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红外加热在低温快速固化中的应用(1)
2023年01月16日    新闻来源:2021中国粉末涂料与涂装会刊    |  投稿

1 前言


在全球绿色环保生产的大趋势下,习近平总书记在75届联合国大会上庄严宣告:“2030年前中国要碳达峰,2060年实现碳中和”。我国从此迈向碳达峰和碳中和的“30/60双碳”时代。


粉末涂料虽具有Efficient (高效)、Energy Saving(节能)、Environmental Friendly(环境友好) 、Excellent finishing(性能卓越)、Enabling(适应性广)的"5E"优点涂料在线coatingol.com。然而,粉末在喷涂施工中,升温、固化过程消耗了大量的人力物力,仍有很大的经济空间可以改善。如果将这一工序升温时闲置员工充分利用起来,并提高烘烤的升温速率,缩短粉末固化时间,同样能节省能源、提高生产效率。可缓解企业招工难、错峰用电等辣手问题,也是响应“30/60双碳”的号召。 


2 低温固化和快速固化粉末的联系和区别


粉末涂料标准固化温度在180℃~200℃之间,如果固化温度明显低于标准固化温度的粉末叫低温固化粉末。一些热敏基材、电子元件对温度敏感,高温会将它们损坏,所以,装饰和保护选择的涂料要适合低温固化。例如:MDF专用粉末、电子包封专用粉末,可在120℃~140℃/10min~30min固化,是常见的低温固化粉末。


粉末涂料标准固化时间在10min~15min之间,如果固化时间明显短于标准固化时间的粉末叫做快速固化粉末。环氧钢筋专用粉末、卷钢专用粉末都是常见的快速固化粉末。环氧钢筋专用粉末反应活性特别高,可以在230℃/9s完全固化。


低温固化不等于快速固化,低温固化是对于温度而言;快速固化是对于时间而言。但是,低温固化和快速固化又有联系。固化温度升高,反应活性增强,需要的固化时间变短。反之,固化温度降低,反应活性减弱,需要的固化时间变长。例如:在实验室用130℃/5min固化的某卷钢专用粉末,可以满足实际生产线240℃~260℃/30s的固化条件。 


3 低温固化粉末的发展障碍


低温固化粉末通常可分为热固化和UV(紫外光)固化两大类。热固化是受热到一定温度而进行交联固化,大家已经熟知;UV固化是粉末受热融平后,再经UV辐射固化。如果没有UV辐射,即使加热到很高温度粉末也不会固化。


热固化粉末融平和固化进程连续,是加聚合的固化机理。粉末基料树脂的软化点87℃~120℃之间,挤出加工温度须比软化点略高。但挤出温度与固化温度相差不远,加工过程容易出现胶化粒子。而且低温热固化粉末对储存和运输都要求低温进行,否则,会发生粉末结团或缓慢反应等弊病,给应用带来不便。


UV固化粉末融平和固化进程分离,是链聚合的固化机理。固化过程由链引发、链增长、链终止和链转移等基元反应串/并联而成。融平、固化示意图如图1。UV固化粉末避免了热固化挤出加工、储存和运输对温度的影响。但某些光引发剂存在迁移性、生殖毒性等问题。如:含芳香胺基团的光引发剂有致癌性、光引发剂907有生殖毒性和发育毒性,均被欧盟REACH和北美TSCA列为有毒有害物质。这与发展“绿色环保涂料”的方向相悖。一定程度上影响了UV固化粉末的发展。另外,用于UV固化粉末的树脂和设备,国内极少企业生产,也阻碍了UV固化粉末的发展。

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图1  UV固化粉末的融平、固化机理示意图

所以,目前国内的低温固化粉末仍然是以热固化为主。


4 几种传热方式


快速固化主要是相同温度下强调时间效率。达到某一温度有传导、对流、辐射三种传热方式。例如:烧水时包括了这三种传热方式,如下图2。

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图2  传导、对流、辐射示意图


物体各部分不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为传导,简称导热。金属导电体的传导效果好,空气的传导效果很差。


对流是指由流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。对流必须伴随有传导现象。水比空气的对流传热强得多。


物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。以电磁波来传递热量方式叫辐射传热。导热和对流这两种传热方式只在有物质的存在下才能实现,而热辐射可以在真空中传递,而且实际上真空中辐射能的传递更有效。


图片在热力学温标的标度“绝对零度”0K(开尔文温度K =摄氏温度℃+273.15)以上,一切物体都可以发射红外线。红外线的发射是通过偶极矩的变化来实现的。据威廉·维恩(Wilhelm Wien)的维恩位移定律计算。市售各种红外辐射器的工作温度范围和辐射峰λmax的对应关系如表1。


表1  辐射源温度和辐射峰值波长的对应关系图

辐射温度(℃)

辐射峰波长(μm)

>2361.0(NIR辐射器)

<1.1

2361.0~1796.6 (短波辐射器)

1.1~1.4

1796.6~1175.7(快速中波、碳中波辐射器)

1.4~2

1175.7~451.3(标准中波辐射器)

2~4

<451.3(长波辐射器)

>4


来源:2021中国粉末涂料与涂装会刊  李亮坚  谢品雄/佛山市南海嘉多彩粉末涂料有限公司



标签:工业涂料今日头条涂装应用技术中心粉末涂料
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