[科普中国]-红外线辐射

构成物质的原子、分子都在热运动，并且不时地改变其能量状态。当能量状态由高级向低级跃迁时就辐射出电磁波，以光子的形式将能量带走。在日常生活中，我们遇到各种不同类型的辐射，如太阳光线、热辐射、无线电波及x射线等，虽然它们形式不同，但自然本质是相同的，统称为电磁辐射。所有的辐射都遵守同样的反射、折射、衍射和偏振定律，传播速度也一样，称为“光速”，彼此的差别只是频率不同。红外线的产生有几种方式，最常见的是通过物质分子热运动而产生的，这就是热辐射。1

红外线及红外线辐射红外线是电磁波的一种，波长范围为0.76～1000m，通常将红外线分成两部分，波长小于5.6 μm，离红色光较近的称为近红外线；波长大于5.6μm，离红色光较远的称为远红外线。分近、远红外线是相对的，也有人将红外线分为近红外线、中红外线和远红外线。波长为2μm以下称近红外线；波长为2～25μm的称为中红外线；波长为25～1000μm的称为远红外线。

红外线的产生与温度有着密切关系。自然界里所有物体，当其温度高于绝对零度（即-273.15℃）时，都会辐射红外线。其辐射能量大小和按波长的分布情况是由物体的表面温度决定的。物体表面辐射能量与物体表面温度的四次方成正比；物体辐射能量最大的波长区间（称为峰值波长）随着温度的升高向波长短的方向移动，温度较低时的峰值波长比温度较高时长。即一个物体温度越高，越能辐射波长较短的近红外线，而温度较低时能辐射波长较长的红外线。

红外线一旦被物体吸收，红外线辐射能量就转化为热能，加热物体使其温度升高。当红外线辐射器产生的电磁波（即红外线）以光速直接传播到某物体表面，其发射频率与物体分子运动的固有频率相匹配时，就引起该物体分子的强烈振动，在物体内部发生激烈摩擦产生热量。所以常称红外线为热辐射线，称红外辐射为热辐射或温度辐射。2

红外线辐射干燥根据红外线的上述性质，当利用红外线辐射涂层时，能够加热涂层而使其加速干燥。当一束红外线照射到涂层表面时，一部分被涂层表面反射，一部分进入涂层内部被涂层吸收，转化成热能从涂层内部加热涂层，还有一部分透过涂层到基材表面与内部，并由辐射能转化为热能从涂层下面加热涂层。由于这种自发热效应，因此能快速有效地加热涂层，而且涂层的固化是自内向外、自下而上地进行，干燥过程与预热干燥相似，干燥效果较好。红外线照射、反射、吸收和透过示意图见下图。

当用近红外线辐射涂层表面时，其辐射能量约10%被涂层吸收，约30%被涂层表面反射，其余约60%透过涂层被基材吸收，转化成热能，从涂层下面加热涂层。当用远红外线辐射涂层表面时，约有50%的辐射能被涂层吸收，涂层表面对红外线的反射率很低，低于5%，余下的约45%被基材吸收，转化成热能，从涂层下面加热涂层。

涂料能很好地吸收红外线辐射能，是因为这些有机高分子物质的振荡波潜为3~10μm，对3~50μm的远红外线能很好地吸收，由于辐射的红外线频率与涂料高分子物质的分子振荡频率相匹配，引起涂料高分子产生激烈的分子共振现象，涂层内部迅速均匀加热，加热速度快，效果好，因此，用远红外线比用近红外线干燥涂层的效果更高、更好。在远红外线干燥中，由于涂层表面溶剂的不断蒸发吸热，使涂层表面温度降低，造成内部温度比表面温度高，更有利于溶剂的挥发，从而可提高漆膜质量。除光敏涂料和电子束固化涂料以外，几乎所有涂料的涂层都可以用远红外线加热干燥。2

