高红外辐射加热节能技术在铝型材涂装中的应用

1、高红外辐射加热节能技术在铝型材涂装中的应用高红外辐射加热节能技术在铝型材涂装中的应用2高红外辐射在铝型材涂层快速固化有机涂层固化工艺过程可分为两个阶段：即扩散阶段与固化阶段。扩散阶段是热辐射透入涂层的阶段， 主要是基材与涂层的预热升温，挥发组分的扩散移出；固化阶段亦称动力学阶段，是辐射作用于化学键的 固化阶段，这一阶段要求有较高的温度，在此阶段所发生的化学反应的速度制约着干燥过程的进程，而化 学反应的速度根据化学动力学的规程，温度每升高10C可提高化学反应速度13倍，因此，这一阶段最 好采用3呻波段左右的高温辐射。各类有机涂层的成分中大都含有羟基和羧基，其固有振荡频率相应的波长在2.83.0呻

2、，因此当红外 辐射源的发射波长与有机涂层的强吸收频带对应时，则该辐射能直接作用于化学键，形成谐振状态并引起 键的断裂，以达到快速干燥与固化的目的。由于工件的质量、体积、表面积、导热系数的不同，工件在固化工艺温度下所经过的时间也有很大的 不同，因而对铝型材而言，缩短固化时间是完全可能的。实现快速固化要达到下面3个条件：保证工件在固化过程中上、中、下温度均匀；不论工件大小、质量如何，元件必须能瞬间提供大能量的热源；保证工件表面达到较高温度。常规的设备(热风炉和远红外炉)都无法同时实现上述3点。在一定温度范围内，固化效果通常与温度和时间的乘积成正比，因而提高温度可以缩短固化时间。不 同的加热方式采取

3、同一固化工艺则效果不同。实践和理论都证明快速固化是可以实现的。采用辐射传热可 以缩短固化时间。经快速固化的铝型材表面丰满度、光洁度均比同样条件下传统工艺好。3高红外加热元件与设备技术分析3.1石英玻璃加热器技术分析石英玻璃高红外辐射元件的热源为钨丝，温度高达22002400C，辐射短波能量属近红外线；热源外 罩石英管，由于衰减，外面温度约800C，辐射中波红外线；背衬不锈钢，温度可达500600C，辐射低 能量远红外线。各波段红外线成分占有比例不均等，使之被加热物的吸收有最佳的能量匹配，并伴随有快 速热相应特征。使用寿命5000小时，从传热学分析，石英玻璃加热热效率在5060%左右。3.2高能

4、量全波段红外辐射加热器技术分析根据传热学电磁波辐射与有机涂层的固化波长的匹配原理，可以由涂层的波长与加热源的辐射波长相 匹配即可达到快速固化的目的，传热效率在8590%。4高红外烘炉设计原理工业炉的加热过程是依靠热的对流、传导和辐射来实现的。在高温下，热交换主要靠热辐射，热传导 可忽略不计。在高温下，热辐射成为热能传递的主要部分，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。采用现代高辐射率涂层技术，可以取得改变材料表面的热辐射率、提高热交换效率、缩短加热时间、 提高生产效率、节约能源、延长炉体及热交换部件的使用寿命等效果。高能量全波段红外辐射加热器产生的红外辐射以电磁波的形

5、式将能量传递出去，具有瞬时加热、节能 显著，且占地面积小的特点。由于它的波长覆盖了红外线的整个波段，有利于涂料中粒子的流平和交联反 应迅速进行；并使涂层交联迅速挥发，加快固化、流平速度和减少涂装缺陷。实现涂膜快速固化，同时提 高了涂层质量。与传统加热源相比，有以下优点：（1）比普通电热丝加热方式节电80%以上。（2）与热风炉比较，生产效率可提高26倍。（3）在现有热风炉基础上进行改造，投资费用可在0.52年内回收。（4）与电热风炉相比可降低3050%装机容量。（5）占地面积为常规设备的1/6-1/2，节省设备投资。加热器的电气控制，有直通式、恒温控制和恒功率控制多种不同形式的控制方式，以适应不

6、同的加热 环境。5高红外固化铝型材粉末喷涂和电泳涂层试验5.1福建南平铝业有限公司实验结果（1）粉末静电喷涂固化试验。试验样分别采用200mmx100mm的铝板和长200mm的L86071）前处理工艺：除油：常温，5min，以实际除油效果表面不挂水珠为准。水洗：自来水冲洗后用纯水喷淋。铭化：常温，5min，以颜色判断。水洗：自来水冲洗后用纯水喷淋。烘干：90C，5min。（2）固化试验：高红外固化炉总功率为27Kw。分别喷白色亮光粉、白色砂纹粉和木纹粉。试验结果见下 表：表2 RAL9016白色亮光粉序 号尸膜厚/ P功率。温度+时间u/min试验检测结果止回4反面小划格4耐冲击4铅笔硬度4耐

