the publication discloses materials with particulate susceptors in adhesives, with which polymer components are connected. A disadvantage of particulate susceptors is that they change the material, its appearance and its properties. In addition, particulate susceptors are a consumable that involves cost and effort. In practice it has been shown that particulate susceptors can only be distributed uniformly in the polymer with a great deal of effort. Here, too, there is complete networking.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial der eingangs genannten Art mit geringerem Energiebedarf und schnelleren Reaktionszeiten zu schaffen.The object of the invention is to create a method for producing an at least partially crosslinked polymer product or polymer composite product by introducing energy into a resinous starting material of the type mentioned at the outset, with lower energy requirements and faster reaction times.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem genannten Verfahren dadurch gelöst, dass

  1. (a) die Energie ganz oder teilweise mittels Mikrowellen übertragen wird;
  2. (b) zumindest ein Teil der mittels Mikrowellen übertragenen Energie über einen Suszeptor auf das Material übertragen wird, und
  3. (c) der Suszeptor außerhalb des Produkts angeordnet ist.
According to the invention, the object is achieved in the method mentioned in that
  1. (a) the energy is transmitted in whole or in part by means of microwaves;
  2. (b) at least a portion of the microwave energy is transferred to the material via a susceptor, and
  3. (c) the susceptor is located outside the product.

Die Verwendung von Suszeptoren ermöglicht auch den Einsatz von Mikrowellen mit mikrowellentransparenten Polymeren und deren Verbundstoffen. Der Energiebedarf sinkt gegenüber der bekannten Heizung mittels Öl-basiertem Wärmebad. Es wird eine homogene, genauere und schnellere Einstellung der Temperatur ermöglicht. Anders als bei bekannten Suszeptoren, die für Polymere verwendet werden, wird das zu erwärmende Material bei diesem Verfahren nicht verändert, denn die Suszeptoren sind außerhalb des Produkts angeordnet. Dadurch wird es möglich, das Produkt selber und nicht etwa nur Fügematerialien mit Mikrowellen zu behandeln.The use of susceptors also allows the use of microwaves with microwave transparent polymers and their composites. The energy requirement decreases compared to the well-known heating by means of an oil-based heat bath. A homogeneous, more precise and faster setting of the temperature is made possible. Unlike the known susceptors used for polymers, the material to be heated is not changed in this process, since the susceptors are located outside the product. This makes it possible to treat the product itself and not just the joining materials with microwaves.

Der außerhalb des Produkts angeordnete Suszeptor kann granulär oder partikulär ausgebildet sein. Dann ist ein zusätzliches Behältnis außerhalb des Produkts erforderlich. Der Suszeptor hat daher vorzugsweise makroskopische Abmessungen. Dann kann der Suszeptor selber beispielsweise mit einer Halterung im Mikrowellenfeld außerhalb des zu erwärmenden Produkts angeordnet werden. Er ist leicht zu handhaben und seine Lage kann gut justiert werden.The susceptor arranged outside the product can be granular or particulate. An additional container outside the product is then required. The susceptor is therefore preferably of macroscopic dimensions. The susceptor itself can then be arranged, for example with a holder, in the microwave field outside of the product to be heated. It is easy to handle and its position can be adjusted well.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Suszeptor eine makroskopische, steife geometrische Form hat und insbesondere aus Platten, Stäben, Rohren, Gittern, Schalen, Kugeln, deren Kombinationen und/oder deren geometrischen Derivaten gebildet ist. Je nach Anordnung kann der Suszeptor ohne Halterung verwendet werden. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Lage des Suszeptors, insbesondere der Abstand zu dem zu heizenden Produkt einstellbar ist. Das ist besonders vorteilhaft, wenn verschiedene Produkte geheizt werden sollen und/oder wenn verschiedene Vernetzungsgrade erzielt werden sollen.In particular, it can be provided that the susceptor has a macroscopic, rigid geometric shape and is formed in particular from plates, rods, tubes, grids, shells, spheres, combinations thereof and/or geometric derivatives thereof. Depending on the arrangement, the susceptor can be used without a holder. In a particularly preferred embodiment, it is provided that the position of the susceptor, in particular the distance from the product to be heated, can be adjusted. This is particularly advantageous when different products are to be heated and/or when different degrees of crosslinking are to be achieved.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Suszeptor ganz oder teilweise aus einem Mikrowellenabsorber mit einem Wert tan δ e = ε '' r / ε ' r > 0,01

Figure DE102020125375A1_0001
vorzugsweise tan δ e = ε '' r / ε ' r > 0,1
Figure DE102020125375A1_0002
gebildet ist, wobei ε ' ' r = ε ' ' / ε 0
Figure DE102020125375A1_0003
ε ' r = ε ' / ε 0
Figure DE102020125375A1_0004
mit ε0 = 8,854×10-12 Farad/m (Dielektrizitätskonstante im Vakuum). In der oben aufgeführten Druckschrift von M. Bhattacharya, T. Basak Energy 97, 306, 2016 sind Werte für einige Materialien aufgeführt.It is preferably provided that the susceptor consists entirely or partially of a microwave absorber with a value tan δ e = e '' right / e ' right > 0.01
Figure DE102020125375A1_0001
preferably tan δ e = e '' right / e ' right > 0.1
Figure DE102020125375A1_0002
is formed, where e ' ' right = e ' ' / e 0
Figure DE102020125375A1_0003
e ' right = e ' / e 0
Figure DE102020125375A1_0004
with ε 0 = 8.854×10 -12 Farad/m (dielectric constant in vacuum). Values for some materials are given in the publication by M. Bhattacharya, T. Basak Energy 97, 306, 2016 cited above.

