专利名称：木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备，属于红外技术应用领域。
背景技术：
目前，市场上的MDF木板、HDF木板、LDF木板、刨花板等人造木板在表面涂装粉末涂料后，可大幅度降低木板内部甲醛有害物质的释放浓度。因为粉末涂料是100%固体，其均匀包覆在人造木板表面。因而人造木板成为人们喜爱的绿色环保产品。例如刨花板其原板的甲醛释放量为2. 8mg/L，静电喷涂粉末涂料后，甲醛释放量降低至O. lmg/L。
·[0003]由于木材不能承受高温作用，国外开发了 UV光固化粉末静电涂装技术，但因设备昂贵、涂装成本高、工艺控制难度高等原因，推广应用受到限制。近期中波红外辐照技术在MDF板粉末静电涂装中取得了成功应用。采用中波红外加热技术的优点是可以把提供给MDF人造木板的热量进行合理分配，尽量提高木板表面涂膜获取热量的比例和加快涂膜吸热速度。即在最短时间内把热量传递给涂膜，使它快速固化，缩短固化时间，木板基体则因受热时间缩短而大大减少热量的吸收，使其在走出烘道时的温度低于100°C。这既保证了涂膜固化质量，还可大幅度降低能耗(与传统的循环热风烘道相比)，且缩短了烘道的长度。但是在中波红外辐照技术中，为解决在有效加热区域内使工件各部位受热均匀的问题，设备中的中波红外管与工件仍然必须保持足够远的距离，因而设备中加热区域的内腔空间比较大。目前在中波红外辐照技术上，比较有代表意义的是著名的德国贺利士公司制造的中波红外辐照加热烘道。烘道中红外灯管的排布，采用与烘道长度方向平行的卧式排布方式，其加热理念是力求烘道加热区内提供均匀辐照和工件处于一个均匀的温度场内，所以烘道内中波红外灯管上、中、下卧式的排布需要精确计算，排布要求较高，中波红外管与工件距离较远，烘道内腔空间距离较大。2011年I月21日，广州电器科学研究院在广东创新方法网上发表的“提高MDF板材粉末涂料喷涂的均匀度”一文中指出粉末涂料应用于木板涂装还存在一些困难。目前关键设备是固化炉，最大的问题是固化不均匀，特别是侧面固化不充分，表面有些地方也有固化不完全。解决这个问题在国内尚属于前沿技术。该院正通过创新方法MPV工具分析，选择红外管对板材固化的均匀性这个方面展开研究。应用创新方法的预先作用原理、周期性作用原理、物场模型等，提出5个解决方向，并认为采用“灯管或反射板周期性运动”为最佳的候选方案。通过验证测试尚未达到预期效果，还需进行后续研究工作。这种动态固化烘道从设计、制造和使用安全可靠的角度来考虑，都存在诸多技术难点，因此目前还不能成为MDF板理想的实用型固化设备。从现有技术中可以看出，采用连续近距离辐照加热方式对MDF人造板来说是不可行的。因为人造木板的导热性远低于金属，其表面接受的热量只能缓慢地向板材深处传递。所以人造木板表面不能长时间承受高温，否则其表层就会受到热损伤或分解释放挥发性气体破坏涂膜。因此当采用常规的中波红外辐照烘道固化MDF木板表面的涂膜时，就需要较大的加热区域空间，这无疑会降低其节能效果。这一难点正是本实用新型“中波红外脉冲辐照加热技术”要解决的关键技术之一。传统的悬挂输送链结构的中波红外辐照烘道要解决工件上下部位受热一致的要求，就要求精确设计上下的卧式灯管合理排布，以保证工件上下部位受到相同的辐照强度(包括辐照的叠加效应)。要实现这一目标，正如广州电科院发表的“提高MDF板粉末涂料喷涂的均匀度”一文中指出的，这是当前MDF人造板红外辐照加热烘道需要研究突破的前沿科学研究的课题。本实用新型采用中波红外管立式排布方式以及运用“等概率的不均匀获得均匀”的理念，可以实现这个技术难点的突破。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种木板表面粉末固化的红外脉冲辐照 加热设备，该设备使涂膜获得均匀固化，保证自动涂装生产线中的木板表面处于相同的受热状态。所述的木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备，包括熔平段和固化段，熔平段分为加热段和冷却段，加热段两侧对称设置中波红外辐照加热装置，该装置由多根中波红外加热管采用立式密集排布方式组成，其与外侧的辐照距离调节器固定连接；固化段的两侧对称设置中波红外脉冲辐照加热装置，该装置是由间隔均布设置的脉冲辐照加热器组成，脉冲辐照加热器由单根或双根中波红外加热管采用立式排布方式组成，中波红外脉冲辐照加热装置与外侧辐照距离调节器固定连接。