Терморадиационные печи полимеризации

В этих печах  полимеризации для нагрева изделий и краски используют энергию ИК-излучения. Обычно энергоносителем в них служит электричество либо газ. Такие нагревательные устройства эффективны: в них покрытия из порошковых красок могут формироваться всего за 30 с. Однако иногда ИК печи, как электрические, так и газовые, ограничены в применении. Они непригодны из-за прямого излучения для термообработки разнотолщинных изделий и деталей сложной формы. Покрытия на таких изделиях могут быть получены только в конвективной либо комбинированной ИК конвективной печи.

Как показано на рисунке, можно нагреть  полимерное покрытие до температуры отверждения в ИК печи в несколько раз быстрее, чем в конвективной. Высокие скорости ИК нагрева позволяют формировать покрытия, не прибегая к полному нагреванию всей массы изделия. Можно быстро нагреть поверхность и так же быстро охладить ее. Таким образом, общее время обработки значительно уменьшается.

Часто в ИК печи присутствует "свободное тепло", которое образуется за счет конвективного переноса от нагретых изделий. Оно может способствовать нагреванию недоступных частей изделия, обеспечивая более равномерное формирование покрытий.

По конструкции печи ИК нагрева отличаются от нагревательных устройств конвективного типа. Они могут быть непрерывного и периодического действия и различаться типом применяемых излучателей - длинноволнового, средневолнового и коротковолнового излучения.

Типовые зависимости отверждения покрытий, полученных из порошковых красок при разных способах нагрева.

Коротковолновые излучатели
обеспечивают самые высокие скорости нагрева (температура 1600-2000 °С). Вольфрамовые лампы накаливания (коротковолновые) преобразуют свыше 80 % электрической энергии в излучение и обеспечивают достижение рабочих температур за доли секунды.

Средневолновые излучатели обеспечивают температуру от 800 до 1250 °С. Самый распространенный излучатель этого типа - кварцевый трубчатый нагреватель, в котором в качестве нити накаливания обычно используется проволока из хром-никеля. Средневолновые излучатели преобразуют от 60 до 80 % энергии в ИК-излучение, остальная преобразуется в конвективную теплоту.

Длинноволновые излучатели обычно представляют собой металлическую излучающую трубку, функционирующую в интервале температур от 400 до 600 °С. Длинноволновые излучатели преобразуют от 50 до 70 % энергии в ИК-излучение.

Наиболее важным фактором при выборе нужного ИК излучателя является общая тепловая мощность, воздействующая на поверхность изделия. Многие типы излучателей могут быть отрегулированы на широкий диапазон тепловой мощности посредством изменения их рабочих температур.

Способ ИК нагрева имеет ряд достоинств:

·  гибкость управления установками;

·  высокая скорость нагрева и повышенная энергоэффективность;

·  компактность размещения установок;

·  малое воздействие на окружающую среду.

Одна из основных причин успеха ИК установок - удобство управления ими. В конвективной печи невозможно быстро изменить скорость нагревания обрабатываемой детали. В то же время средневолновые ИК излучатели могут включаться и выключаться с интервалом приблизительно 1 мин, а коротковолновые излучатели - от 1 до 5 с. Могут также быть использованы контроллеры включения/выключения различной мощности, чтобы обеспечить широкий диапазон управления посредством регулирования мощности излучателей. (Следует отметить, что контроллеры включения/выключения не могут работать с коротковолновыми излучателями. Ввиду их быстрого реагирования им необходим робот с сенсорным управлением.)

Для оценки температуры изделия и ее автоматической регулировки также могут применяться оптические пирометры.

ИК печи могут быть сконструированы по заказу с различными излучающими элементами (панелями). Панели устанавливают вертикально либо горизонтально.

Эффективность применения. ИК печи позволяют нагревать детали намного быстрее по сравнению с конвективными печами. Изменяя удельные мощности, можно существенно регулировать цикл нагрева в сторону уменьшения или увеличения.

В случае окрашивания пластмассовых деталей в результате большой скорости ИК нагрева можно уменьшить риск деформации их поверхности.

Схема автоматического контроля за температурой в установках ИК нагрева:

1 - датчик температуры; 2 - излучатели; 3 - аппарат контроля с сенсорным управлением; 4 -приборы контроля и управления; 5 - изделие; 6 - конвейер.

Вследствие высокой эффективности ИК нагрева стоимость ИК отверждения покрытий может быть сравнима и даже ниже, чем при использовании газа (конвективной печи).

Время нагревания разных подложек до температуры поверхности 150

* Удельная мощность электрической ИК печи 20 кВт/м2.

Размещение. Обычно ИК нагревательные устройства требуют намного меньшей площади пола для установки по сравнению с конвективными печами. Фирмы, располагающие конвективной печью и желающие увеличить выпуск окрашенных изделий за счет увеличения скорости конвейера, могут установить компактную ИК печь (обычно длиной от 1 до 3 м) перед имеющейся конвективной печью.

Сравнительная характеристика печей ИК и конвективного нагрева

Следует отметить, что использование электрических ИК установок может помочь изготовителю покрытий выполнить жесткие требования по защите окружающей среды. Здесь отсутствуют побочные продукты сгорания, которые должны выводиться и обезвреживаться.

Нередко для отверждения  полимерных покрытий, получаемых из порошковых красок, используют нагревательные устройства комбинированного типа - последовательно устанавливают печи ИК и конвективного нагрева. ИК печь функционирует в качестве "тихой зоны", порошок в ней расплавляется без сдувания с детали. Конвективная печь завершает процесс формирования покрытия.