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紅外線輻射

來自 呢圖網 的圖片

中文名稱;紅外線輻射

外文名稱;ultra-red radiation

產生原因;物質分子熱運動

應用;紅外線乾燥

構成物質的原子、分子都在熱運動,並且不時地改變其能量狀態。當能量狀態由高級向低級躍遷時就輻射出電磁波,以光子的形式將能量帶走。在日常生活中,我們遇到各種不同類型的輻射,如太陽光線、熱輻射、無線電波及x射線等,雖然它們形式不同,但自然本質是相同的,統稱為電磁輻射。所有的輻射都遵守同樣的反射、折射、衍射和偏振定律,傳播速度也一樣,稱為「光速」,彼此的差別只是頻率不同。紅外線的產生有幾種方式,最常見的是通過物質分子熱運動而產生的,這就是熱輻射。[1]

目錄

現象介紹

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1-3μm的稱近紅外線;波長為2~40μm的稱為中紅外線;波長為40~1000μm的稱為遠紅外線。

紅外線的產生與溫度有着密切關係。自然界裡所有物體,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布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。

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。

乾燥技能

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。具體如《紅外線照射、反射、吸收和透過示意圖》所示。

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盪波潛為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盪頻率相匹配,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

乾燥特點

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、占地面積小。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,必須考慮儘量提高照射效率。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。

乾燥室

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,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。

參考來源

體溫計水銀的有毒紅外的有輻射,什麼樣的才安全?

參考資料