Page 5 - Infrared for plastics DE

Absorbiert wird nur die passende Infrarot-Strahlung
Das breite Spektrum der IR­Strahlung wird wie Licht zum Teil am Material reflektiert, ein Teil im Material absorbiert, und ein Teil durchdringt das Material. Der reflektierte Teil
ist meist gering. Absorbiert wird das Strahlungsspektrum, das mit der Wellenlänge der Molekülschwingung im Material übereinstimmt. Je nach Material haben Moleküle und Molekülstrukturen spezifische Wellenlängen, bei denen sie absorbieren. Wird die Strahlung absorbiert, gibt sie Energie an das Molekül ab, das Material erwärmt sich.
Kunststoffe absorbieren Infrarot­Strahlung vorwiegend im Wellenlängenbereich oberhalb von 2 μm. Wirksam sind vor allem C­H­Bindungen, die bei Wellenlängen zwischen 3,2 μm und 3,5 μm absorbieren.
Wellenlänge passend zum Material
Dünne Materialien (Folien) werden von kurzwelliger Infrarot­ Strahlung, die nur einen geringen Strahlungsanteil passend zum Absorptionsspektrum des Materials liefert, kaum erwärmt. Das Material ist für die Infrarot­Strahlung transpa­ rent, hier hat kurzwellige Infrarot­Strahlung einen geringen Wirkungsgrad. Mittelwellige Strahlung dagegen wird stärker absorbiert und erwärmt die Folie bei gleicher elektrischer Leistung wesentlich schneller. Damit bei besonders dünnen Materialien möglichst keine Strahlung verloren geht, bietet Heraeus Noblelight einen Strahlungsumwandler aus einer Platte mit Mineralfasern an.
Diese nimmt die restliche Strahlung auf und strahlt sie mit veränderter Wellenlänge auf das Material zurück.
Der Strahlungsumwandler absorbiert die transmittierte Infrarot­Strahlung, heizt sich in sekundenschnelle auf 500 – 600 °C auf und strahlt dann mittel­ und langwellige Strahlung zurück.
Bei massiven Materialien dringt kurzwellige Strahlung wegen der geringen Absorption tief in das Material ein und sorgt
für gleichmäßige Durchwärmung. Mittelwellige Strahlung wird bereits in der äußeren Schicht absorbiert und erwärmt dadurch vor allem die Oberfläche.
Mit den richtigen IR­Strahlern lässt sich die Erwärmung von Kunststoffmaterialien entsprechend den Anforderungen steuern. Pigmente in gefärbten Kunststoffen erhöhen die Absorption der Infrarot­Strahlung.
Die Bestrahlungsstärke bestimmt die Wärmemenge
Die auf das Material übertragene Wärmemenge wird durch die Leistung der Strahler, durch ihre Temperatur und durch den Abstand zum Material beeinflusst. Durch die Auswahl des Spektrums ist die Temperatur und damit auch die elek­ trische Leistung der Strahler festgelegt. Um die übertragene Wärmemenge zu steigern, wird die Bestrahlungsstärke – die Strahlungsleistung pro Fläche – erhöht. Die Bestrahlungs­ stärke lässt sich steigern durch die Anordnung der Strahler, durch Verwendung von Zwillingsrohrstrahlern und durch den Einsatz von Reflektoren.
Infrarot­Spektren verschiedener Heraeus Noblelight Strahler.
Die Kurven zeigen die Bestrahlungsstärke in den verschiedenen Wellenlängenbereichen bei gleicher elektrischer Leistung. Während der Halogenstrahler im kurzwelligen Bereich die höchste Leistung abstrahlt, haben Carbonstrahler und mittelwellige Strahler bei Wellenlängen oberhalb 2 μm deutlich höhere Strahlungsleistung.
Kurzwelle
2200 °C
Die Absorptionsspektren von Polyethylen und Polyvinylchlorid zeigen starke Absorption für Infrarot­Strahlung zwischen 2,5 μm und 4 μm. Für diese Materialien haben mittelwellige Strahler einen höheren Wirkungsgrad als kurzwellige Strahler oder Halogenstrahler.
Absorptionsspektrum von Wasser. Auch für die Trocknung haben mittelwellige Strahler einen deutlich höheren Wirkungsgrad als kurzwellige Strahler.
Mittelwelle
900 °C
Polyethylen 0,1 mm
PVC 0,02 mm
Absorption (%)
100 50
Kurzwelle
Mittelwelle
900 °C
2200 °C
Wasser
0 1 2 3 Wellenlänge (μm)
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