高紅外熱輻射固化手藝 在鋁型材噴涂中的利用

賈偉1王一健1余泉和2

（1.杭州五源科技實(shí)業(yè)有限公司；2.福建省南平鋁業(yè)有限公司）

摘 要：本文對照 了傳統(tǒng)熱風(fēng)輪回 和高紅外固化加熱體例 的分歧 ，論述 了高紅外輻射固化的手藝 道理 及根基 特點(diǎn)。側(cè)重 指出它具有高能量、高密度、全波段的輻射特征 。并介紹了高紅外快速固化手藝 在鋁型材涂層固化中的利用 案例。經(jīng)由過程 鋁型材的粉末靜電噴涂和電泳涂層固化中的嘗試 對照 ，表白 高紅外快速固化手藝 在鋁型材涂裝中的利用 前景普遍 。

關(guān)頭 詞：高紅外；紅外輻射；鋁型材；涂層；快速固化

1 高紅外手藝 道理

紅外線的波長為0．75μm～1000μm，介于電磁波和可見光之間，以輻射的情勢 向別傳 布 。紅外線的主要感化 是熱感化 。依照 波長劃分，紅外線可分為遠(yuǎn)紅外 (4μm以上，輻射溫度＜600℃)、中紅外 (2.0～4μm，輻射溫度800～900℃)及近紅外(0.75～2.0μm，輻射溫度＞2000℃)。紅外加熱器的輻射體溫度與波長的關(guān)系及特征 值見表1。

表1 紅外加熱器的輻射體溫度與波長的關(guān)系及特征

年夜 大都 有機(jī)物和水等的接收 光譜，在0.5μm~25μm規(guī)模 內(nèi)。當(dāng)輻射源的波長與被加熱物資 的接收 波長一致時(shí)，該物資 就易于接收 輻射能。由普朗克熱輻射定律可知，紅外輻射能量可用下式暗示 ：

式中：Exb－輻射能量，W／cm2；

ελ－發(fā)燒 體元件光譜輻射系數(shù)；c1、c2—常數(shù)；

λ1，λ2－別離 為工件概況 紅外接收 光譜規(guī)模 （λ1=2.0μm， λ2＝15μm )。

元件的輻射能量可暗示 為：

由上式可知，輻射元件的輻射能與輻射器概況 溫度的四次方成正比。

光譜波長匹配率(Q)＝工件接收 光譜特征 ／元件輻射光譜特征 ，即：

當(dāng)工件接收 光譜在2.0～15μm波段，輻射元件概況 溫度T1＝450℃(723K)時(shí)，帶入上式得：Q1=96％；同理，T2＝1000℃(1273K)時(shí)，Q2＝69％；T3＝2500℃時(shí)，Q3＝24％。從波長匹副角 度來看，輻射元件發(fā)射的可見光成份 越少，匹配接收 愈好?？墒?，匹配接收 不但 要波長匹配，更主要 的是能量匹配，設(shè)其匹配率為W，則：

W＝元件輻射能量／元件輸入能量

紅外匹配接收 則為：

當(dāng)元件概況 溫度為450℃時(shí)，遠(yuǎn)紅外匹配接收 Q?W＝0.960×0.62＝0.59；當(dāng)元件概況 溫度為2500℃時(shí)，Q?W＝0.24×0.88＝0.21。因?yàn)?遠(yuǎn)紅外波段的輻射能量低，匹配結(jié)果 就不太好。

工件接收 光譜在0.38～2.0μm波段時(shí)，輻射元件概況 溫度別離 為T1=450℃、T2＝1000℃、T3＝2500℃，按波長匹配率，Q1=4％、Q2＝31％、Q3=76％。

是以 ，在短波段規(guī)模 內(nèi)高溫輻射元件，即便 按波長匹配也是隨溫度不竭 提高，采取 高溫輻射元件將到達(dá) 最高的熱效力 。此時(shí)輻射是全波段的，屬高能量強(qiáng)力紅外輻射，此類輻射加熱也稱之為高紅外輻射加熱。其輻射元件稱為高能量全波段紅外輻射加熱器。是以 ，高紅外本色 是：高能量、高密度、高強(qiáng)度全波段剎時(shí) 起動(dòng)的強(qiáng)力紅外輻弓手 藝 。俗稱高紅外。