Für die vorliegende Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn der Suszeptor ganz oder teilweise aus SiC gebildet ist. Es versteht sich, dass der Suszeptor aber auch aus einem anderen Material mit vergleichbaren Eigenschaften gebildet sein kann.It is particularly advantageous for the present invention if the susceptor is made entirely or partially of SiC. It goes without saying that the susceptor can also be formed from a different material with comparable properties.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Dosis des Energieeintrags auf einen ausgewählten Wert eingestellt wird. Dann kann der Vernetzungsgrad beispielsweise von Prepregs sehr genau eingestellt und die Qualität der Produkte verbessert werden.The method according to the invention is particularly advantageous if the dose of the energy input is set to a selected value. Then the degree of crosslinking of prepregs, for example, can be adjusted very precisely and the quality of the products can be improved.

Insbesondere kann die Dosis des Energieeintrags über einen oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt werden: Bestrahlungsdauer, Mikrowellenenergie, Abstand des Suszeptors von der Produktoberfläche und/oder Material des Suszeptors oder durch Kombinationen daraus. Eine längere Bestrahlungsdauer, eine höhere Mikrowellenenergie und/oder ein geringerer Abstand des Suszeptors von der Produktoberfläche führt zu einer höheren Dosis.In particular, the dose of the energy input can be adjusted via one or more of the following parameters: irradiation duration, microwave energy, distance of the susceptor from the product surface and/or material of the susceptor or combinations thereof. A longer irradiation time, a higher microwave energy and/or a smaller distance of the susceptor from the product surface leads to a higher dose.

Mit der Anordnung können einzelne Teile in einem Mikrowellenfeld geheizt werden. Es ist aber auch möglich, dass das Produkt und/oder der mikrowellenbeaufschlagte Suszeptor während des Energieeintrags lateral zur Bestrahlungsrichtung bewegt wird. Dies ist besonders bei sog. Endlosmaterial vorteilhaft, dessen Abmessungen in einer Richtung größer sind, als das Mikrowellenfeld. Bei einer solchen Relativbewegung zwischen Suszeptor, ggf. Mikrowellengenerator und Produkt kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Dosis des Energieentrags zumindest teilweise über einen oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt wird: Bewegungsgeschwindigkeit und zurückgelegte Strecke. In der Praxis kann beispielsweise das Endlosmaterial oder die einzelnen Bauteile auf einem Förderband durch den Behandlungsraum mit den Mikrowellen gefahren werden. Bei hoher Geschwindigkeit wird eine geringe Dosis eingetragen, bei niedriger Geschwindigkeit eine höhere Dosis.With the arrangement, individual parts can be heated in a microwave field. However, it is also possible for the product and/or the susceptor to which the microwave is applied to be moved laterally to the irradiation direction during the energy input. This is particularly advantageous in the case of so-called endless material, the dimensions of which are larger in one direction than the microwave field. With such a relative movement between the susceptor, possibly the microwave generator, and the product, it can be provided in particular that the dose of the energy input is adjusted at least partially via one or more of the following parameters: speed of movement and distance covered. In practice, for example, the endless material or the individual components can be moved on a conveyor belt through the treatment room with the microwaves. At high speed, a small dose is injected, at low speed, a higher dose.

Das Polymerprodukt oder Polymer-Compositeprodukt kann zumindest teilweise aus Thermoplasten, Duromeren und/oder Verbundmaterialien mit Polymermatrix bestehen. The polymer product or polymer composite product can consist at least partially of thermoplastics, duromers and/or composite materials with a polymer matrix.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst mit einer Anordnung zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial, das gekennzeichnet ist durch

  1. (a) wenigstens einen Mikrowellengenerator zur Bestrahlung des Materials mit Mikrowellen mit auswählbarer Dosis; und
  2. (b) einen von den Mikrowellen beaufschlagten Suszeptor außerhalb des Materials zum Übertragen zumindest eines Teils der Energie der Mikrowellen auf das Material.
The object of the invention is also achieved with an arrangement for generating a at least partially crosslinked polymer product by energy input into a resinous starting material, which is characterized by
  1. (a) at least one microwave generator for irradiating the material with microwaves at a selectable dose; and
  2. (b) a microwave impacted susceptor external to the material for transferring at least a portion of the energy of the microwaves to the material.

Eine solche Anordnung ermöglicht das Heizen von Polymeren unabhängig davon, ob diese mikrowellentransparent sind oder nicht. Das zu heizende Produkt muss dabei nicht verändert werden. Anders als bei bekannten Anordnungen mit externen Suszeptoren, die außerhalb des Produkts angeordnet sind, dient die erfindungsgemäße Anordnung nicht zum Sintern von Keramiken bei hohen Temperaturen oberhalb von beispielsweise 1000°C, sondern zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts. Bei bekannten Anordnungen wird daher anders als bei der vorliegenden Erfindung immer mit höchstmöglicher Dosis behandelt um ein Endprodukt zu erhalten. Eine Teilvernetzung kann damit nicht erreicht werden.Such an arrangement makes it possible to heat polymers regardless of whether they are microwave-transparent or not. The product to be heated does not have to be changed. In contrast to known arrangements with external susceptors arranged outside the product, the arrangement according to the invention is not used for sintering ceramics at high temperatures above 1000° C., for example, but for producing an at least partially crosslinked polymer product. In contrast to the present invention, in known arrangements, treatment is therefore always carried out with the highest possible dose in order to obtain an end product. A partial network cannot be achieved with this.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Antrieb vorgesehen, mit welchem das mit Mikrowellen zu behandelnde Material kontinuierlich durch das Mikrowellenfeld des Mikrowellengenerators bewegbar ist. Insbesondere kann der Antrieb ein Förderband oder einen Wagen umfassen, auf welchem das Material lagerbar ist.In an advantageous embodiment of the invention, a drive is provided with which the material to be treated with microwaves can be moved continuously through the microwave field of the microwave generator. In particular, the drive can include a conveyor belt or a carriage on which the material can be stored.