所述中波红外辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架固定连接。所述中波红外脉冲辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架固定连接，固定销的作用是定位。所述辐照距离调节器中的调节杆的一端与支架相连，调节杆上均布设置通孔，调节杆的另一端套装在带有通孔的导向管内，导向管与烘道壁固定连接，导向管和调节杆由烘道壁外侧固定销连接。所述中波红外辐照加热装置与熔平段电压调节器相连。所述中波红外脉冲辐照加热装置与固化段电压调节器相连。所述烘道内腔顶部设置吹风管，烘道内腔底部设置吸风管，吹风管、吸风管与风机分别相连。所述中波红外加热管到被加热木板的单侧最小垂直距离为120 200mm。无论是中波红外辐照加热装置还是中波红外脉冲辐照加热装置所用的辐照距离调节器的构造和使用方法都是相同的，可以根据支架的长度设置合适数量的调节杆。本实用新型所述的木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备的工作过程如下包括依次进行的熔平和固化，固化是将粉末涂料快速熔平成膜的木板通过中波红外脉冲辐照区域进行加热，加热是高温和低温的交替加热，所述中波红外脉冲辐照区域由连续的单个中波脉冲辐照加热单元组成，中波红外脉冲辐照区域中的中波红外加热管采用立式排布的方式。[0020]所述单个中波红外脉冲辐照加热单元的工作曲线是升温一高温一降温，即涂膜表面升温至150 180°C，在此温度下固化后，接着降温至120 140°C，完成一次中波红外脉冲辐照加热。所述单个中波红外脉冲辐照加热单元的工作曲线中，各个阶段的时间一般根据烘道中输送链的运行速度来确定，输送链为匀速直线运动，速度一般为I 2米/分钟，这时候的工作曲线如下在第I秒钟涂膜表面升温至150 180°C，再在此温度下固化3 5秒钟，接着降温至120 140°C历时14 18秒钟，总时间为18 24秒钟完成一次中波红外脉冲辐照加热。所述熔平是将涂有粉末涂料的木板通过中波红外辐照区域进行加热，获得平整光滑的涂膜，中波红外辐照区域中的中波红外加热管采用立式密集排布的方式。本实用新型的技术特点是I、运用等概率的不均匀辐照和中波红外管采用立式排布方式，使工件表面涂膜获得均匀固化。中波红外管的辐照功率密度是沿着灯管长度方向均匀分布的。中波红外脉冲辐照烘道的设计不着眼于烘道长度方向温度的均匀性，而要求保证工件表面接受的所有辐照能量均等，因此沿烘道的垂直方向得到均匀的辐照是关键所在。所以中波红外管必须采取立式(垂直于烘道底部的Z轴方向)排布于烘道内壁的两侧，如图I所示。烘道内采用自上向下的对流循环热风调节上下区域空气温度的均匀性，吹风管、吸风管与风机分别相连，风机与电机相连。如图5所示。工作时，吹风管向外吹风，吸风管吸入后，由循环风机将吸风管吸入的风由吹风管吹出，形成一个循环。工件在输送运行中每个瞬间接受Z轴方向的辐照热量是均匀的，但在运动方向X轴上各点接受到的红外辐照热量是脉冲波浪式变化的，也就是说烘道沿长度方向的温度分布是一个变化很大的温度场。但只要保证每个工件在烘道运行过程中，接受的这种不均匀辐照的概率相等，就能使每个工件各部位的受热固化状态完全一致了。这就是“等概率的不均匀辐照解决涂膜获得均匀固化”的理念。所以，中波红外管在洪道中布设的位置和方向以及生产线输送链运行的稳定性是保证工件涂膜均匀固化的重要因素。2、采用中波红外脉冲辐照加热单元技术，可以解决MDF木板表层不受高温热损伤。单个中波红外脉冲辐照加热单元是由升温一高温一降温三个温度过程组成的，如图2所示，即涂膜表面升温至150 180°C，在此温度下固化后，接着降温至120 140°C，完成一次中波红外脉冲辐照加热。这种脉冲式红外辐照加热是一种断续式小剂量的辐照加热方法，它使木板表层有充裕时间将热量传递给木板深处，避免了木板表层产生热损伤。红外辐照的热量首先由涂膜吸热升温，再通过木板表层传递给木板基体。因此，只要表层有充分向深处散热的时间，其温度就不会快速积累升高。