高红外热辐射固化手艺 在铝型材喷涂中的利用

贾伟1王一健1余泉和2

（1.杭州五源科技实业有限公司；2.福建省南平铝业有限公司）

摘 要：本文对照 了传统热风轮回 和高红外固化加热体例 的分歧 ，论述 了高红外辐射固化的手艺 道理 及根基 特点。侧重 指出它具有高能量、高密度、全波段的辐射特征 。并介绍了高红外快速固化手艺 在铝型材涂层固化中的利用 案例。经由过程 铝型材的粉末静电喷涂和电泳涂层固化中的尝试 对照 ，表白 高红外快速固化手艺 在铝型材涂装中的利用 前景普遍 。

关头 词：高红外；红外辐射；铝型材；涂层；快速固化

1 高红外手艺 道理

红外线的波长为0．75μm～1000μm，介于电磁波和可见光之间，以辐射的情势 向别传 布 。红外线的主要感化 是热感化 。依照 波长划分，红外线可分为远红外 (4μm以上，辐射温度＜600℃)、中红外 (2.0～4μm，辐射温度800～900℃)及近红外(0.75～2.0μm，辐射温度＞2000℃)。红外加热器的辐射体温度与波长的关系及特征 值见表1。

表1 红外加热器的辐射体温度与波长的关系及特征

年夜 大都 有机物和水等的接收 光谱，在0.5μm~25μm规模 内。当辐射源的波长与被加热物资 的接收 波长一致时，该物资 就易于接收 辐射能。由普朗克热辐射定律可知，红外辐射能量可用下式暗示 ：

式中：Exb－辐射能量，W／cm2；

ελ－发烧 体元件光谱辐射系数；c1、c2—常数；

λ1，λ2－别离 为工件概况 红外接收 光谱规模 （λ1=2.0μm， λ2＝15μm )。

元件的辐射能量可暗示 为：

由上式可知，辐射元件的辐射能与辐射器概况 温度的四次方成正比。

光谱波长匹配率(Q)＝工件接收 光谱特征 ／元件辐射光谱特征 ，即：

当工件接收 光谱在2.0～15μm波段，辐射元件概况 温度T1＝450℃(723K)时，带入上式得：Q1=96％；同理，T2＝1000℃(1273K)时，Q2＝69％；T3＝2500℃时，Q3＝24％。从波长匹副角 度来看，辐射元件发射的可见光成份 越少，匹配接收 愈好。可是 ，匹配接收 不但 要波长匹配，更主要 的是能量匹配，设其匹配率为W，则：

W＝元件辐射能量／元件输入能量

红外匹配接收 则为：

当元件概况 温度为450℃时，远红外匹配接收 Q?W＝0.960×0.62＝0.59；当元件概况 温度为2500℃时，Q?W＝0.24×0.88＝0.21。因为 远红外波段的辐射能量低，匹配结果 就不太好。

工件接收 光谱在0.38～2.0μm波段时，辐射元件概况 温度别离 为T1=450℃、T2＝1000℃、T3＝2500℃，按波长匹配率，Q1=4％、Q2＝31％、Q3=76％。

是以 ，在短波段规模 内高温辐射元件，即便 按波长匹配也是随温度不竭 提高，采取 高温辐射元件将到达 最高的热效力 。此时辐射是全波段的，属高能量强力红外辐射，此类辐射加热也称之为高红外辐射加热。其辐射元件称为高能量全波段红外辐射加热器。是以 ，高红外本色 是：高能量、高密度、高强度全波段刹时 起动的强力红外辐弓手 艺 。俗称高红外。

物资 的份子 在接收 红外能后，可以使 光子的能量完全转酿成 份子 的振动即动弹 能量；也能够 使 份子 的动弹 能量发生改变。而且 ，振动光谱有一种加宽振动、动弹 的感化 ，能扩年夜 以均衡 位置为中间 的振幅，加重 其内部的振动。因为 电子的活动 和份子 的振动是处在极高的速度下，这类 活动 不竭 地使晶格、键团的振动在其彼此 间发生 碰撞。这类 活动 状态 的转变 ，如同 两种快速运转的物体加速 了磨擦 而发烧 升温，所以，其升温速度快。同时，红外辐射加热物品时，是依照 红外辐射能穿透的部位，其温度常常 比概况 来得高。