Mikrowellengeneratoren sind teuer und werden auch für andere Zwecke als zur Verwendung für die erfindungsgemäße Aufgabe eingesetzt. Die Erfindung sieht daher auch einen Nachrüst-Bausatz vor zum Nachrüsten eines Mikrowellengenerators mit einem Suszeptor zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial. Der Nachrüst-Bausatz ermöglicht dann die Verwendung eines herkömmlichen Mikrowellengenerators für die Erzeugung eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts oder Polymer-Verbundprodukts. Das ist erheblich kostengünstiger, als die Neubeschaffung der kompletten Anordnung.Microwave generators are expensive and are also used for purposes other than use for the object of the invention. The invention therefore also provides a retrofit kit for retrofitting a microwave generator with a susceptor for producing an at least partially crosslinked polymer product or polymer composite product by introducing energy into a resinous starting material. The retrofit kit then enables a conventional microwave generator to be used to produce an at least partially crosslinked polymer product or polymer composite product. This is considerably cheaper than purchasing the entire arrangement from scratch.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.Refinements of the invention are the subject matter of the dependent claims. An embodiment is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.

Figurenlistecharacter list

  • 1 ist eine Seitenansicht einer Anordnung zum Behandeln von Materialien mit Mikrowellen mit einem Multimodeapplikator, einem Monomodeapplikator und einer Infrarot-Strahlungsquelle. 1 Figure 12 is a side view of an arrangement for treating materials with microwaves having a multimode applicator, a single mode applicator and an infrared radiation source.
  • 2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung aus 1. 2 Figure 12 is a plan view of the assembly 1 .
  • 3 ist eine Vorderansicht der Anordnung aus 1. 3 12 is a front view of the arrangement of FIG 1 .
  • 4 zeigt ein Detail aus 1 mit Suszeptor. 4 shows a detail 1 with susceptor.
  • 5 ist eine schematische Seitenansicht einer Anordnung zum Behandeln von Materialien mit Mikrowellen und Infrarot-Strahlung. 5 Fig. 12 is a schematic side view of an arrangement for treating materials with microwaves and infrared radiation.
  • 6 ist illustriert eine alternative Anordnung von Suszeptoren für eine Mikrowellenanordnung nach 1. 6 Fig. 11 illustrates an alternative arrangement of susceptors for a microwave assembly according to Figs 1 .

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In den 1 bis 3 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Anordnung zum Behandeln von Materialien mit Mikrowellen gezeigt. In der Anordnung können alle Arten von Materialien in Form von Stückgut oder Meterware behandelt werden, beispielsweise Prepregs, Verbundmaterialien oder dergleichen. Den Materialien wird über Mikrowellen Energie zugeführt, mit der das Material ausgehärtet, erwärmt und/oder getrocknet wird.In the 1 until 3 1, there is shown an assembly, generally designated 10, for treating materials with microwaves. All types of materials in the form of piece goods or yard goods can be treated in the arrangement, for example prepregs, composite materials or the like. Energy is supplied to the materials via microwaves, with which the material is cured, heated and/or dried.

Die Figuren zeigen beispielhaft ein Produkt 12 beispielsweise in Form eines harzimprägnierten Glasfaser-Geleges, welches auf einem Förderband 14 aus glasfaserverstärktes Teflon-Gitter befördert wird. Das Förderband ist durchlässig für Mikrowellen. Die Förderrichtung ist mit einem Pfeil 28 angezeigt. Die Fördergeschwindigkeit kann am Antrieb 21 und/oder am Antrieb 19 eingestellt werden. Das Förderband 14 tritt in eine von einem Gehäuse begrenzten Behandlungskammer 16 ein. Die Behandlungskammer 16 wird in einem ersten Behandlungsraum 20 von Mikrowellen der Frequenz 2,45 GHz eines Multimodeapplikators 18 durchstrahlt. In einem zweiten, optionalen Behandlungsraum 22 wird die Behandlungskammer 16 von Mikrowellen der Frequenz 2,45 GHz eines Monomodeapplikators 24 durchstrahlt. Ein dünnes Produkt 12, wie es in den Figuren dargestellt ist, kann mit dem Förderband 14 durch beide Behandlungsräume 20 und 22 der Behandlungskammer 16 bewegt werden. Wenn beide Applikatoren eingeschaltet sind, wird das Produkt 12 zwei Mal einer Behandlung mit Mikrowellen ausgesetzt.The figures show an example of a product 12, for example in the form of a resin-impregnated glass fiber fabric, which is conveyed on a conveyor belt 14 made of glass fiber-reinforced Teflon mesh. The conveyor belt is permeable to microwaves. The conveying direction is indicated with an arrow 28 . The conveying speed can be set on the drive 21 and/or on the drive 19. The conveyor belt 14 enters a treatment chamber 16 defined by an enclosure. The treatment chamber 16 is irradiated in a first treatment room 20 by microwaves with a frequency of 2.45 GHz from a multimode applicator 18 . In a second, optional treatment room 22, the treatment chamber 16 is radiated through by microwaves with a frequency of 2.45 GHz from a monomode applicator 24. A thin product 12, as shown in the figures, can be moved with the conveyor belt 14 through both treatment spaces 20 and 22 of the treatment chamber 16. With both applicators turned on, the product 12 is subjected to two microwave treatments.