7、溶剂41一153.律50. 52Q0舍格研.合格3级光泽有明 显度化）1-2.50.447.会格尸合格4泛曲3级（光泽有明 显变化）42-162. 2P.200合格.不合格5财2-252.卯.由部合格4不合格砂S级光泽有轻 微变化）452； M48. W20tW台格,音格手沥3-2S9. 1 已51. 64:合格4-1力53.心52； 5合格F:合格口4-跆56. 654. 1+咎格名皿备注4卜1均为型材样板，卜为均为铝板样板。4表3 PJA2195A白色砂纹粉序号溥厚/ P.功率w温度9ZT衫时间+/min试验检测结果点正面4反面小划格4耐冲击小铅笔硬度q耐溶剂449.449.207合格4合

8、格2级光泽有轻 微变化）1-8=50. 8合格9:合格q ；3级（光泽有明 显变化42-1.36.51. 0P35.207合格。不合格5知生3.伸49. 1-合格不台格tS级光泽有轻 微变化，比11 .好）4 54. .553. 8. SQ合格时合格P3-舞 55. .54?61. 6合格尸合格WHS备注卜1均为型材样板，3均为铝板样板。表4 MW0502砂纹粉序 号尸膜厚/ U m。功率+J%温度+*时间u /min*3试验检测结果正回4反面小划格4耐冲击4铅笔硬度4耐溶剂41一1,49.449. 3P1汹:合格Q合格王3H43级光泽有轻 微变化）1-248.如50. 8P合格2合格王泌3级

9、（光泽有明 显变化）42-i-p.菰源 H.加做180P合格.不合格砰王3H45级92-243.即49. 1P合格9不合格“S级光泽有轻 微变化，比1一1 好）口备注K-1均为型材样板，X-W均为铝板样板.w正面距离高红外辐射源200mno5.2电泳涂层固化试验首先：试验样采用长200mm的L8607。（1）前处理工艺：氧化处理：委托乐祥铝业在线氧化。电泳：电泳电源为五源公司自制电源，电压100V,静置30s。（2）固化试验：高红外固化炉总功率为27Kw。分别对乐祥铝业和华业铝业的电泳漆进行固化试验。试验 结果见下表：表5乐祥铝业的电泳槽液序号+J电泳 .时间 /sP深层膜厚/Pm功率。矗度-

10、时间1/min*21试验检测结果4正面口反面4,铅笔 谟度耐碱试验41501OP10P时尸.180.10P.3.级光泽有明显变化J815叫1林1801林M3曲5耕表6华业铝业的电泳槽液序号+J电泳 时间/s除层膜厚/piibP功率q%矗度时间p/mirn3试验检测结果q止面Q反面口铅笔硬度4耐碱试验&伸1.9顷5叫1803级（光泽有明豆变化W3.IS叫9.右99.5S5Q1806项目可行性分析6.1试验结果分析（1）通过高红外固化的粉末喷涂涂层划格试验、铅笔硬度全部合格，耐冲击试验亮光粉全部合格，砂 纹粉大部分合格，耐溶剂普遍偏差，这与生产线产品的检测结果相吻合。电泳涂层铅笔硬度、水煮试验全

11、部合格，耐碱试验不理想，这与生产线产品的检测结果也吻合；（2）从以上试验结果来看采用高红外固化粉末涂层和电泳涂层是可行的，无论是固化时间，还是能耗 方面，都具有很大的优势；（3）虽然粉末喷涂涂层比电泳涂层膜厚更高，但电泳涂层固化时间明显比粉末喷涂涂层固化时间长。 分析其主要原因是：电泳漆膜是含水涂层，在固化前需要脱水；（4）从试验过程中可以发现，功率匹配是固化合格的关键，必须确保烘烤过程中辐射器均在工作。停 止辐射，只靠温度保温，则固化时间将相应延长；（5）由于试验烘烤炉只有热风搅拌装置，而没有热风循环装置，辐射功率需人工调节，没有自动反馈 调节系统，烘烤炉炉温控制需通过开启、关闭炉门控制等设备条件的限制，有待于设备改进后做进一步的 试验。6.2高红外热辐射固化影响因素分析从以上试验分析，高红外热辐射固化影响因素有以下几个方面:涂层材料：不同涂层材料的黑度(即吸收能力)不一样，黑度高的材料吸收能量强，热效率高。 涂料的黑度多数在0.800.90之间。含水涂层固化时间需更长；介质：固化炉中的水分和溶剂蒸汽会吸收辐射能，并使辐射量衰减，不利于涂膜烘干，应及时排 除；辐射距离：辐射