物資 的份子 在接收 紅外能后，可以使 光子的能量完全轉(zhuǎn)釀成 份子 的振動(dòng)即動(dòng)彈 能量；也能夠 使 份子 的動(dòng)彈 能量發(fā)生改變。而且 ，振動(dòng)光譜有一種加寬振動(dòng)、動(dòng)彈 的感化 ，能擴(kuò)年夜 以均衡 位置為中間 的振幅，加重 其內(nèi)部的振動(dòng)。因?yàn)?電子的活動(dòng) 和份子 的振動(dòng)是處在極高的速度下，這類 活動(dòng) 不竭 地使晶格、鍵團(tuán)的振動(dòng)在其彼此 間發(fā)生 碰撞。這類 活動(dòng) 狀態(tài) 的轉(zhuǎn)變 ，如同 兩種快速運(yùn)轉(zhuǎn)的物體加速 了磨擦 而發(fā)燒 升溫，所以，其升溫速度快。同時(shí)，紅外輻射加熱物品時(shí)，是依照 紅外輻射能穿透的部位，其溫度常常 比概況 來得高。

2 高紅外輻射在鋁型材涂層快速固化

有機(jī)涂層固化工藝進(jìn)程 可分為兩個(gè)階段：即分散 階段與固化階段。分散 階段是熱輻射透入涂層的階段，主如果 基材與涂層的預(yù)熱升溫，揮發(fā)組分的分散 移出；固化階段亦稱動(dòng)力學(xué)階段，是輻射感化 于化學(xué)鍵的固化階段，這—階段要求有較高的溫度，在此階段所發(fā)生的化學(xué)反映 的速度制約著干燥進(jìn)程 的進(jìn)程，而化學(xué)反映 的速度按照 化學(xué)動(dòng)力學(xué)的規(guī)程，溫度每升高10℃可提高化學(xué)反映 速度1～3倍，是以 ，這—階段最好采取 3μm波段擺布 的高溫輻射。

各類有機(jī)涂層的成份 中年夜 都含有羥基和羧基，其固有振蕩頻率響應(yīng) 的波長在2.8～3.0μm，是以 當(dāng)紅外輻射源的發(fā)射波長與有機(jī)涂層的強(qiáng)接收 頻帶對應(yīng)時(shí)，則該輻射能直接感化 于化學(xué)鍵，構(gòu)成 諧振狀態(tài)并引發(fā) 鍵的斷裂，以到達(dá) 快速干燥與固化的目的。

因?yàn)?工件的質(zhì)量、體積、概況 積、導(dǎo)熱系數(shù)的分歧 ，工件在固化工藝溫度下所顛末 的時(shí)候 也有很年夜 的分歧 ，因此 對鋁型材而言，縮短固化時(shí)候 是完全可能的。

實(shí)現(xiàn)快速固化要到達(dá) 下面3個(gè)前提 ：

(1)包管 工件在固化進(jìn)程 中上、中、下溫度平均 ；

(2)非論 工件年夜 小、質(zhì)量若何 ，元件必需 能剎時(shí) 供給 年夜 能量的熱源；

(3)包管 工件概況 到達(dá) 較高溫度。

常規(guī)的裝備 (熱風(fēng)爐和遠(yuǎn)紅外爐)都沒法 同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述3點(diǎn)。

在必然 溫度規(guī)模 內(nèi)，固化結(jié)果 凡是 與溫度和時(shí)候 的乘積成正比，因此 提高溫度可以縮短固化時(shí)候 。分歧 的加熱體例 采納 統(tǒng)一 固化工藝則結(jié)果 分歧 。實(shí)踐和理論都證實(shí) 快速固化是可以實(shí)現(xiàn)的。采取 輻射傳熱可以縮短固化時(shí)候 。經(jīng)快速固化的鋁型材概況 飽滿 度、光潔度均比一樣 前提 下傳統(tǒng)工藝好。

3 高紅外加熱元件與裝備 手藝 闡發(fā)

3.1 石英玻璃加熱器手藝 闡發(fā)