Zur Behandlung von dicken oder gekrümmten Materialien oder Materialien mit größeren Abmessungen in vertikaler Richtung kann der Monomode-Applikator 24 auseinandergefahren oder entfernt werden.To treat thick or curved materials, or materials with larger dimensions in the vertical direction, the Mono mode applicator 24 are moved apart or removed.

Jeder der Mikrowellenapplikatoren kann unabhängig voneinander eingeschaltet werden, so dass sich vielfältige Möglichkeiten der Behandlung für verschiedenartige Materialien in einer Anordnung ergeben. Es versteht sich, dass auch Anordnungen mit nur einem Mikrowellenapplikator geeignet sein können.Each of the microwave applicators can be switched on independently of one another, resulting in a wide range of treatment options for different types of materials in one arrangement. It goes without saying that arrangements with only one microwave applicator can also be suitable.

Es gibt Polymer-Materialien, die mikrowellentransparent sind. Diese Materialien werden in der beschriebenen Anordnung nicht oder nur wenig erwärmt und es erfolgt keine ausreichende Vernetzung für die Erzeugung beispielsweise eines Prepregs. Insbesondere bei geringen Abmessungen des Produkts gegenüber den Abmessungen des Mikrowellen-Applikators besteht die Gefahr einer inhomogenen Erwärmung. Die Anordnung 10 weist daher im Behandlungsraum 20 einen oder mehrere Suszeptoren 32 auf.There are polymer materials that are microwave transparent. These materials are not or only slightly heated in the arrangement described and there is insufficient crosslinking for the production of a prepreg, for example. There is a risk of inhomogeneous heating, in particular when the dimensions of the product are small compared to the dimensions of the microwave applicator. The arrangement 10 therefore has one or more susceptors 32 in the treatment room 20 .

Jeder der Suszeptoren 32 ist aus SiC gefertigt. Es versteht sich, dass auch andere Materialien als Suszeptor geeignet sein können, die einen hohen dielektrischen Verlust aufweisen. Die Suszeptoren 32 sind zwischen Mikrowellengenerator 18 und Produkt 12 im Mikrowellenfeld des Behandlungsraums 20 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Suszeptoren 32 vom Förderband 14 entkoppelt. Sie bilden einen ortsfesten Teil des Mikrowellen-Applikators. Optional kann ein Reflektor und/oder eine Isolierung beispielsweise aus Teflon an der Rückseite des Suszeptors vorgesehen sein. Ein Reflektor und/oder eine Isolierung ermöglicht eine verbesserte Energieausnutzung. Zu beachten ist bei der Auswahl der Reflektormaterialien, dass Metalle beispielsweise ihrerseits mikrowellenaktiv sind und unerwünschte Wirbelströme induzieren können.Each of the susceptors 32 is made of SiC. It goes without saying that other materials which have a high dielectric loss can also be suitable as a susceptor. The susceptors 32 are arranged between the microwave generator 18 and the product 12 in the microwave field of the treatment room 20 . In the present exemplary embodiment, the susceptors 32 are decoupled from the conveyor belt 14 . They form a stationary part of the microwave applicator. A reflector and/or insulation, for example made of Teflon, can optionally be provided on the rear side of the susceptor. A reflector and/or insulation allows for improved energy efficiency. When selecting the reflector materials, it should be noted that metals, for example, are microwave-active and can induce unwanted eddy currents.

4 illustriert die Funktionsweise des Suszeptors 32. Die von dem Mikrowellengenerator 18 erzeugte Mikrowellenstrahlung 34 wird vom Suszeptor 32 absorbiert. Die Energie wird dort in Wärmeenergie umgewandelt und in Form von Infrarotstrahlung und Konvektionswärme in Richtung auf das Produkt 12 abgegeben. Während das Produkt 12 durch Mikrowellenstrahlung nicht oder nur wenig erwärmt wird, wird die von dem Suszeptor 32 abgegebene Wärme fast vollständig an das Produkt abgegeben. Mit dem Suszeptor ist es somit möglich mikrowellentransparente Materialien zu erwärmen. 4 illustrates the functioning of the susceptor 32. The microwave radiation 34 generated by the microwave generator 18 is absorbed by the susceptor 32. FIG. The energy is converted into thermal energy there and is emitted in the direction of the product 12 in the form of infrared radiation and convection heat. While the product 12 is not or only slightly heated by microwave radiation, the heat given off by the susceptor 32 is given off almost completely to the product. It is thus possible to heat microwave-transparent materials with the susceptor.

Der Suszeptor 32 ist in vertikaler Richtung, d.h. in Richtung des Pfeils 38 in 4, bewegbar. Dadurch wird einerseits ermöglicht, dass auch Produkte 12 mit größeren Abmessungen in vertikaler Richtung behandelt werden können. Andererseits kann der Abstand zwischen Suszeptor 32 und Produktoberfläche und somit die übertragene Energie sehr gut und schnell eingestellt werden. Es versteht sich, dass die Verstellung bei Verwendung von Sensoren automatisiert erfolgen kann.The susceptor 32 is in the vertical direction, ie in the direction of arrow 38 in 4 , moveable. On the one hand, this makes it possible for products 12 with larger dimensions to be treated in the vertical direction. On the other hand, the distance between the susceptor 32 and the product surface, and thus the transmitted energy, can be set very well and quickly. It goes without saying that the adjustment can be automated when using sensors.

