Инфракрасное тепло для отверждения: оценка характеристик ИК-энергии

Инфракрасная (ИК) энергия может использоваться в качестве источника тепла для отверждения различных покрытий в промышленной отрасли. Такое инфракрасное отверждение подает энергию на поверхность детали с покрытием за счет прямой передачи от ИК-излучателя, который может обеспечивать температуру источника от 250 до 2000°С.

 

Рис. 1 — Инфракрасный спектр 

 

Часть энергии отражается от поверхности, часть поглощается покрытием, а часть нагревает саму деталь. В порошковом покрытии такая прямая передача энергии вызывает немедленную реакцию в полимере, и отверждение (называемое сшиванием) начинается быстро, как только поверхность подвергается воздействию излучателя. Для красок и других покрытий инфракрасная энергия обеспечивает сушку.

 

 

Рисунок 2 – Нагрев, отражение и поглощение

 

В печах ИК-отверждения тепло очень быстро передается излучением непосредственно на покрытие. Инфракрасные печи могут отверждать покрытие намного быстрее, чем конвекционные печи, поскольку они непосредственно нагревают поверхность детали, на которую нанесено покрытие, и не тратят энергию на нагрев всей детали или окружающего воздуха. Последующая теплопроводность может иногда нагреть даже те участки детали, которые не были полностью подвержены прямому ИК-теплообразованию; однако различия в структуре и массе деталей будут влиять на однородность этого отверждения, если интенсивность инфракрасного тепла не будет скорректирована с учетом этих различий.

Инфракрасный свет находится в электромагнитном спектре между видимым светом и микроволнами и измеряется в микронах. Температура определяет длину волны исходного ИК-излучателя, поэтому его пиковую длину волны можно контролировать, изменяя его температуру. Однако, несмотря на то, что длина волны всех излучателей может регулироваться таким образом, не все нагреватели предназначены для излучения полного спектра длинных, средних и коротких волн.

Влияние характеристик покрытия

Скорость поглощения, отражения или пропускания ИК-излучения покрытием зависит от спектральных характеристик покрытия, в том числе от его коэффициента излучения и цвета, а также от других характеристик поверхности. Излучательная способность является мерой эффективности материала в излучении ик энергии и определяется как доля излучаемой энергии по отношению к энергии, излучаемой термически черной поверхностью (черным телом). Он измеряется по шкале от 0 до 1, при этом идеально черное тело имеет коэффициент излучения, равный 1. Излучательная способность и поглощающая способность тесно связаны, поэтому материалы с высоким значением коэффициента излучения также легко поглощают лучистую энергию. Поверхности с высокой отражающей способностью (например, полированные металлы) будут иметь низкий коэффициент излучения/низкий коэффициент поглощения, и их будет трудно нагреть ИК-излучением.

 

 

Другой важной спектральной характеристикой, играющей роль в способности покрытия поглощать или отражать ИК-энергию, является цветовая чувствительность. Это особенно важно для цветов с высокой отражающей способностью, таких как хром или серебро. Цветовая чувствительность более выражена к коротковолновому ИК-излучению, создаваемому более высокотемпературными излучателями. По этой причине коротковолновые излучатели, такие как галогенные лампы КГТ, наиболее чувствительны к цвету, а длинноволновые излучатели, такие как керамические нагреватели, наименее чувствительны к цвету.

Тестирование различных длин волн и температур для определения наиболее эффективных излучателей для ИК-отверждения предлагается бесплатно большинством производителей ИК-оборудования. Созданные кривые время/температура помогают в выборе, размере и ориентации излучателей относительно детали, а также могут помочь определить общую конструкцию соответствующей ИК-печи для конкретной сферы применения.

Отверждение инфракрасным излучением

Как упоминалось ранее, инфракрасные печи могут быстро отверждать поверхности с покрытием, которые подвергаются непосредственному воздействию инфракрасного тепла, но области, которые не полностью подвергались воздействию, могут не равномерно отверждаться, если в этих областях не отрегулирована интенсивность  инфракрасного излучения. Существует несколько методов, обычно используемых в конструкции инфракрасной печи для преодоления вариаций отверждения и поддержания точности. Одним из таких методов является использование регулируемого контроллера, такого как кремниевый выпрямитель (SCR), который будет модулировать интенсивность отдельных инфракрасных излучателей. Второй метод заключается в том, чтобы точно «зонировать» блоки инфракрасного излучения внутри печи для подачи тепла (и надлежащей интенсивности) к различным областям детали в зависимости от требований высокой, низкой энергии или отсутствия энергии. Наконец, инфракрасное излучение можно сфокусировать с помощью отражателей и экранов для достижения нужной интенсивности и охвата в различных областях.

Области детали, закрытые от инфракрасного излучателя своей геометрией, будут повышать температуру с той же скоростью, что и области, которые непосредственно подвергаются воздействию излучателя, в то время как любые неэкспонированные области могут даже не отверждаться с помощью проводимости. В этих случаях только инфракрасный нагрев может быть не лучшим вариантом для окончательного отверждения покрытия. Однако может быть полезно ускорить цикл отверждения при использовании его в сочетании с конвекционным нагревом.

Использование комбинированных технологий нагрева

Печи, использующие инфракрасное излучение в дополнение к конвекционному теплу, могут обеспечить преимущества обеих технологий, особенно для сложных деталей с областями, которые не подвергаются непосредственному воздействию инфракрасного тепла или которые значительно различаются по массе или толщине.

Когда деталь тяжелая и однородная по форме, инфракрасные излучатели предлагают лучший метод отверждения. Излучатели можно расположить таким образом, что температура поверхности будет повышаться намного быстрее, чем при конвекции, а отверждение происходит за гораздо меньшее время. Инфракрасный нагрев может быть единственным практичным способом отверждения определенных типов деталей, обеспечивая гораздо более короткое время цикла отверждения.

Зона предварительного инфракрасного нагрева или «бустерная зона» на входе в конвекционную печь для отверждения может быть отличным усовершенствованием, особенно для толстых и массивных компонентов. Отверждение начнется немедленно и может быть выполнено быстрее, чем при использовании только конвекционного нагрева.

Газовые ИК-излучатели также могут быть очень эффективными. Как и электроизлучатели, их можно приобрести модульными секциями и зонировать. Энергия, необходимая для работы газового инфракрасного излучателя, обычно стоит меньше, чем электроэнергия для электрических инфракрасных нагревателей. Однако сравнение фактического энергопотребления газового и электрического излучателя может быть выполнено только путем оценки эффективности излучателей по отношению к спектральным характеристикам покрытия и конкретным факторам, влияющим на детали.

Таким образом, несмотря на некоторые ограничения равномерного отверждения деталей более сложной формы, инфракрасное тепло может быть хорошим и быстрым вариантом отверждения для многих задач по нагреву. 

Инфракрасные нагреватели от Элемаг

Компания Элемаг уже много лет занимается производством промышленных инфракрасных нагревательных элементов: керамических, кварцевых и трубчатых. Также у нас налажено тесное сотрудничество с иностранными поставщиками галогенных и карбоновых ламп стандартных конструкций.

Кроме самих нагревателей мы изготавливаем инфракрасное оборудование для нагрева, такое как туннельные печи, конвейерные и камерные сушки, камеры полимеризации для отверждения порошкового покрытия, стойки, тепловые мосты, термоформовочные панели и прочее.

Для связи с нами звоните по телефону, указанному в контактах, и получите бесплатную консультации по инфракрасному нагреву от наших специалистов.