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    2. 技術前沿

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      高紅外熱輻射固化手藝 在鋁型材噴涂中的利用

      發布日期:2021-08-03 14:52:44瀏覽次數: 742 金屬3D打印服務

       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.杭州五源科技實業有限公司;2.福建省南平鋁業有限公司)

      摘 要:本文對照 了傳統熱風輪回 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。側重 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系及特征

      年夜 大都 有機物和水等的接收 光譜,在0.5μm~25μm規模 內。當輻射源的波長與被加熱物資 的接收 波長一致時,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-發燒 體元件光譜輻射系數;c1、c2—常數;

      λ1,λ2-別離 為工件概況 紅外接收 光譜規模 (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:

      當工件接收 光譜在2.0~15μm波段,輻射元件概況 溫度T1=450℃(723K)時,帶入上式得:Q1=96%;同理,T2=1000℃(1273K)時,Q2=69%;T3=2500℃時,Q3=24%。從波長匹副角 度來看,輻射元件發射的可見光成份 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:

      當元件概況 溫度為450℃時,遠紅外匹配接收 Q?W=0.960×0.62=0.59;當元件概況 溫度為2500℃時,Q?W=0.24×0.88=0.21。因為 遠紅外波段的輻射能量低,匹配結果 就不太好。

      工件接收 光譜在0.38~2.0μm波段時,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 ,在短波段規模 內高溫輻射元件,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 最高的熱效力 。此時輻射是全波段的,屬高能量強力紅外輻射,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、高強度全波段剎時 起動的強力紅外輻弓手 藝 。俗稱高紅外。

      物資 的份子 在接收 紅外能后,可以使 光子的能量完全轉釀成 份子 的振動即動彈 能量;也能夠 使 份子 的動彈 能量發生改變。而且 ,振動光譜有一種加寬振動、動彈 的感化 ,能擴年夜 以均衡 位置為中間 的振幅,加重 其內部的振動。因為 電子的活動 和份子 的振動是處在極高的速度下,這類 活動 不竭 地使晶格、鍵團的振動在其彼此 間發生 碰撞。這類 活動 狀態 的轉變 ,如同 兩種快速運轉的物體加速 了磨擦 而發燒 升溫,所以,其升溫速度快。同時,紅外輻射加熱物品時,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

      有機涂層固化工藝進程 可分為兩個階段: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 基材與涂層的預熱升溫,揮發組分的分散 移出;固化階段亦稱動力學階段,是輻射感化 于化學鍵的固化階段,這—階段要求有較高的溫度,在此階段所發生的化學反映 的速度制約著干燥進程 的進程,而化學反映 的速度按照 化學動力學的規程,溫度每升高10℃可提高化學反映 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 的波長在2.8~3.0μm,是以 當紅外輻射源的發射波長與有機涂層的強接收 頻帶對應時,則該輻射能直接感化 于化學鍵,構成 諧振狀態并引發 鍵的斷裂,以到達 快速干燥與固化的目的。

      因為 工件的質量、體積、概況 積、導熱系數的分歧 ,工件在固化工藝溫度下所顛末 的時候 也有很年夜 的分歧 ,因此 對鋁型材而言,縮短固化時候 是完全可能的。

      實現快速固化要到達 下面3個前提 :

      (1)包管 工件在固化進程 中上、中、下溫度平均 ;

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

      (3)包管 工件概況 到達 較高溫度。

      常規的裝備 (熱風爐和遠紅外爐)都沒法 同時實現上述3點。

      在必然 溫度規模 內,固化結果 凡是 與溫度和時候 的乘積成正比,因此 提高溫度可以縮短固化時候 。分歧 的加熱體例 采納 統一 固化工藝則結果 分歧 。實踐和理論都證實 快速固化是可以實現的。采取 輻射傳熱可以縮短固化時候 。經快速固化的鋁型材概況 飽滿 度、光潔度均比一樣 前提 下傳統工藝好。