红外线辐射干燥特点红外线辐射干燥特点

1.干燥速度快，生产效率高。与热空气干燥相比，干燥时间可缩短3~5倍。特别适用于大面积表层的加热干燥。

2.干燥质量好。在红外辐射过程中，一部分红外线被涂层吸收，另一部分透过涂层至基材表面，在基材表面与涂层底部产生热能交换，使热传导的方向与溶剂蒸发方向一致。这样，不仅加热速度快，而且避免了干燥过程中产生针孔、气泡、“橘皮”等缺陷。另外，红外线干燥不需要大量循环空气流动，因此飞扬尘埃少，涂层表面清洁，干燥质量好。

3.升温迅速，热效率高。辐射干燥不需中间媒介，可直接由热源传递到涂层，故升温迅速。它没有因中间介质引起的热消耗，减少部分热空气带走的热量，因此热效率高。

4.设备紧凑，使用灵活。由于红外辐射干燥时间短，故设备长度短、占地面积小。结构上比热空气干燥设备简单、紧凑，便于施工安装。使用灵活，操作简单，用变压器调节温度很方便。

5.对工件形状有一定要求。由于红外线直线传播，某些照射不到的地方涂层难以干燥。应考虑辐射器的排列方式，特别是反射板的设计，必须考虑尽量提高照射效率。对于几何形状复杂的工件，照射阴影较严重，也难以控制照射距离大致相等，可能造成辐射距离近的工件表面漆膜变色，而较远或阴影部分不完全干燥的现象。复杂工件干燥质量难以保证。

6.由于涂层升温迅速，短时间内（20~30min）涂层固化，有时溶剂来不及蒸发，也影响成膜质量，应加以控制。

7.温度过高，漆膜有变色变脆的危险，淡红色的漆膜往往更容易变色。2

红外线干燥室生产中采用红外线干燥涂层时，常用一定数量的红外线辐射器组装成通过式干燥室。涂饰过的零部件或制品，用传送装置载送，在干燥室中通过，使涂层固化。

远红外线辐射干燥是应用较早的一种辐射干燥法，它在很多方面优于热空气干燥，但也有不足之处。因此，现在已有将两者合为一体的远红外辐射热空气干燥室。

目前国内尚未有定型的干燥室，要根据生产具体条件进行设计。在设计干燥室时，要选择合适的辐射器并合理布置。确定最佳的辐射温度与距离，确定干燥室尺寸与结构，并需考虑干燥室的保温与通风等因素。

远红外辐射干燥室主要由室体、辐射加热器、通风系统、温度控制系统等组成。

远红外干燥室的室体类型、结构要求等，可参照一般的热空气干燥室。但其尺寸要小，且很少有砖结构。

作为辐射干燥室主体的室体，其作用是保持干燥室内一定温度，减少热量损失，提高于燥效果。室体断面大小和形状的设计及辐射器的配置，根据被加热工件的性质、形状和大小以及所选用的辐射器类型、温度和照射距离等因素确定。室体的长度与体积，则根据工件大小、加热时间、运输速度和产量来决定。

远红外线加热干燥是利用辐射加热，但实际上不可能是单纯的辐射加热。当远红外辐射器工作时，也在一定程度上加热了室内空气，因此热空气加热也起一定作用。所以干燥室还要有适当的保温措施，在室体内覆盖绝热材料，以减少热损失和改善操作条件。

辐射加热器又称辐射元件，是指能发射远红外线的元件。辐射加热器由远红外涂层、发热体、基体及附件组成。

常用辐射涂层是位于化学元素周期表2、3、4、5周期的大多数元素的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等，在一定的温度下，都会不同程度地辐射出不同波长的红外线。可按需要选择一种或多种物质混合，以不同工艺方法涂于辐射器表面。选择远红外元件时，要根据不同涂层的要求选择波长与涂层相匹配的远红外涂层。

热源的作用是给辐射涂层提供足够的热量，使其辐射出远红外线。理论研究表明，辐射涂层所辐射的远红外线的能量，与辐射器表面绝对温度的四次方成正比。因此，提高温度可以增加远红外线的辐射量。通常采用电、煤、蒸汽等作为热源，实际应用最多的是电阻丝加热，即电热远红外线。3

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学