Migliorare l'efficienza di essiccazione della vernice con gli elementi riscaldanti in fibra di carbonio

Nelle fasi iniziali della produzione, molti ritenevano che il meccanismo di essiccazione dei rivestimenti vernicianti fosse simile a quello dell'essiccazione dei materiali umidi, che è principalmente un processo di trasferimento di calore non correlato a cambiamenti chimici, puramente un processo di trasmissione termica. Tuttavia, ulteriori ricerche hanno rivelato che, oltre al puro processo fisico di conversione della radiazione termica in energia termica all'interno dello strato di vernice, anche le reazioni chimiche giocano un ruolo cruciale, soprattutto nei film di vernice termoindurenti.

Il processo di indurimento dei rivestimenti vernicianti può essere suddiviso in due fasi: fase di diffusione e fase di indurimento. La fase di diffusione comporta l'immissione di radiazioni termiche nel rivestimento, principalmente il preriscaldamento e il riscaldamento del pezzo e l'evaporazione di una quantità sufficiente di volatili. La fase di polimerizzazione, nota anche come fase cinetica, è quella in cui i legami chimici vengono polimerizzati attivamente. Un controllo efficace della temperatura è fondamentale in questa fase, poiché la velocità delle reazioni chimiche determina l'avanzamento del processo di essiccazione. Secondo le leggi della cinetica chimica, un aumento della temperatura di 10°C può accelerare il tasso di reazione chimica di 1-3 volte.

Una ricerca condotta presso un'università ha convalidato l'utilizzo di elementi riscaldanti in fibra di carbonio con una temperatura superficiale di circa 600°C. Posizionati a 10 cm di distanza dall'elemento riscaldante, questi elementi hanno irradiato la superficie della vernice dei cerchioni in acciaio per autoveicoli con raggi infrarossi per 3 minuti, ottenendo effetti di essiccazione equivalenti a quelli ottenuti nei tradizionali forni di fabbrica in 30 minuti. Di conseguenza, paesi come gli Stati Uniti e l'Australia hanno modificato i loro processi di produzione di cerchioni in acciaio per autoveicoli adottando il riscaldamento direzionale a raggi infrarossi, riducendo il ciclo di riscaldamento a 10 minuti e risparmiando in modo significativo le risorse di energia elettrica.

Per la verniciatura dei cerchi in acciaio delle automobili, che utilizzano prevalentemente vernici trasparenti acriliche con il picco di assorbimento più forte a 600°C, l'impiego di elementi riscaldanti in fibra di carbonio corrispondenti a questa temperatura superficiale massimizza l'utilizzo della radiazione infrarossa. Gli esperimenti comparativi tra gli elementi riscaldanti in fibra di carbonio e i metodi di essiccazione convenzionali hanno dato i seguenti risultati:

1. Fabbrica che utilizza radiatori a strisce di resistenza
   • Potenza di installazione: 256 kW
   • Ciclo di asciugatura: 30 minuti
   • Lunghezza del canale di essiccazione: 30 metri
   • Umidità superficiale dopo l'asciugatura: 6%-7%
2. Utilizzo di elementi riscaldanti in fibra di carbonio a 10 cm di distanza
   • Ciclo di asciugatura: 2 minuti
   • Temperatura della superficie dopo l'essiccazione: 151°C
   • Umidità superficiale dopo l'essiccazione: 6%-6,8%

I risultati sperimentali dimostrano che utilizzando elementi riscaldanti in fibra di carbonio come sorgenti di radiazioni infrarosse per l'essiccazione dei rivestimenti di vernice acrilica riduce significativamente i tempi di essiccazione e ne migliora l'efficienza.

Un'azienda automobilistica cinese ha sostituito il canale di asciugatura a circolazione d'aria calda con un canale di asciugatura a radiazione direzionale a infrarossi. Questa modifica ha ridotto la capacità installata da 288 kWh a 216 kWh, il ciclo di essiccazione da 30 minuti a 25 minuti e il consumo energetico complessivo dell'apparecchiatura. Nonostante i costi della modifica dell'apparecchiatura siano stati compensati dal risparmio di elettricità e dall'aumento dell'efficienza produttiva, i vantaggi sono sostanziali.

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