2 高红外辐射在铝型材涂层快速固化

有机涂层固化工艺进程 可分为两个阶段：即分散 阶段与固化阶段。分散 阶段是热辐射透入涂层的阶段，主如果 基材与涂层的预热升温，挥发组分的分散 移出；固化阶段亦称动力学阶段，是辐射感化 于化学键的固化阶段，这—阶段要求有较高的温度，在此阶段所发生的化学反映 的速度制约着干燥进程 的进程，而化学反映 的速度按照 化学动力学的规程，温度每升高10℃可提高化学反映 速度1～3倍，是以 ，这—阶段最好采取 3μm波段摆布 的高温辐射。

各类有机涂层的成份 中年夜 都含有羟基和羧基，其固有振荡频率响应 的波长在2.8～3.0μm，是以 当红外辐射源的发射波长与有机涂层的强接收 频带对应时，则该辐射能直接感化 于化学键，构成 谐振状态并引发 键的断裂，以到达 快速干燥与固化的目的。

因为 工件的质量、体积、概况 积、导热系数的分歧 ，工件在固化工艺温度下所颠末 的时候 也有很年夜 的分歧 ，因此 对铝型材而言，缩短固化时候 是完全可能的。

实现快速固化要到达 下面3个前提 ：

(1)包管 工件在固化进程 中上、中、下温度平均 ；

(2)非论 工件年夜 小、质量若何 ，元件必需 能刹时 供给 年夜 能量的热源；

(3)包管 工件概况 到达 较高温度。

常规的装备 (热风炉和远红外炉)都没法 同时实现上述3点。

在必然 温度规模 内，固化结果 凡是 与温度和时候 的乘积成正比，因此 提高温度可以缩短固化时候 。分歧 的加热体例 采纳 统一 固化工艺则结果 分歧 。实践和理论都证实 快速固化是可以实现的。采取 辐射传热可以缩短固化时候 。经快速固化的铝型材概况 饱满 度、光洁度均比一样 前提 下传统工艺好。

3 高红外加热元件与装备 手艺 阐发

3.1 石英玻璃加热器手艺 阐发

石英玻璃高红外辐射元件的热源为钨丝，温度高达2200～2400℃，辐射短波能量属近红外线；热源外罩石英管，因为 衰减，外面温度约800℃，辐射中波红外线；背衬不锈钢，温度可达500～600℃，辐射低能量远红外线。各波段红外线成份 据有 比例不均等，使之被加热物的接收 有最好 的能量匹配，并陪伴 有快速热响应 特征。利用 寿命5000小时，从传热学阐发 ，石英玻璃加热热效力 在50~60%摆布 。

3.2 高能量全波段红外辐射加热器手艺 阐发

按照 传热学电磁波辐射与有机涂层的固化波长的匹配道理 ，可以由涂层的波长与加热源的辐射波长相匹配便可 到达 快速固化的目的，传热效力 在85~90%。

4 高红外烘炉设计道理

工业炉的加热进程 是依托 热的对流、传导和辐射来实现的。在高温下，热互换 主要靠热辐射，热传导可疏忽 不计。

在高温下，热辐射成为热能传递的主要部门 ，它与温度的4次方之差成正比，也与热辐射系数（热辐射率）成正比。

采取 现代高辐射率涂层手艺 ，可以取得改变材料概况 的热辐射率、提高热互换 效力 、缩短加热时候 、提高出产 效力 、节俭 能源、耽误 炉体及热互换 部件的利用 寿命等结果 。

高能量全波段红外辐射加热器发生 的红外辐射以电磁波的情势 将能量传递出去，具有瞬时加热、节能显著，且占地面积小的特点。因为 它的波长笼盖 了红外线的全部 波段，有益 于涂猜中 粒子的流安然平静 交联反映 敏捷 进行；并使涂层交联敏捷 挥发，加速 固化、流平速度和削减 涂装缺点 。实现涂膜快速固化，同时提高了涂层质量。

