紅外線輻射

紅外線是電磁波的一種，波長範圍為0.76～1000μm，通常將紅外線分成兩部分，波長小於5.6 μm，離紅色光較近的稱為近紅外線；波長大於5.6μm，離紅色光較遠的稱為遠紅外線。分近、遠紅外線是相對的，也有人將紅外線分為近紅外線、中紅外線和遠紅外線。波長為2μm以下稱近紅外線；波長為2～25μm的稱為中紅外線；波長為25～1000μm的稱為遠紅外線。

紅外線的產生與溫度有著密切關係。自然界里所有物體，當其溫度高於絕對零度（即-273.15℃）時，都會輻射紅外線。其輻射能量大小和按波長的分佈情況是由物體的表面溫度決定的。物體表面輻射能量與物體表面溫度的四次方成正比；物體輻射能量最大的波長區間（稱為峰值波長）隨著溫度的升高向波長短的方向移動，溫度較低時的峰值波長比溫度較高時長。即一個物體溫度越高，越能輻射波長較短的近紅外線，而溫度較低時能輻射波長較長的紅外線。

紅外線一旦被物體吸收，紅外線輻射能量就轉化為熱能，加熱物體使其溫度升高。當紅外線輻射器產生的電磁波（即紅外線）以光速直接傳播到某物體表面，其發射頻率與物體分子運動的固有頻率相匹配時，就引起該物體分子的強烈振動，在物體內部發生激烈摩擦產生熱量。所以常稱紅外線為熱輻射線，稱紅外輻射為熱輻射或溫度輻射。

根據紅外線的上述性質，當利用紅外線輻射塗層時，能夠加熱塗層而使其加速乾燥。當一束紅外線照射到塗層表面時，一部分被塗層表面反射，一部分進入塗層內部被塗層吸收，轉化成熱能從塗層內部加熱塗層，還有一部分透過塗層到基材表面與內部，並由輻射能轉化為熱能從塗層下面加熱塗層。由於這種自發熱效應，因此能快速有效地加熱塗層，而且塗層的固化是自內向外、自下而上地進行，乾燥過程與預熱乾燥相似，乾燥效果較好。紅外線照射、反射、吸收和透過示意圖見下圖。

當用近紅外線輻射塗層表面時，其輻射能量約10%被塗層吸收，約30%被塗層表面反射，其餘約60%透過塗層被基材吸收，轉化成熱能，從塗層下面加熱塗層。當用遠紅外線輻射塗層表面時，約有50%的輻射能被塗層吸收，塗層表面對紅外線的反射率很低，低於5%，餘下的約45%被基材吸收，轉化成熱能，從塗層下面加熱塗層。

塗料能很好地吸收紅外線輻射能，是因為這些有機高分子物質的振蕩波潛為3~10μm，對3~50μm的遠紅外線能很好地吸收，由於輻射的紅外線頻率與塗料高分子物質的分子振蕩頻率相匹配，引起塗料高分子產生激烈的分子共振現象，塗層內部迅速均勻加熱，加熱速度快，效果好，因此，用遠紅外線比用近紅外線乾燥塗層的效果更高、更好。在遠紅外線乾燥中，由於塗層表面溶劑的不斷蒸發吸熱，使塗層表面溫度降低，造成內部溫度比表面溫度高，更有利於溶劑的揮發，從而可提高漆膜質量。除光敏塗料和電子束固化塗料以外，幾乎所有塗料的塗層都可以用遠紅外線加熱乾燥。

紅外線輻射乾燥特點

1.乾燥速度快，生產效率高。與熱空氣乾燥相比，乾燥時間可縮短3~5倍。特別適用於大面積表層的加熱乾燥。

2.乾燥質量好。在紅外輻射過程中，一部分紅外線被塗層吸收，另一部分透過塗層至基材表面，在基材表面與塗層底部產生熱能交換，使熱傳導的方向與溶劑蒸發方向一致。這樣，不僅加熱速度快，而且避免了乾燥過程中產生針孔、氣泡、“橘皮”等缺陷。另外，紅外線乾燥不需要大量循環空氣流動，因此飛揚塵埃少，塗層表面清潔，乾燥質量好。