石英玻璃高紅外輻射元件的熱源為鎢絲，溫度高達(dá)2200～2400℃，輻射短波能量屬近紅外線；熱源外罩石英管，因?yàn)?衰減，外面溫度約800℃，輻射中波紅外線；背襯不銹鋼，溫度可達(dá)500～600℃，輻射低能量遠(yuǎn)紅外線。各波段紅外線成份 據(jù)有 比例不均等，使之被加熱物的接收 有最好 的能量匹配，并陪伴 有快速熱響應(yīng) 特征。利用 壽命5000小時(shí)，從傳熱學(xué)闡發(fā) ，石英玻璃加熱熱效力 在50~60%擺布 。

3.2 高能量全波段紅外輻射加熱器手藝 闡發(fā)

按照 傳熱學(xué)電磁波輻射與有機(jī)涂層的固化波長的匹配道理 ，可以由涂層的波長與加熱源的輻射波長相匹配便可 到達(dá) 快速固化的目的，傳熱效力 在85~90%。

4 高紅外烘爐設(shè)計(jì)道理

工業(yè)爐的加熱進(jìn)程 是依托 熱的對流、傳導(dǎo)和輻射來實(shí)現(xiàn)的。在高溫下，熱互換 主要靠熱輻射，熱傳導(dǎo)可疏忽 不計(jì)。

在高溫下，熱輻射成為熱能傳遞的主要部門 ，它與溫度的4次方之差成正比，也與熱輻射系數(shù)（熱輻射率）成正比。

采取 現(xiàn)代高輻射率涂層手藝 ，可以取得改變材料概況 的熱輻射率、提高熱互換 效力 、縮短加熱時(shí)候 、提高出產(chǎn) 效力 、節(jié)儉 能源、耽誤 爐體及熱互換 部件的利用 壽命等結(jié)果 。

高能量全波段紅外輻射加熱器發(fā)生 的紅外輻射以電磁波的情勢 將能量傳遞出去，具有瞬時(shí)加熱、節(jié)能顯著，且占地面積小的特點(diǎn)。因?yàn)?它的波長籠蓋 了紅外線的全部 波段，有益 于涂猜中 粒子的流安然平靜 交聯(lián)反映 敏捷 進(jìn)行；并使涂層交聯(lián)敏捷 揮發(fā)，加速 固化、流平速度和削減 涂裝缺點(diǎn) 。實(shí)現(xiàn)涂膜快速固化，同時(shí)提高了涂層質(zhì)量。

與傳統(tǒng)加熱源比擬 ，有以下長處 ：

（1）比通俗 電熱絲加熱體例 節(jié)電80％以上。

（2）與熱風(fēng)爐比力 ，出產(chǎn) 效力 可提高2～6倍。

（3）在現(xiàn)有熱風(fēng)爐根本 長進(jìn) 行革新 ，投資費(fèi)用可在0.5～2年內(nèi)收受接管 。

（4）與電熱風(fēng)爐比擬 可下降 30～50％裝機(jī)容量。

（5）占地面積為常規(guī)裝備 的1/6—1/2，節(jié)流 裝備 投資。

加熱器的電氣節(jié)制 ，有縱貫 式、恒溫節(jié)制 和恒功率節(jié)制 多種分歧 情勢 的節(jié)制 體例 ，以順應(yīng) 分歧 的加熱忱 況 。

5 高紅外固化鋁型材粉末噴涂和電泳涂層實(shí)驗(yàn)

5.1 福建南平鋁業(yè)有限公司嘗試 成果

（1）粉末靜電噴涂固化實(shí)驗(yàn) 。實(shí)驗(yàn) 樣別離 采取 200mm×100mm的鋁板和長200mm的L8607

1）前處置 工藝：

除油：常溫，5min，以現(xiàn)實(shí) 除油結(jié)果 概況 不掛水珠為準(zhǔn)。

水洗：自來水沖刷 后用純水噴淋。

鉻化：常溫，5min，以色彩 判定 。

水洗：自來水沖刷 后用純水噴淋。

烘干：90℃，5min。

（2）固化實(shí)驗(yàn) ：高紅外固化爐總功率為27Kw。別離 噴白色亮光粉、白色砂紋粉和木紋粉。實(shí)驗(yàn) 成果 見下表：

表2 RAL9016白色亮光粉

表3 PJA2195A白色砂紋粉

表4 MW0502 砂紋粉

5.2 電泳涂層固化實(shí)驗(yàn)