这种红外脉冲辐照加热单元技术使涂膜获得能量分配的比例大大提高，使涂膜处于高温固化状态得到保持，而总的固化时间则相应减少。木板接受的辐照总能量减少，木板基材的热容量又远大于覆盖其表面的涂膜。所以当涂膜已达到充分固化时，木板基材仍可处于较低的温度状态。3、藉助脉冲高温固化的积累效应，缩短涂膜固化时间。[0032]阿累尼乌斯定律中，化学反应速度与温度呈指数曲线关系，可近似用10°C规律描述。即固化温度每增高10°C，其化学反应速度加快一倍，也就是完成固化所需的时间缩短一半。以固化条件为130°c /20min的粉末涂料为例，其固化温度与固化时间的相应关系如表I所示。表I固化温度与固化时间的相应关系
固化温度 Tx/°C[ 30~Γ 40~Γ 50~p60 Πτο~ΓΤδΟ
固化时间 tx/S1200600 300 150 75 3T5·Tx温度下固化时间与13CTC温度I 2 4 816 32
下固化时间相比，缩短的倍数η实践得知MDF木板处于160 180°C瞬时高温，表面不会出现热损伤。因而加热过程中，只要全部脉冲加热中上述的高温固化时间的总和达到150 40秒钟，涂膜就能完成固化。从安全裕度考虑，设计脉冲烘道选用的高温为160°C，则相应的固化时间应为150秒钟。同130°C温度的固化时间相比要缩短8倍。所以脉冲瞬间高温作用的累积效果，可有效加快涂膜的固化速度。本实用新型的操作步骤如下(I)将涂有粉末涂料的MDF木板通过按中波脉冲辐照加热单元要求且中波红外管立式排布的脉冲辐照烘道；(2)通过熔平段时，粉末涂料快速熔融流平，随即降温至120 140°C ；(3)通过固化段时，每个中波红外脉冲辐照加热单元区域，对涂膜进行短时高温强辐照和降温(低温)的交替固化；每个中波红外脉冲辐照加热单元的工作曲线是涂膜表面升温至150 180°C，在此温度下固化后，接着降温至120 140°C，完成一次中波红外脉冲辐照加热。MDF木板通过固化段全部的中波红外脉冲辐照单元加热的积累固化效果，快速完成涂膜固化，并使木板保持在安全的低温状态。本实用新型的有益效果如下本实用新型依据等概率的不均匀辐照理念，在烘道中采取立式排布中波红外管方式，使生产线中运行的每个工件表面涂膜获得等同的均匀固化。这种脉冲波浪式不均匀的辐照加热烘道，与传统的追求烘道温度均匀同一性的理念有着根本区别。本实用新型缩小了有效的加热空间和长度，不仅保证了自动涂装生产线中的MDF木板表面处于相同的受热状态，使涂膜获得均匀固化，而且节能效果非常显著。特别适合作为MDF木板、塑料制品等平板产品进行粉末涂料快速熔平固化的热处理。
图I是中波红外管在烘道内的立式排布图。图2是本实用新型中波红外脉冲辐照单元的时间曲线图。图3是本实用新型中波红外脉冲辐照烘道结构示意图。[0048]图4是本实用新型辐照距离调节器结构示意图。图5是本实用新型烘道内风管排布结构示意图。图中1、烘道；2、中波红外加热管；3、支架；4、中波红外脉冲辐照加热装置；5、脉冲辐照加热器；6、中波红外辐照加热装置；7、MDF木板；8、熔平段电压调节器；9、通道；10、固化段电压调节器；11、调节杆；12、导向管；13、固定销；14、烘道壁；15、循环风机；16、电机；17、吹风管；18、吸风管；A、单个中波红外脉冲辐照加热时间单元；B、熔平段；C、固化段；D、熔平段中的冷却段；E、中波红外脉冲辐照加热单元中的的辐照区域；F、中波红外脉冲辐照加热单元中的降温段A1、熔平段与板材之间的距离；S2、固化段与板材之间的距离。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型做进一步描述。实施例I如图I 5所示，实施例中以MDF木板为例I、本实用新型所述的木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备的加热方法，包括依次进行的熔平和固化，固化是将涂有粉末涂料的MDF木板7通过中波红外脉冲辐照区域进行加热，加热是高温和低温的交替加热，所述中波红外脉冲辐照区域由连续的单个中波脉冲辐照加热单元组成，中波红外脉冲辐照区域中的中波红外加热管2采用立式排布的方式。所述单个中波红外脉冲辐照加热单元的工作曲线是升温一高温一降温，涂膜表面升温至160°C，在此温度下固化后，接着降温至120 140°C，完成一次中波红外脉冲辐照加热。