与传统加热源比拟 ，有以下长处 ：

（1）比通俗 电热丝加热体例 节电80％以上。

（2）与热风炉比力 ，出产 效力 可提高2～6倍。

（3）在现有热风炉根本 长进 行革新 ，投资费用可在0.5～2年内收受接管 。

（4）与电热风炉比拟 可下降 30～50％装机容量。

（5）占地面积为常规装备 的1/6—1/2，节流 装备 投资。

加热器的电气节制 ，有纵贯 式、恒温节制 和恒功率节制 多种分歧 情势 的节制 体例 ，以顺应 分歧 的加热忱 况 。

5 高红外固化铝型材粉末喷涂和电泳涂层实验

5.1 福建南平铝业有限公司尝试 成果

（1）粉末静电喷涂固化实验 。实验 样别离 采取 200mm×100mm的铝板和长200mm的L8607

1）前处置 工艺：

除油：常温，5min，以现实 除油结果 概况 不挂水珠为准。

水洗：自来水冲刷 后用纯水喷淋。

铬化：常温，5min，以色彩 判定 。

水洗：自来水冲刷 后用纯水喷淋。

烘干：90℃，5min。

（2）固化实验 ：高红外固化炉总功率为27Kw。别离 喷白色亮光粉、白色砂纹粉和木纹粉。实验 成果 见下表：

表2 RAL9016白色亮光粉

表3 PJA2195A白色砂纹粉

表4 MW0502 砂纹粉

5.2 电泳涂层固化实验

起首 ：实验 样采取 长200mm的L8607。

（1）前处置 工艺：

氧化处置 ：拜托 乐祥铝业在线氧化。

电泳：电泳电源为五源公司便宜 电源，电压100V,静置30s。

（2）固化实验 ：高红外固化炉总功率为27Kw。别离 对乐祥铝业和华业铝业的电泳漆进行固化实验 。实验 成果 见下表：

表5 乐祥铝业的电泳槽液

表6 华业铝业的电泳槽液

6 项目可行性阐发

6.1 实验 成果 阐发

（1）通太高 红外固化的粉末喷涂涂层划格实验 、铅笔硬度全数 及格 ，耐冲击实验 亮光粉全数 及格 ，砂纹粉年夜 部门 及格 ，耐溶剂普遍误差 ，这与出产 线产物 的检测成果 相吻合。电泳涂层铅笔硬度、水煮实验 全数 及格 ，耐碱实验 不睬 想，这与出产 线产物 的检测成果 也吻合；

（2）从以上实验 成果 来看采取 高红外固化粉末涂层和电泳涂层是可行的，不管 是固化时候 ，仍是 能耗方面，都具有很年夜 的优势；

（3）固然 粉末喷涂涂层比电泳涂层膜厚更高，但电泳涂层固化时候 较着 比粉末喷涂涂层固化时候 长。阐发 其主要缘由 是：电泳漆膜是含水涂层，在固化前需要脱水；

（4）从实验 进程 中可以发现，功率匹配是固化及格 的关头 ，必需 确保烘烤进程 中辐射器均在工作。遏制 辐射，只靠温度保温，则固化时候 将响应 耽误 ；

（5）因为 实验 烘烤炉只有热风搅拌装配 ，而没有热风轮回 装配 ，辐射功率需人工调理 ，没有主动 反馈调理 系统，烘烤炉炉温节制 需经由过程 开启、封闭 炉门节制 等装备 前提 的限制，有待于装备 改良 后做进一步的实验 。

6.2 高红外热辐射固化影响身分 阐发

从以上实验 阐发 ，高红外热辐射固化影响身分 有以下几个方面：

（1）涂层材料：分歧 涂层材料的黑度（即接收 能力）纷歧 样，黑度高的材料接收 能量强，热效力 高。涂料的黑度大都 在0.80～0.90之间。含水涂层固化时候 需更长；

（2）介质：固化炉中的水份 和溶剂蒸汽会接收 辐射能，并使辐射量衰减，晦气 于涂膜烘干，应实时 解除 ；

（3）辐射距离：辐射距离对固化结果 有很年夜 的影响。为了使涂膜有用 地取得 辐射能量，辐射距离不克不及 太远。一般平板为100mm，较复杂工件取250～300mm；

（4）温度均与性：因为 辐射存在辐射暗影 ，炉温平均 性显得更加 主要 ，是以 在利用 高红外辐射源的同时，必需 同时进行热风轮回 ；

（5）辐射器安插 ：因为 辐射器概况 温度很高，不克不及 轻忽 热空气的天然 对流致使 室体上部温度较高。是以 在高度标的目的 ，辐射器数目 自下而上递减。