起首 ：實(shí)驗(yàn) 樣采取 長200mm的L8607。

（1）前處置 工藝：

氧化處置 ：拜托 樂祥鋁業(yè)在線氧化。

電泳：電泳電源為五源公司便宜 電源，電壓100V,靜置30s。

（2）固化實(shí)驗(yàn) ：高紅外固化爐總功率為27Kw。別離 對樂祥鋁業(yè)和華業(yè)鋁業(yè)的電泳漆進(jìn)行固化實(shí)驗(yàn) 。實(shí)驗(yàn) 成果 見下表：

表5 樂祥鋁業(yè)的電泳槽液

表6 華業(yè)鋁業(yè)的電泳槽液

6 項(xiàng)目可行性闡發(fā)

6.1 實(shí)驗(yàn) 成果 闡發(fā)

（1）通太高 紅外固化的粉末噴涂涂層劃格實(shí)驗(yàn) 、鉛筆硬度全數(shù) 及格 ，耐沖擊實(shí)驗(yàn) 亮光粉全數(shù) 及格 ，砂紋粉年夜 部門 及格 ，耐溶劑普遍誤差 ，這與出產(chǎn) 線產(chǎn)物 的檢測成果 相吻合。電泳涂層鉛筆硬度、水煮實(shí)驗(yàn) 全數(shù) 及格 ，耐堿實(shí)驗(yàn) 不睬 想，這與出產(chǎn) 線產(chǎn)物 的檢測成果 也吻合；

（2）從以上實(shí)驗(yàn) 成果 來看采取 高紅外固化粉末涂層和電泳涂層是可行的，不管 是固化時(shí)候 ，仍是 能耗方面，都具有很年夜 的優(yōu)勢；

（3）固然 粉末噴涂涂層比電泳涂層膜厚更高，但電泳涂層固化時(shí)候 較著 比粉末噴涂涂層固化時(shí)候 長。闡發(fā) 其主要緣由 是：電泳漆膜是含水涂層，在固化前需要脫水；

（4）從實(shí)驗(yàn) 進(jìn)程 中可以發(fā)現(xiàn)，功率匹配是固化及格 的關(guān)頭 ，必需 確保烘烤進(jìn)程 中輻射器均在工作。遏制 輻射，只靠溫度保溫，則固化時(shí)候 將響應(yīng) 耽誤 ；

（5）因?yàn)?實(shí)驗(yàn) 烘烤爐只有熱風(fēng)攪拌裝配 ，而沒有熱風(fēng)輪回 裝配 ，輻射功率需人工調(diào)理 ，沒有主動(dòng) 反饋調(diào)理 系統(tǒng)，烘烤爐爐溫節(jié)制 需經(jīng)由過程 開啟、封閉 爐門節(jié)制 等裝備 前提 的限制，有待于裝備 改良 后做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn) 。

6.2 高紅外熱輻射固化影響身分 闡發(fā)

從以上實(shí)驗(yàn) 闡發(fā) ，高紅外熱輻射固化影響身分 有以下幾個(gè)方面：

（1）涂層材料：分歧 涂層材料的黑度（即接收 能力）紛歧 樣，黑度高的材料接收 能量強(qiáng)，熱效力 高。涂料的黑度大都 在0.80～0.90之間。含水涂層固化時(shí)候 需更長；

（2）介質(zhì)：固化爐中的水份 和溶劑蒸汽會(huì)接收 輻射能，并使輻射量衰減，晦氣 于涂膜烘干，應(yīng)實(shí)時(shí) 解除 ；

（3）輻射距離：輻射距離對固化結(jié)果 有很年夜 的影響。為了使涂膜有用 地取得 輻射能量，輻射距離不克不及 太遠(yuǎn)。一般平板為100mm，較復(fù)雜工件取250～300mm；

（4）溫度均與性：因?yàn)?輻射存在輻射暗影 ，爐溫平均 性顯得更加 主要 ，是以 在利用 高紅外輻射源的同時(shí)，必需 同時(shí)進(jìn)行熱風(fēng)輪回 ；

（5）輻射器安插 ：因?yàn)?輻射器概況 溫度很高，不克不及 輕忽 熱空氣的天然 對流致使 室體上部溫度較高。是以 在高度標(biāo)的目的 ，輻射器數(shù)目 自下而上遞減。