所述单个中波红外脉冲辐照加热单元的工作曲线中，各个阶段的时间一般根据烘道中输送链的运行速度来确定，输送链为匀速直线运动，速度为I. 5米/分钟，这时候的工作曲线如下在第I秒钟涂膜表面升温至160°C，再在此温度下固化4秒钟，接着降温至130°C历时15秒钟，总时间为20秒钟完成一次中波红外脉冲辐照加热。所述熔平是将涂有粉末涂料的MDF木板7通过中波红外辐照区域进行加热，获得平整光滑的涂膜，中波红外辐照区域中的中波红外加热管2采用立式密集排布的方式。2、烘道结构实现上述加热方法的烘道，包括熔平段B和固化段C，熔平段B分为加热段和冷却段D，加热段两侧对称设置中波红外辐照加热装置6，该装置由多根中波红外加热管2采用立式密集排布方式组成，其与外侧相应的辐照距离调节器固定连接；固化段C的两侧对称设置中波红外脉冲辐照加热装置4，该装置是由间隔均布设置的脉冲辐照加热器5组成，脉冲辐照加热器5由单根或双根中波红外加热管2采用立式排布方式组成，中波红外脉冲辐照加热装置4与外侧相应的辐照距离调节器固定连接。所述中波红外辐照加热装置6与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架3固定连接。所述中波红外脉冲辐照加热装置4与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架3固定连接。所述辐照距离调节器中的调节杆11的一端与支架3相连，调节杆11上均布设置通孔，调节杆11的另一端套装在带有通孔的导向管12内，导向管12与烘道壁14固定连接，导向管12和调节杆11由烘道壁14外侧固定销13连接。固定销13的作用是定位。所述中波红外辐照加热装置6与熔平段电压调节器8相连。所述中波红外脉冲辐照加热装置4与固化段电压调节器10相连。所述中波红外加热管2到被加热MDF木板7的单侧最小垂直距离为120mm。具体结构和操作如下(I)熔平段的中波红外辐照加热装置6是由12根中波红外加热管2采用立式密集排布组成。它与辐照距离调节器固定连接。进入熔平段的MDF木板7表面的粉末涂膜快速 由室温升至160°C，并随之熔化流平。MDF木板7的一侧与中波红外加热管2的垂直距离为IOOmm0(2)区域D为涂膜熔平后的冷却段，粉末涂膜很快冷却至130°C。(3)固化段C的中波红外脉冲辐照加热器5由双根中波红外加热管2组成。MDF人造板的涂膜通过辐照区域E，即完成一次中波红外脉冲辐照加热单元中的升温和高温辐照加热过程，该段时间为5秒钟，中波红外脉冲辐照加热装置4与辐照距离调节器固定连接。(4)区域F为红外脉冲辐照加热单元中的降温段，这阶段中涂膜仍处在130°C温度下继续进行固化。只是固化速度逐渐下降至130°C温度下的固化速度水平，该段时间为15秒钟。(5)辐照距离S的调节是通过辐照距离调节器来完成的。如图4所示，调节杆11在导向管12内移动可改变辐照距离S的大小。调节杆11上均布通孔，导向管12在烘道壁14外侧的管段上有一个通孔，将固定销13穿过导向管12和调节杆11的通孔，就可把辐照距离调节器锁定于所需的位置。(6)烘道I内腔顶部与底部均设置与烘道I长度方向一致的中波红外管2，作为固化木板上边和底边的顶灯和底灯，并配置相应的电压调节器。(7)烘道I内采用自上向下的对流循环热风调节上下区域空气温度的均匀性，烘道I内腔顶部设置吹风管17，烘道内腔底部设置吸风管18，吹风管17、吸风管18与循环风机15分别相连，循环风机15上设置电机16。如图5所示。工作时，吹风管17向外吹风，吸风管18吸入后，由循环风机15将吸风管18吸入的风由吹风管17吹出，形成一个循环。3、烘道固化段C两侧配置脉冲辐照加热器5数量m的计算，以固化条件为1300C /20min的粉末涂料为例由图2知涂膜在烘道固化段中每通过一个脉冲辐照加热单元，就经受I次时间为5秒的高温固化和15秒130°C的较低温度的固化。由表一知涂膜在Tx温度下固化I秒钟，与在T130°C温度下固化η秒钟的固化效果是等同的。所以一个脉冲辐照加热的固化效果与在T130°C温度下经历(5n+15)秒钟固化产生的固化效果是等同的。从安全裕度考虑，烘道设计取Tx = 160°C,由表I可知η = 8。为使涂膜达到相当于130°C下固化1200秒的等同固化程度，需要承受的红外辐照脉冲次数m可由下式求取。