Die Anordnung ist in üblicher Weise mit Temperatursensoren versehen. Diese können beispielsweise von einem Pyrometer und/oder faseroptischen Sensoren für Kontaktmessung am Material gebildet sein. Für den Aufbau mit den Suszeptoren kann eine Halterung für ein bestimmtes Bauteil/Material individuell angepasst werden. Die Suszeptoren bestehen vorteilhafterweise aus Siliziumcarbid, bevorzugt in der hexagonalen α-Struktur, und Kupferoxid-Pulver CuO. Viele Suszeptormaterialien, die für die thermische Behandlung von Keramiken gängig sind, sind für Polymere nicht geeignet. Bei niedrigen Temperaturen, bei denen die thermische Behandlung von Polymeren erfolgt, sind die dielektrischen Eigenschaften vieler Suszeptor-Materialien derart, dass die Suszeptoren noch mikrowellentransparent erscheinen. Sie werden erst absorbierend bei höheren Temperaturen (700...800°C), bei denen aber eine Polymerbehandlung wegen des Risikos der Zersetzung etc. nicht mehr möglich ist. Folgende Suszeptormaterialien sind für die thermische Behandlung von Polymeren geeignet: Komposite aus einem mikrowellentransparenten Thermoplasten (z.B. Polypropylen oder PEEK) oder auch Al2O3 als Matrix und leitfähigen Partikeln wie Metallpulvern oder verschiedenen Formen kohlenstoffhaltiger Partikel, wobei hier bevorzugt (multi wall) carbon nanotubes und Leitruß sinnvoll sind. Als Material für die Halterungen sind insbesondere mikrowelleninaktive Materialien wie Teflon, Keramiken oder Glas geeignet.The arrangement is provided with temperature sensors in the usual way. These can be formed, for example, by a pyrometer and/or fiber optic sensors for contact measurement on the material. For the structure with the susceptors, a holder can be individually adapted for a specific component/material. The susceptors advantageously consist of silicon carbide, preferably in the hexagonal α-structure, and copper oxide powder CuO. Many susceptor materials that are common for the thermal treatment of ceramics are not suitable for polymers. At low temperatures, at which the thermal treatment of polymers takes place, the dielectric properties of many susceptor materials are such that the susceptors still appear transparent to microwaves. They only become absorbent at higher temperatures (700...800°C) at which, however, polymer treatment is no longer possible due to the risk of decomposition etc. The following susceptor materials are suitable for the thermal treatment of polymers: Composites made of a microwave-transparent thermoplastic (e.g. polypropylene or PEEK) or Al2O3 as a matrix and conductive particles such as metal powders or various forms of carbon-containing particles, with (multi-wall) carbon nanotubes and conductive carbon black being preferred here are. Microwave-inactive materials such as Teflon, ceramics or glass are particularly suitable as the material for the holders.

Durch Hinein- und Herausbewegen von Suszeptorfläche 32 in das Mikrowellenfeld des Behandlungsraums 20 kann die Wegstrecke in Bewegungsrichtung 28 verändert werden. Auf diese Weise kann der Grad der Erwärmung des Produkts 12 ebenfalls eingestellt werden. Die in das Produkt eingetragene Wärmeenergie kann auch durch die Fördergeschwindigkeit des Förderbands 14 eingestellt werden. Schließlich kann die Energie der Mikrowellenstrahlung eingestellt werden.By moving the susceptor surface 32 in and out of the microwave field of the treatment room 20, the distance in the direction of movement 28 can be changed. In this way the degree of heating of the product 12 can also be adjusted. The thermal energy introduced into the product can also be adjusted by the conveying speed of the conveyor belt 14 . Finally, the energy of the microwave radiation can be adjusted.

Die genannten Parameter zur Einstellung der Dosis lassen sich leicht anpassen. Auf diese Weise kann ein Vernetzungsgrad in einem Prepreg sehr genau eingestellt werden. Dadurch wird der Energiebedarf gesenkt und die Genauigkeit und Qualität bei der Vernetzung verbessert.The parameters mentioned for setting the dose can be easily adjusted. In this way, a degree of crosslinking in a prepreg can be adjusted very precisely. This reduces the energy requirement and improves the accuracy and quality of networking.

Für das Ausführungsbeispiel zeigt die Energiebilanz die energetischen Vorteile der beschriebenen Anordnung:

