引言：紅外加熱是以熱輻射進行的熱傳遞過程，在選擇紅外加熱設備時，需要從輻射端和吸收端兩方面進行考量。之前已經給大家介紹了輻射端的內容，今天我們就介紹一下吸收端相關的理論知識。

萊丹大幅面紅外加熱應用

- 背景知識

紅外光譜儀：紅外光譜儀是通過檢測物質對于紅外線的吸收情況而得到的分布在紅外線波長區間內的曲線。

吸收端

- 關鍵點 Key Points

1） 紅外線的波長

2） 紅外光譜儀

3） 被加熱材料對紅外線的吸收、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

紅外線的波長區間為0.76~1000μm，根據波長的不同，有兩種不同的分類方式：

（1）近紅外和遠紅外

近紅外是指波長位于0.76~25μm的紅外線。

遠紅外是指波長位于25~1000μm的紅外線。

（2）短波、中波、長波紅外

短波紅外是指波長位于0.8~1.4μm的紅外線。

中波紅外是指波長位于1.4~3.0μm的紅外線。

長波紅外是指波長大于3.0μm的紅外線。

*不同來源對于波長區間的定義略有不同

目前在工業用紅外加熱領域，我們是以短波、中波和長波紅外來區別各種紅外加熱器。因此，本篇文章也基于這個分類展開。

正如我們在輻射端的介紹文章中提到的，輻射波長理論上是覆蓋整個波長區間的，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間，如下圖所示：

圖片來源于網絡

這部分內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

正如背景知識介紹的，紅外光譜儀是反應物體對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：

圖片來源于網絡

一般的紅外光譜儀都如上圖所示，縱坐標是紅外的穿透率，橫坐標是紅外線的波數（波長的倒數）。縱坐標數值越大，紅外線的穿透率越高，即吸收率越低。橫坐標從左往右，波數不斷減小，波長不斷變大。

從聚乙烯的紅外光譜儀中，我們可以看到，在波數2750~3000/cm之間，出現了紅外穿透率的低值，即吸收率的峰值。轉換成波長，即在紅外線波長3.3~3.6μm的區間出現了吸收峰值。

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波長區間出現了吸收峰值。有一部分在長波區間也出現了峰值，比如之前提到的聚乙烯。

紅外光譜儀對于紅外加熱方式的選擇有很重要的指導作用，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。

- 被加熱材料對紅外線的吸收、反射和穿透

在被加熱材料受到紅外線輻射的時候，會出現反射、吸收和穿透三種現象，如下圖所示：

對于被加熱物體：反射率+吸收率+穿透率=1

針對非金屬材料，反射現象相比金屬材料來說，要小得多。為方便計算，通常把反射率設為零。結合紅外光譜儀來看，即紅外吸收率=1-紅外穿透率。

針對金屬材料，反射率和材料表面情況有極大關系，在此不多做說明。

- 被加熱材料的紅外線吸收效率

由于金屬材料的計算更為復雜，我們在此只介紹對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∵ 對于非金屬材料反射率可認為等于零

∴ 降低紅外穿透率即可提高吸收率

雖然對于所有的輻射源來說，熱輻射理論上都是遍布整個波譜的，但是輻射峰值只有一個。因此，只要針對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，同時其出現的峰值位置也不同。紅色的為萊丹紅外加熱器的輻射特性，橙色的區域是大多數非金屬材料出現吸收峰值的區間。

以工作溫度為1750℃的加熱器曲線為例，其峰值出現在1~1.5μm的短波紅外區間，在此區間，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區間，其輻射強度已經下降至低值。

萊丹的紅外加熱器在2~4μm區間出現了輻射峰值，盡管相對輻射峰值強度相比1750℃的曲線要低，但對于非金屬材料來說，在此區間有著吸收峰值，因此吸收效率更高。

注意，這里我們只比較吸收效率，實際究竟何者加熱速度更快，需要詳細的計算和試驗來討論。

- 總結

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。

針對非金屬紅外加熱，歡迎留言討論交流~