引言：紅外加熱是以熱輻射進(jìn)行的熱傳遞過程，在選擇紅外加熱設(shè)備時(shí)，需要從輻射端和吸收端兩方面進(jìn)行考量。之前已經(jīng)給大家介紹了輻射端的內(nèi)容，今天我們就介紹一下吸收端相關(guān)的理論知識(shí)。
萊丹大幅面紅外加熱應(yīng)用- 背景知識(shí)
紅外光譜儀：紅外光譜儀是通過檢測(cè)物質(zhì)對(duì)于紅外線的吸收情況而得到的分布在紅外線波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的曲線。
吸收端- 關(guān)鍵點(diǎn) Key Points
1） 紅外線的波長(zhǎng)
2） 紅外光譜儀
3） 被加熱材料對(duì)紅外線的吸收、反射和穿透
4） 被加熱材料的紅外線吸收效率
- 紅外線的波長(zhǎng)
紅外線的波長(zhǎng)區(qū)間為0.76~1000μm，根據(jù)波長(zhǎng)的不同，有兩種不同的分類方式：
（1）近紅外和遠(yuǎn)紅外
近紅外是指波長(zhǎng)位于0.76~25μm的紅外線。
遠(yuǎn)紅外是指波長(zhǎng)位于25~1000μm的紅外線。
（2）短波、中波、長(zhǎng)波紅外
短波紅外是指波長(zhǎng)位于0.8~1.4μm的紅外線。
中波紅外是指波長(zhǎng)位于1.4~3.0μm的紅外線。
長(zhǎng)波紅外是指波長(zhǎng)大于3.0μm的紅外線。
*不同來源對(duì)于波長(zhǎng)區(qū)間的定義略有不同
目前在工業(yè)用紅外加熱領(lǐng)域，我們是以短波、中波和長(zhǎng)波紅外來區(qū)別各種紅外加熱器。因此，本篇文章也基于這個(gè)分類展開。
正如我們?cè)谳椛涠说慕榻B文章中提到的，輻射波長(zhǎng)理論上是覆蓋整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)間的，因此，市面上售賣的短波紅外器，并非只輻射短波紅外線，而是其輻射峰值位于短波紅外區(qū)間，如下圖所示：
圖片來源于網(wǎng)絡(luò)這部分內(nèi)容可參考輻射端的介紹：
萊丹塑料焊接：紅外加熱器理論概述——輻射端（紅外加熱器）- 紅外光譜儀
正如背景知識(shí)介紹的，紅外光譜儀是反應(yīng)物體對(duì)于紅外線的吸收情況的曲線。下圖是聚乙烯（PE）材料的紅外光譜儀：
圖片來源于網(wǎng)絡(luò)一般的紅外光譜儀都如上圖所示，縱坐標(biāo)是紅外的穿透率，橫坐標(biāo)是紅外線的波數(shù)（波長(zhǎng)的倒數(shù)）?？v坐標(biāo)數(shù)值越大，紅外線的穿透率越高，即吸收率越低。橫坐標(biāo)從左往右，波數(shù)不斷減小，波長(zhǎng)不斷變大。
從聚乙烯的紅外光譜儀中，我們可以看到，在波數(shù)2750~3000/cm之間，出現(xiàn)了紅外穿透率的低值，即吸收率的峰值。轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)，即在紅外線波長(zhǎng)3.3~3.6μm的區(qū)間出現(xiàn)了吸收峰值。
不同材料的紅外光譜儀是不同的，萊丹匯總了一些非金屬材料的紅外吸收特性，如下圖：
萊丹整理的非金屬材料紅外吸收特性表圖中橙色的橫線表示紅外的吸收峰值，可以看到大部分的非金屬材料在2~4μm波長(zhǎng)區(qū)間出現(xiàn)了吸收峰值。有一部分在長(zhǎng)波區(qū)間也出現(xiàn)了峰值，比如之前提到的聚乙烯。
紅外光譜儀對(duì)于紅外加熱方式的選擇有很重要的指導(dǎo)作用，只有選擇匹配被加熱材料吸收峰值的加熱器才可以最大化輻射效率，減少能源的浪費(fèi)。
- 被加熱材料對(duì)紅外線的吸收、反射和穿透
在被加熱材料受到紅外線輻射的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)反射、吸收和穿透三種現(xiàn)象，如下圖所示：
對(duì)于被加熱物體：反射率+吸收率+穿透率=1
針對(duì)非金屬材料，反射現(xiàn)象相比金屬材料來說，要小得多。為方便計(jì)算，通常把反射率設(shè)為零。結(jié)合紅外光譜儀來看，即紅外吸收率=1-紅外穿透率。
針對(duì)金屬材料，反射率和材料表面情況有極大關(guān)系，在此不多做說明。
- 被加熱材料的紅外線吸收效率
由于金屬材料的計(jì)算更為復(fù)雜，我們?cè)诖酥唤榻B對(duì)于非金屬的被加熱材料，如何提高被加熱材料的吸收效率。
∵ 反射率+吸收率+穿透率=1
又∵ 對(duì)于非金屬材料反射率可認(rèn)為等于零
∴ 降低紅外穿透率即可提高吸收率
雖然對(duì)于所有的輻射源來說，熱輻射理論上都是遍布整個(gè)波譜的，但是輻射峰值只有一個(gè)。因此，只要針對(duì)被加熱材料的紅外吸收峰值來匹配紅外加熱器的輻射峰值，就可以提高被加熱材料的吸收效率。
下圖展示的是不同的加熱器的使用溫度和該溫度下的輻射強(qiáng)度曲線：
從圖中可以看到，不同的加熱器使用的溫度不同，同時(shí)其出現(xiàn)的峰值位置也不同。紅色的為萊丹紅外加熱器的輻射特性，橙色的區(qū)域是大多數(shù)非金屬材料出現(xiàn)吸收峰值的區(qū)間。
以工作溫度為1750℃的加熱器曲線為例，其峰值出現(xiàn)在1~1.5μm的短波紅外區(qū)間，在此區(qū)間，非金屬材料并沒有吸收峰值（如之前的聚乙烯紅外光譜儀）；而在非金屬材料的吸收峰值2~4μm區(qū)間，其輻射強(qiáng)度已經(jīng)下降至低值。
萊丹的紅外加熱器在2~4μm區(qū)間出現(xiàn)了輻射峰值，盡管相對(duì)輻射峰值強(qiáng)度相比1750℃的曲線要低，但對(duì)于非金屬材料來說，在此區(qū)間有著吸收峰值，因此吸收效率更高。
注意，這里我們只比較吸收效率，實(shí)際究竟何者加熱速度更快，需要詳細(xì)的計(jì)算和試驗(yàn)來討論。
- 總結(jié)
要提高整體紅外加熱的效率，并不能只單單提高輻射端（紅外加熱器）的功率和溫度，也要考量吸收端（被加熱材料）的吸收特性。
針對(duì)非金屬紅外加熱，歡迎留言討論交流~