  • Für die in 4 gezeigte Anordnung stellt sich nach ca. 20 min eine Prepreg-Temperatur von 160°C ein. Aus der dafür erforderlichen Leistung der Mikrowelle lässt sich ein Energie-Bedarf von ca. 5 kWh abschätzen. Im Vergleich dazu erfolgt die Temperatureinstellung bei der Herstellung von Prepregs in herkömmlichen Imprägnieranlagen unter Einsatz großer Mengen von Thermalöl, das mit langer Vorlaufzeit mittels elektrisch getriebener Heizung auf Temperaturen gebracht wird, die typischerweise um 10 K gegenüber der eigentlichen Zieltemperatur liegen. Diese Temperaturdifferenz ist erforderlich, um Wärmeverluste über den Transportweg des Thermalöls hinweg zu kompensieren. Der Energiebedarf zur Einstellung einer Prepreg-Temperatur von 160°C liegt dabei um wenigstens eine Größenordnung höher als bei der in 4 gezeigten mikrowellengetriebenen Heizung mit Suszeptoren. Im Vergleich zur Einstellung der Temperatur mittels IR-Strahlern lässt sich abschätzen, dass diese zur Einstellung einer Prepreg-Temperatur von 160 °C ähnlich viel Energie benötigen wie die in 4 gezeigte mikrowellengetriebene Heizung mit Suszeptoren. Während durch IR-Strahler nicht nur die Prepregs sondern auch deren Umgebung beträchtlich erwärmt wird, gewährleistet der mikrowellenbasierte Ansatz in 4 eine selektive Erwärmung nur der Suszeptoren.
For the exemplary embodiment, the energy balance shows the energetic advantages of the arrangement described:
  • for the inside 4 In the arrangement shown, a prepreg temperature of 160° C. is reached after approx. 20 minutes. From the microwave power required for this, an energy requirement of approx. 5 kWh can be estimated. In comparison, the temperature setting in the production of prepregs in conventional impregnation plants uses large quantities of thermal oil, which is brought to temperatures that are typically 10 K above the actual target temperature with a long lead time using electrically driven heating. This temperature difference is required to compensate for heat losses over the transport route of the thermal oil. The energy required to set a prepreg temperature of 160°C is at least an order of magnitude higher than in 4 shown microwave powered heater with susceptors. In comparison to setting the temperature using IR emitters, it can be estimated that they require a similar amount of energy to set a prepreg temperature of 160 °C as in 4 shown microwave powered heater with susceptors. While not only the prepregs but also their surroundings are heated considerably by IR emitters, the microwave-based approach in 4 selective heating of only the susceptors.

Optional können aber auch Infrarotlampen 42 zur Bestrahlung mit Infrarot (IR)-Strahlung 44 vorgesehen sein. Die Bestrahlung mit IR-Strahlung 44 kann beispielsweise simultan erfolgen, wobei die Suszeptoren die IR-Strahler nicht abschirmen sollen. Eine solche Anordnung ist nachstehend anhand von 5 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel ist beispielhaft ein Bandmaterial 46 in Form eines Polymerfolien - Prepregs gezeigt. Es versteht sich, dass auch hier Stückgut behandelt werden kann.Optionally, however, infrared lamps 42 for irradiation with infrared (IR) radiation 44 can also be provided. The irradiation with IR radiation 44 can, for example, take place simultaneously, with the susceptors not being intended to shield the IR emitters. Such an arrangement is shown below with reference to 5 described. In this exemplary embodiment, a strip material 46 in the form of a polymer film—prepreg—is shown as an example. It goes without saying that general cargo can also be treated here.

Die IR-Strahler 42 sind zwischen den Mikrowellengeneratoren 18 und 24 bzw. in Bewegungsrichtung 29 dahinter angeordnet. Die IR-Strahler 42 bestrahlen das zu erwärmende Material 46 von oben. Die plattenförmigen Suszeptoren 32 und 37 sind außerhalb des Strahlungsfeldes der IR-Strahler 42 oberhalb des Bandmaterials 46 angeordnet. Die plattenförmigen Suszeptoren 33 und 35 sind außerhalb des Strahlungsfeldes der IR-Strahler 42 unterhalb des Bandmaterials 46 angeordnet. Die Suszeptoren 32, 33, 35 und 37 sind an Haltern 40 gehalten, die hier nur schematisch illustriert sind. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem gestrichelt illustrierten Gehäuse 48, welches den Austritt von Strahlung verhindert. Ein Pyrometer 50 am Ende der Behandlungsstrecke misst die Strahlungstemperatur des behandelten Materials 46.The IR emitters 42 are arranged between the microwave generators 18 and 24 or behind them in the direction of movement 29 . The IR emitters 42 irradiate the material 46 to be heated from above. The plate-shaped susceptors 32 and 37 are arranged above the strip material 46 outside the radiation field of the IR emitters 42 . The plate-shaped susceptors 33 and 35 are arranged outside the radiation field of the IR emitters 42 below the strip material 46 . The susceptors 32, 33, 35 and 37 are held on holders 40, which are illustrated only schematically here. The entire arrangement is located in a housing 48, illustrated in phantom, which prevents the escape of radiation. A pyrometer 50 at the end of the treatment section measures the radiation temperature of the treated material 46.

Statt das Bandmaterial 46 kontinuierlich in Bewegungsrichtung 29 zu bewegen, kann auch eine oszillierende Bewegung vorgesehen sein. Dies ist durch einen Pfeil 31 illustriert.Instead of moving the strip material 46 continuously in the direction of movement 29, an oscillating movement can also be provided. This is illustrated by an arrow 31.

Bei einer weiteren Alternative ist eine Durchlaufmikrowellen-Anordnung vorgesehen, bei der vier Suszeptoren 52, 54, 56 und 58 beispielsweise in Form von Platten senkrecht zur Laufrichtung 66 des Transportbandes 60 in einer mikrowellentransparenten Halterung 62 stehen. Das zu behandelnde Produkt 64 wird von vier Suszeptoren erwärmt. Diese Alternative ist anhand von 6 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Produkts 64 mit einem faseroptischen Temperatursensor 68 bestimmt.In a further alternative, a continuous microwave arrangement is provided in which four susceptors 52, 54, 56 and 58, for example in the form of plates, are perpendicular to the direction of travel 66 of the conveyor belt 60 in a microwave-transparent holder 62. The product to be treated 64 is heated by four susceptors. This alternative is based on 6 described. In this embodiment, the temperature of the product 64 is determined with a fiber optic temperature sensor 68 .