3.升溫迅速，熱效率高。輻射乾燥不需中間媒介，可直接由熱源傳遞到塗層，故升溫迅速。它沒有因中間介質引起的熱消耗，減少部分熱空氣帶走的熱量，因此熱效率高。

4.設備緊湊，使用靈活。由於紅外輻射乾燥時間短，故設備長度短、佔地面積小。結構上比熱空氣乾燥設備簡單、緊湊，便於施工安裝。使用靈活，操作簡單，用變壓器調節溫度很方便。

5.對工件形狀有一定要求。由於紅外線直線傳播，某些照射不到的地方塗層難以乾燥。應考慮輻射器的排列方式，特別是反射板的設計，必須考慮盡量提高照射效率。對於幾何形狀複雜的工件，照射陰影較嚴重，也難以控制照射距離大致相等，可能造成輻射距離近的工件表面漆膜變色，而較遠或陰影部分不完全乾燥的現象。複雜工件乾燥質量難以保證。

6.由於塗層升溫迅速，短時間內（20~30min）塗層固化，有時溶劑來不及蒸發，也影響成膜質量，應加以控制。

7.溫度過高，漆膜有變色變脆的危險，淡紅色的漆膜往往更容易變色。

生產中採用紅外線乾燥塗層時，常用一定數量的紅外線輻射器組裝成通過式乾燥室。塗飾過的零部件或製品，用傳送裝置載送，在乾燥室中通過，使塗層固化。

遠紅外線輻射乾燥是應用較早的一種輻射乾燥法，它在很多方面優於熱空氣乾燥，但也有不足之處。因此，現在已有將兩者合為一體的遠紅外輻射熱空氣乾燥室。

目前國內尚未有定型的乾燥室，要根據生產具體條件進行設計。在設計乾燥室時，要選擇合適的輻射器併合理布置。確定最佳的輻射溫度與距離，確定乾燥室尺寸與結構，並需考慮乾燥室的保溫與通風等因素。

遠紅外輻射乾燥室主要由室體、輻射加熱器、通風系統、溫度控制系統等組成。

遠紅外乾燥室的室體類型、結構要求等，可參照一般的熱空氣乾燥室。但其尺寸要小，且很少有磚結構。

作為輻射乾燥室主體的室體，其作用是保持乾燥室內一定溫度，減少熱量損失，提高於燥效果。室體斷面大小和形狀的設計及輻射器的配置，根據被加熱工件的性質、形狀和大小以及所選用的輻射器類型、溫度和照射距離等因素確定。室體的長度與體積，則根據工件大小、加熱時間、運輸速度和產量來決定。

遠紅外線加熱乾燥是利用輻射加熱，但實際上不可能是單純的輻射加熱。當遠紅外輻射器工作時，也在一定程度上加熱了室內空氣，因此熱空氣加熱也起一定作用。所以乾燥室還要有適當的保溫措施，在室體內覆蓋絕熱材料，以減少熱損失和改善操作條件。

輻射加熱器又稱輻射元件，是指能發射遠紅外線的元件。輻射加熱器由遠紅外塗層、發熱體、基體及附件組成。

常用輻射塗層是位於化學元素周期表2、3、4、5周期的大多數元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等，在一定的溫度下，都會不同程度地輻射出不同波長的紅外線。可按需要選擇一種或多種物質混合，以不同工藝方法塗於輻射器表面。選擇遠紅外元件時，要根據不同塗層的要求選擇波長與塗層相匹配的遠紅外塗層。

熱源的作用是給輻射塗層提供足夠的熱量，使其輻射出遠紅外線。理論研究表明，輻射塗層所輻射的遠紅外線的能量，與輻射器表面絕對溫度的四次方成正比。因此，提高溫度可以增加遠紅外線的輻射量。通常採用電、煤、蒸汽等作為熱源，實際應用最多的是電阻絲加熱，即電熱遠紅外線。