      3 高紅外加熱元件與裝備 手藝 闡發

      3.1 石英玻璃加熱器手藝 闡發

      石英玻璃高紅外輻射元件的熱源為鎢絲,溫度高達2200~2400℃,輻射短波能量屬近紅外線;熱源外罩石英管,因為 衰減,外面溫度約800℃,輻射中波紅外線;背襯不銹鋼,溫度可達500~600℃,輻射低能量遠紅外線。各波段紅外線成份 據有 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 特征。利用 壽命5000小時,從傳熱學闡發 ,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

      按照 傳熱學電磁波輻射與有機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 快速固化的目的,傳熱效力 在85~90%。

      4 高紅外烘爐設計道理

      工業爐的加熱進程 是依托 熱的對流、傳導和輻射來實現的。在高溫下,熱互換 主要靠熱輻射,熱傳導可疏忽 不計。

      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(熱輻射率)成正比。

      采取 現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 、縮短加熱時候 、提高出產 效力 、節儉 能源、耽誤 爐體及熱互換 部件的利用 壽命等結果 。

      高能量全波段紅外輻射加熱器發生 的紅外輻射以電磁波的情勢 將能量傳遞出去,具有瞬時加熱、節能顯著,且占地面積小的特點。因為 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 交聯反映 敏捷 進行;并使涂層交聯敏捷 揮發,加速 固化、流平速度和削減 涂裝缺點 。實現涂膜快速固化,同時提高了涂層質量。

      與傳統加熱源比擬 ,有以下長處 :

      (1)比通俗 電熱絲加熱體例 節電80%以上。

      (2)與熱風爐比力 ,出產 效力 可提高2~6倍。

      (3)在現有熱風爐根本 長進 行革新 ,投資費用可在0.5~2年內收受接管 。

      (4)與電熱風爐比擬 可下降 30~50%裝機容量。

      (5)占地面積為常規裝備 的1/6—1/2,節流 裝備 投資。

      加熱器的電氣節制 ,有縱貫 式、恒溫節制 和恒功率節制 多種分歧 情勢 的節制 體例 ,以順應 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驗

      5.1 福建南平鋁業有限公司嘗試 成果

      (1)粉末靜電噴涂固化實驗 。實驗 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,以現實 除油結果 概況 不掛水珠為準。

      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)固化實驗 :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。實驗 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 電泳涂層固化實驗

      起首 :實驗 樣采取 長200mm的L8607。

      (1)前處置 工藝:

      氧化處置 :拜托 樂祥鋁業在線氧化。

      電泳:電泳電源為五源公司便宜 電源,電壓100V,靜置30s。

      (2)固化實驗 :高紅外固化爐總功率為27Kw。別離 對樂祥鋁業和華業鋁業的電泳漆進行固化實驗 。實驗 成果 見下表:

      表5 樂祥鋁業的電泳槽液

      表6 華業鋁業的電泳槽液

      6 項目可行性闡發

      6.1 實驗 成果 闡發

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

      (2)從以上實驗 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 是固化時候 ,仍是 能耗方面,都具有很年夜 的優勢;

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

      (4)從實驗 進程 中可以發現,功率匹配是固化及格 的關頭 ,必需 確保烘烤進程 中輻射器均在工作。遏制 輻射,只靠溫度保溫,則固化時候 將響應 耽誤 ;

      (5)因為 實驗 烘烤爐只有熱風攪拌裝配 ,而沒有熱風輪回 裝配 ,輻射功率需人工調理 ,沒有主動 反饋調理 系統,烘烤爐爐溫節制 需經由過程 開啟、封閉 爐門節制 等裝備 前提 的限制,有待于裝備 改良 后做進一步的實驗 。

      6.2 高紅外熱輻射固化影響身分 闡發

      從以上實驗 闡發 ,高紅外熱輻射固化影響身分 有以下幾個方面:

      (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,熱效力 高。涂料的黑度大都 在0.80~0.90之間。含水涂層固化時候 需更長;

      (2)介質:固化爐中的水份 和溶劑蒸汽會接收 輻射能,并使輻射量衰減,晦氣 于涂膜烘干,應實時 解除 ;

      (3)輻射距離:輻射距離對固化結果 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。一般平板為100mm,較復雜工件取250~300mm;

      (4)溫度均與性:因為 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,必需 同時進行熱風輪回 ;

      (5)輻射器安插 :因為 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 在高度標的目的 ,輻射器數目 自下而上遞減。

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