Es versteht sich, dass neben den oben aufgeführten Ausführungsbeispielen auch andere Anordnungen zwischen optionalen Infrarotstrahlern und Mikrowellengeneratoren möglich sind. Wenn man aus Sicht des zu erwärmenden Materials von 6 Raumrichtungen (+/-x, +/y, +/- z) eine Richtung für das Transport-Band auslegt, wo weder IR-Strahler noch Suszeptor angeordnet sind, verbleiben 5 Richtungen, in denen wahlweise Suszeptor oder IR-Strahler angeordnet sein können, ohne dass es zu Abschirmungen kommt. Auf diese Weise wird die gleichzeitige Nutzung beider Kanäle des Wärmeeintrags, IR und Suszeptor, möglich.It goes without saying that, in addition to the exemplary embodiments listed above, other arrangements between optional infrared radiators and microwave generators are also possible. If, from the point of view of the material to be heated, one lays out a direction for the conveyor belt from 6 spatial directions (+/-x, +/y, +/- z), where neither IR emitters nor susceptors are arranged, 5 directions remain, in where either a susceptor or an IR radiator can be arranged without shielding occurring. In this way, the simultaneous use of both heat input channels, IR and susceptor, is possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102015111555 B3 [0005]DE 102015111555 B3 [0005]
  • DE 102018123261 A1 [0006]DE 102018123261 A1 [0006]

Claims (14)

Verfahren zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts (12; 60) oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Energie ganz oder teilweise mittels Mikrowellen (34) übertragen wird; (b) zumindest ein Teil der mittels Mikrowellen (34) übertragenen Energie über einen Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) auf das Material (12; 60) übertragen wird, und (c) der Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) außerhalb des Produkts angeordnet ist.A method for producing an at least partially crosslinked polymer product (12; 60) or polymer composite product by introducing energy into a resinous starting material, characterized in that (a) the energy is transmitted entirely or partially by means of microwaves (34); (b) at least part of the energy transmitted by means of microwaves (34) is transmitted to the material (12; 60) via a susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58), and (c) the Susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) is placed outside the product. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) makroskopische Abmessungen hat und nicht granulär oder partikulär ausgebildet ist.procedure after claim 1 , characterized in that the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) has macroscopic dimensions and is not granular or particulate. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) eine makroskopische, steife geometrische Form hat und insbesondere aus Platten, Stäben, Rohren, Gittern, Schalen, Kugeln, deren Kombinationen und/oder deren geometrischen Derivaten gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) has a macroscopic, rigid geometric shape and consists in particular of plates, rods, tubes, grids, shells, Spheres whose combinations and/or their geometric derivatives is formed. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) ganz oder teilweise aus einem Mikrowellenabsorber mit einem Wert tan δ e = ε '' r / ε ' r > 0,01
Figure DE102020125375A1_0005
vorzugsweise tan δ e = ε '' r / ε ' r > 0,1
Figure DE102020125375A1_0006
gebildet ist, wobei ε ' ' r = ε ' ' / ε 0
Figure DE102020125375A1_0007
ε ' r = ε ' / ε 0
Figure DE102020125375A1_0008
mit ε0 = 8,854×10-12 Farad/m (Dielektrizitätskonstante im Vakuum).
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) consists entirely or partly of a microwave absorber with a value tan δ e = e '' right / e ' right > 0.01
Figure DE102020125375A1_0005
preferably tan δ e = e '' right / e ' right > 0.1
Figure DE102020125375A1_0006
is formed, where e ' ' right = e ' ' / e 0
Figure DE102020125375A1_0007
e ' right = e ' / e 0
Figure DE102020125375A1_0008
with ε 0 = 8.854×10 -12 Farad/m (dielectric constant in vacuum).
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor ganz oder teilweise aus SiC gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the susceptor is made entirely or partially of SiC. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis des Energieeintrags auf einen ausgewählten Wert eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dose of the energy input is set to a selected value. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis des Energieeintrags über einen oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt wird: Bestrahlungsdauer, Mikrowellenenergie, Abstand des Suszeptors (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) von der Produktoberfläche (12; 60) und/oder Material des Suszeptors (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) oder durch Kombinationen daraus.procedure after claim 6 , characterized in that the dose of the energy input is adjusted via one or more of the following parameters: irradiation duration, microwave energy, distance of the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) from the product surface (12; 60 ) and/or material of the susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) or by combinations thereof. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt (12; 60) und/oder der mikrowellenbeaufschlagte Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) während des Energieeintrags lateral zur Bestrahlungsrichtung bewegt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the product (12; 60) and/or the microwave-loaded susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) is moved laterally to the irradiation direction during the energy input. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosis des Energieentrags zumindest teilweise über einen oder mehrere der folgenden Parameter eingestellt wird: Bewegungsgeschwindigkeit und zurückgelegte Strecke.procedure after claim 8 , characterized in that the dose of the energy input is adjusted at least partially via one or more of the following parameters: speed of movement and distance covered. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerprodukt (12; 60) oder Polymer-Compositeprodukt zumindest teilweise besteht aus Thermoplasten, Duromeren und/oder Verbundmaterialien mit Polymermatrix.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polymer product (12; 60) or polymer composite product consists at least partially of thermoplastics, duromers and/or composite materials with a polymer matrix. Anordnung zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial, gekennzeichnet durch (a) wenigstens einen Mikrowellengenerator (18, 24) zur Bestrahlung des Materials (12; 60) mit Mikrowellen (34) mit auswählbarer Dosis; und (b) einen von den Mikrowellen (34) beaufschlagten Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) außerhalb des Materials (12; 60) zum Übertragen zumindest eines Teils der Energie der Mikrowellen (34) auf das Material (12; 60).Arrangement for producing an at least partially crosslinked polymer product by introducing energy into a resinous starting material, characterized by (a) at least one microwave generator (18, 24) for irradiating the material (12; 60) with microwaves (34) with a selectable dose; and (b) a susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) acted upon by the microwaves (34) outside the material (12; 60) for transmitting at least part of the energy of the microwaves (34) on the material (12; 60). Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb (19, 21) vorgesehen ist, mit welchem das mit Mikrowellen (34) zu behandelnde Material (12; 60) kontinuierlich durch das Mikrowellenfeld des Mikrowellengenerators (18, 24) bewegbar ist.arrangement according to claim 11 , characterized in that a drive (19, 21) is provided with which the material (12; 60) to be treated with microwaves (34) can be moved continuously through the microwave field of the microwave generator (18, 24). Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (19; 21) ein Förderband (14) oder einen Wagen umfasst, auf welchem das Material (12) lagerbar ist.arrangement according to claim 12 , characterized in that the drive (19; 21) comprises a conveyor belt (14) or a carriage on which the material (12) can be stored. Nachrüst-Bausatz zum Nachrüsten eines Mikrowellengenerators (18, 24) mit einem Suszeptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) zum Erzeugen eines zumindest teilvernetzten Polymerprodukts oder Polymer-Verbundprodukts durch Energieeintrag in ein harzhaltiges Ausgangsmaterial.Retrofit kit for retrofitting a microwave generator (18, 24) with a susceptor (32; 33, 35, 37; 52, 54, 56, 58) for producing an at least partially crosslinked polymer product or Polymer composite product by energy input into a resinous starting material.
DE102020125375.3A 2020-09-29 2020-09-29 Method of heating objects with microwaves Pending DE102020125375A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020125375.3A DE102020125375A1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method of heating objects with microwaves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020125375.3A DE102020125375A1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method of heating objects with microwaves