(5n+15)m = 1200，m = 21. 8 次取整数，则烘道中两侧应各自配置22个脉冲辐照加热器。4、烘道固化段C长度的确定[0080]烘道输送链运行速度V = I. 5米/分=O. 025米/秒工件经过一次脉冲辐照加热单元所运行的距离为E+F = (5+15) V = O. 5 米则烘道固化段总长L = 22 (E+F) = 11米由于降温段的最低温度为130°C，所以涂膜实际固化速度还会快一些。因此烘道固化段的长度可短于11米。如果采用循环热风传统烘道固化同一种粉末所需要时间大于20分钟，其烘道的长度需大于30米。由以上可知，本实用新型的烘道可以缩小有效的加热空间和长度，不仅保证了自·动涂装生产线中的MDF人造木板表面处于相同的受热状态，使涂膜获得均匀固化，而且节能效果非常显著。按本实用新型研制的中波红外脉冲辐照烘道的生产型试验线，通过涂装生产实践已经证实该项新颖加热技术的可行性和实用性。已涂装成功尺寸为长X宽X厚=1400X800X30mm的医疗设备用的刨花板工作台面以及儿童桌椅等多种规格的家具。并已小批量涂装生产餐厅用的长桌和衣帽柜等。
权利要求1.一种木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备，包括熔平段和固化段，其特征在于熔平段分为加热段和冷却段，加热段两侧对称设置中波红外辐照加热装置，该装置由中波红外加热管采用立式密集排布方式组成，中波红外辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器固定连接；固化段的两侧对称设置中波红外脉冲辐照加热装置，该装置是由间隔均布设置的脉冲辐照加热器组成，脉冲辐照加热器由单根或双根中波红外加热管采用立式排布方式组成，中波红外脉冲辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器固定连接。
2.根据权利要求I所述的加热设备，其特征在于所述中波红外辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架固定连接。
3.根据权利要求I所述的加热设备，其特征在于所述中波红外脉冲辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器通过设置在加热装置上的支架固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的加热设备，其特征在于所述辐照距离调节器中的调节杆的一端与支架相连，调节杆上均布设置通孔，调节杆的另一端套装在带有通孔的导向管内，导向管与烘道壁固定连接，导向管和调节杆由烘道壁外侧固定销连接。
5.根据权利要求I所述的加热设备，其特征在于所述中波红外辐照加热装置与熔平段电压调节器相连，所述中波红外脉冲辐照加热装置与固化段电压调节器相连。
6.根据权利要求4所述的加热设备，其特征在于所述烘道内腔顶部设置吹风管，烘道内腔底部设置吸风管，吹风管、吸风管与风机分别相连。
7.根据权利要求I所述的加热设备，其特征在于所述中波红外加热管到被加热木板的单边最小垂直距离为120 200mm。
专利摘要本实用新型涉及一种木板表面粉末固化的红外脉冲辐照加热设备，属于红外技术应用领域。包括熔平段和固化段，其特点在于熔平段分为加热段和冷却段，加热段两侧对称设置中波红外辐照加热装置，该装置由中波红外加热管采用立式密集排布方式组成，中波红外辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器固定连接；固化段的两侧对称设置中波红外脉冲辐照加热装置，该装置是由间隔均布设置的脉冲辐照加热器组成，脉冲辐照加热器由单根或双根中波红外加热管采用立式排布方式组成，中波红外脉冲辐照加热装置与外侧的相应的辐照距离调节器固定连接。本实用新型缩小了有效的加热空间和烘道长度，使涂膜获得均匀固化，节能效果非常显著。
文档编号B05D7/06GK202621422SQ201220112730
公开日2012年12月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者周师岳, 窦心涛, 胡业锋 申请人:山东朗法博粉末涂装科技有限公司