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020125375A1 true DE102020125375A1 (en) 2022-03-31

Family

ID=80624455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020125375.3A Pending DE102020125375A1 (en) 2020-09-29 2020-09-29 Method of heating objects with microwaves

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020125375A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015111555B3 (en) 2015-07-16 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for the treatment of materials with microwaves
DE102018123261A1 (en) 2018-09-21 2020-03-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for applying conductor material to substrates

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015111555B3 (en) 2015-07-16 2016-09-29 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Arrangement for the treatment of materials with microwaves
DE102018123261A1 (en) 2018-09-21 2020-03-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for applying conductor material to substrates

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI, Yingguang; CHENG, Libing; ZHOU, Jing: Curing multidirectional carbon fiber reinforced polymer composites with indirect microwave heating. In: The international journal of advanced manufacturing technology, Vol. 97, 2018, S. 1137-1147. - ISSN 0268-3768
MALI, Akshay Atul; SHARMA, Apurbba Kumar; SINGH, Inderdeep: Microwave curing of natural fiber and synthetic fiber reinforced polymer matrix composites. In: i-manager’s journal on material science, Vol. 1, 2013, No. 1, S. 8-14. – ISSN 2347-2235

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3405322B1 (en) Method and device for producing a particle foam part
EP2937204B1 (en) Method and device for heating plastic preforms with microwaves
DE102007009124B4 (en) Induction-based manufacturing processes
DE2232065C3 (en) Microwave heating device
EP3045285A2 (en) Device for heating a composite material with temperature-dependent processing properties and related method
DE102008014215A1 (en) Device for heating containers
DE102009028613A1 (en) Method and device for assembling components
WO2018189355A1 (en) Conveyor furnace for heating material by means of microwaves
EP3323273B1 (en) Arrangement for treating materials with microwaves
DE102020125375A1 (en) Method of heating objects with microwaves
EP1531035A1 (en) Process for removing matrix resin from fibre reinforced composites
DE60129461T2 (en) DEVICE AND CORRESPONDING METHOD FOR THE FAST NETWORKING OF SOL-GEL COATINGS
DE102014017086A1 (en) Apparatus and method for producing a reinforcing structure on a shaped body surface
DE102010018518B4 (en) Process for producing a fiber composite component
DE19921742C2 (en) Method for producing a plastic part or plastic composite part
WO2016055508A1 (en) Rotary transformer having a shield of filled smc and/or bmc materials
DE102018123261A1 (en) Process for applying conductor material to substrates
WO2005002852A1 (en) Method and device for producing fiber-reinforced composite material parts
WO2018189363A1 (en) Continuous furnace for heating material by means of microwaves
DE2243087A1 (en) METHOD AND APPARATUS FOR MOLDING FIBER REINFORCED RESIN MOLD
DE102018010041B4 (en) Vulcanization method and vulcanization device
WO2007006770A1 (en) Extrusion method for producing a workpiece
DE102021212286A1 (en) Process and device for the production of a flat product
DE102014113338B4 (en) Method for tempering and tempering this
DE102021105971A1 (en) Storage device and method for producing a component from a duroplastic Towpreg semi-finished product

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication