UV固化的基本知識

2018-11-23 22:09:33

UV固化基礎知識

一、UV概念

UV 是紫外線的英文(Ultra-Violet Ray)縮寫,工業用 UV 光源光譜范圍是200nm-450nm,以365nm為中心。按波段的不同,分別為UV-A,UV-B,UV-C各具有不同的用途。

 

1、低壓UV燈管即殺菌燈則主要用于殺菌消毒,另外UV-B還主要用于紫外線檢驗,醫療治療等。

 

2、強紫外線高壓水銀燈由高品質的純石英管材制造而成,使紫外線能高程度及大量的穿透,其弧長度/發光長度可由5厘米至300厘米不等,常見功率為每厘米30W至200W,超大功率UV燈一般在每厘米200W或以上操作,該燈光譜有效范圍在350-450nm之間,主波峰為365nm,有700多個品種,功率由100w-25kw.

 

二、UV固化

 

UV固化在英文中稱UV Curing 或 UV Coating,UV固化是光化學反應,即液態的UV照射可固化材料經印刷或涂布到承印物或工件表面,經UV光線照射實現硬化的過程,UV固化與傳統的干燥過程相似,但原理不同,傳統的干燥一般借助于涂敷材料中溶劑的揮發而形成硬化,而UV固化交聯則無溶劑揮發。

 

Ultraviolet,簡稱UV,即紫外線,紫外線燈管則簡稱UV燈管。

 

三、UV燈

 

UV燈為氣體放電燈,氣體放電燈分為弧光放電和輝光放電,UV固化中常用UV燈為弧光放電燈,其工作原理是:在真空的石英管中加入定量的高純汞(水銀),通過對兩端電極提供電壓差(壓降),產生離子放電,從而產生紫外線輻射。

 

四、UV燈的強度

 

UV燈的強度取決于UV燈管的功率密度,一般常用規格有:

 

80W /cm 即 200W/inch

 

120W /cm 即 300W/inch

 

160W /cm 即 400W/inch

 

240W /cm 即 600W/inch

 

五、UV組件的選擇

 

要保證UV燈正常良好工作需保證以下要素:A.選擇匹配的點燈電源,所配套漏磁變壓器/電容器要與UV燈所需電壓/電流相符,漏磁變壓器的額定功率/二次電壓/工作電流/絕緣系數/耐壓程度和電容器的容量/耐壓/可沖放電次數,直接決定了UV燈管的發光效率/穩定性和壽命;B.適配風機要與UV燈功率吻合,注意:不可以用強風對燈管表面送風冷卻,否則燈管表面溫度過低會造成燈管滅弧熄燈。C.選擇適合的反射罩:UV燈罩定制的標準燈罩為聚光燈罩。

 

六、UV燈的壽命一般指其能維持足夠的能量進行操作的時間,在此期間其能量逐漸衰減直至低于可接受的范圍為止,一般情況標準的UV燈能放射足夠的UV能量達800小時.UV固化廣泛用于竹木地板、家具、裝飾材料、印刷、印鐵制罐、塑膠涂裝、標牌、電路板、光盤等行業;也是半導體、電子元件、液晶等粘接固化的理想光源.

 

在特殊配方的樹脂中加入光引發劑(或光敏劑),經過吸收紫外線(UV)光固化設備中的高強度紫外光后,產生活性自由基或離子基,從而引發聚合、交聯和接枝反應,使樹脂(UV涂料、油墨、粘合劑等)在數秒內(不等)由液態轉化為固態。(此變化過程稱之為"UV固化")

 

可見光的短波長側有紫外線(Ultraviolet radiation 簡稱UV)區域,波長范圍100~400nm。紫外線區域根據國際照明委員會(CIE)和國際電工委員會(IEC)可分為以下波長域: UV-A: 315~400nm

 

UV-B: 280~315nm

 

UV-C: 100~280nm

 

UV-V: 390 nm 以上

 

(UV-C的波長范圍在生物學,醫院,化學等學科中還沒有得到統一)

 

根據光子能E=h/λ式(h常數,λ光波長),波長越短光子能越高。能量較低的UV-A具有光化學作用,所以也稱化學線。UV-A用于有機物的合成、涂料或接著劑的UV固化等領域。UV-B 對生物的作用效果大,能引起紅斑作用及色素沉著等,所以也稱生物線。UV-C是遠紫外線。因為波長短能量大,具有殺菌作用,能分解分子的結合。對UV膠水的固化,只有UV-A有較強的效果。紫外線UV固化膠水在波長365nm—400nm的紫外線光照射下能迅速固化,從而發揮應有的接著強度.

 

UV固化裝置由光源系統、通風系統(就是風扇)、控制系統(數字顯示定時器)、箱體幾個部分構成。

 

UV光源系統

 

它由UV燈管、燈罩、變壓器(鎮流器)、電容器(觸發器)組成。

 

1.UV燈管

 

目前市場上的UV燈分高壓汞燈和金屬鹵素燈兩種。國內設備普遍采用高壓汞燈,進口設備有一部分采用金屬鹵素燈。 (建議使用金屬鹵素燈)

 

(1)、UV燈功率的選擇。

 

UV燈的功率即UV燈光的輻射能量,也稱穿透力。首先,它一定要滿足UV油墨(光油)吸收的光譜波長及功率密度的要求。若UV 燈的功率不夠,即使光照時間再長,過UV固化裝置的次數再多,產品也達不到完全固化。相反,還會使UV油墨(光油)表層老化、封閉、變脆等,同時油墨(光油)的附著力也不好,會使疊印的層間結合力差。因為低功率的UV燈光不能穿透墨層底部,使底部未固化或固化不充分。

 

2、UV燈功率一般要滿足80~120W/cm的要求,但功率越大熱量也會越大,因此要根據固化物和固化速度不同來選擇功率。

 

UV燈的強度

 

UV燈的強度取決于UV燈管的功率密度,一般常用規格有:

 

80W /cm 即 200W/英寸

 

120W /cm 即 300W/英寸

 

160W /cm 即 400W/英寸

 

240W /cm 即 600W/英寸

 

(3)、UV燈(高壓汞燈)的最大壽命一般為800 — 1000小時,達到后即應更換,因為到此時段的UV燈所發射的紫外光線的強度變弱,會影響固化效果。同時建議在使用期內根據生產環境(空氣的含塵量)不同,在適當時間用無水乙醇清潔燈管表面及反射罩表面的反射板,再將UV燈管轉90°。這樣有利于UV射線全部有效輻射到UV油墨或光油。.

 

反射罩的類型有聚焦型、非聚焦型和多面反射型。一般采用的是聚焦型。這種反射罩的結構特點是反射的UV光線能量集中,光固化的效率高,有利于厚墨層的油墨固化,可使油墨的深層完全固化。

 

3.變壓器

 

變壓器的選擇必須與UV燈的功率相配,即變壓器必須有足夠的輸出電壓,以保證UV燈能全功率工作。如果輸出電壓過高會使燈管燒毀;而輸出電壓過低,燈管又不能全功率工作,從而使紫外線輸出強度不足。

 

4.電容器

 

電容的選擇應與燈管和變壓器相配套,根據變壓器的輸出電壓選擇所用電容的耐壓程度。如果選擇不當則會使電容擊穿,影響到UV固化裝置的正常工作。

 

UV組件的選擇

 

要保證UV燈正常良好工作需保證以下要素:A.選擇匹配的點燈電源,所配套漏磁變壓器/電容器要與UV燈所需電壓/電流相符,漏磁變壓器的額定功率/二次電壓/工作電流/絕緣系數/耐壓程度和電容器的容量/耐壓/可沖放電次數,直接決定了UV燈管的發光效率/穩定性和壽命;B.適配風機要與UV燈功率吻合:排風量=150立方米/小時.千瓦*UV燈功率(KW),注意:不可以用強風對燈管表面送風冷卻,否則燈管表面溫度過低會造成燈管滅弧熄燈.C.選擇適合的反射罩:市場上UV燈罩定制的標準燈罩一般分為聚光燈罩和平行光燈罩。

 

UV燈管經常發生的十二大問題

 

一、UV燈管有霧狀產生是什么原因?如果是管內有霧狀就是:(1)石英管材的問題、即脫羥不好。(2)或在生產過程中排氣不好。(3)再就是充進的氣體純度不夠。如果是管外有霧狀則是:油墨、光油的氣體揮發物附著在管壁上,可定期用酒精等溶劑擦試。

 

二、UV燈變形的主要原因,變形后有什么不良反應?UV燈變形的主要原因是溫度過高,輕微變形不影響正常使用,但壽命會縮短很多,嚴重變形會使燈管某側管壁變薄而破裂。檢查風機是否損壞或是排風管道過長造成排風不暢。

 

三、UV燈管內有一塊一塊的晶體吸附是怎么回事?UV燈制做過程中,石英管材清洗不干凈有雜質。四、UV燈管變形成泡狀、爆裂怎么回事?就是局部溫度過高、或是因為石英管壁局部過薄造成的,檢查排風系統是否通暢。

 

五、UV燈管金屬頭總是熔化燒壞是什么原因?a)金屬燈架時間久了,銅架氧化,局部接觸不良造成電流過大,打火造成熔化。b)新燈熔化就是因為UV燈金屬頭與燈架接觸不良,虛接造成打火溶化。檢查燈架的銅接點是否氧化,檢查彈簧是否有彈力。

 

六、UV燈管使用幾小時就不能點亮(燈完好無損)是什么原因?如果是金屬鹵素燈就是因為鹵化物配比度不合適,或者變壓器輸出過低,或是燈的管壓過高。如果是水銀燈可能就是電極原因或是燈管的內在質量問題,或是燈已漏氣。

 

七、UV燈兩端發黑是怎么回事?是電極粉剝落,附著在管壁上,但用到壽命是正常的,用到一至二百小時,就出現這種情況就不正常了。

 

八、UV燈在使用中突然曝裂是什么原因?a)電流過大(如電容線路短路)b)吸風時有臟東西打在管壁上。c)電極鉬鉑等封接不良。

 

九、UV燈在使用過程總是壓降、不能回升是怎么回事?a)排風過大b)冷端電極溫度上不來。c)變壓器、電容器和燈管的電參數不匹配。d)網絡電壓過低,造成變壓器輸出電壓過低。

 

十、UV燈使用300-500小時后,為什么在管壁就出現象手紋一樣的花紋?a)安裝時用手摸過燈管壁會用成這種現象。b)壁內側有則是做燈時,石英管清洗不夠凈。

 

十一、UV燈管電流電壓均正常,但發光不正常、暗淡呈綠黃色是何原因?(1)燈管功率參數不對。(2)燈管有慢漏現象。(3)燈管在制作時排氣不凈。(4)變壓器配小了。

 

十二、UV燈管第一次能點亮正常關閉,但以后再也點不亮了是怎么回事?如果電容器、變壓器均為完好,且線路暢通,沒有接觸不良現象(燈管兩端有電壓)的情況下,就是燈管自身問題,一般是電極出現問題,或是燈已漏氣。

 

UV燈管使用小竅門

 

首先要避免過于頻繁的燈的冷啟動。當一支燈管在點亮開始階段,內部電壓很低。兩端電極在這段時間會發射出鎢,這就會使燈管內部產生許多點狀污染物,成為燈管過早損壞的原因之一。所以,應該在高電壓的條件下點燈,而減短點燈時間。過于頻繁點燈還會導致燈管兩端過早變黑,逐漸影響到燈管主體部分也會變黑,最后導致燈管輸出功率降低。因為上述原因,我們建議在任何可能情況下,盡量一次點燈做完所有工作。 檢查反射罩及冷卻系統 為了保持燈管及機器的最大功率,應經常檢查機器的反射罩是否干凈,是否因為燈管的輻射熱而變形,并且應定期更換反射罩。阻塞的過濾器及堆積在送風機扇葉上的污垢會阻擋風的流動并降低冷卻效果。而如果燈管工作溫度過熱,就將導致工作電壓及輸出功率降低。所以應定期更換過濾器及清洗送風機扇葉,這不但會有效地改善冷卻環境,并且可以防止燈管下垂。有時燈管在不被察覺的情況下已經下垂,所以定期旋轉燈管也將有利于保持燈管形狀。 小心安裝燈管 為了延長燈管壽命,應謹慎遵循安裝說明。例如:應避免在燈管上留有手指油污。安裝人員應用紙巾清潔或配戴手套。我們也建議用酒精擦拭燈管表面來保持其清潔。確保燈管兩端與機器連接緊密而不腐蝕也十分重要。如果機器設計是采用彈簧套來安裝燈管時,則必須確保彈簧套的形狀良好,彈簧張力適度及燈管表面清潔。在機器運行過程中,燈管的熱量可能會使反射罩膨脹,縮短或彎曲,所以不能將燈管安裝過緊,從而讓反光罩的變化影響到燈管,以造成燈管的破裂。如果燈管兩端沒有引線端子,安裝時應更加小心。如果機器是采用金屬夾裝置與燈管連接,那么應保證這段連接部分緊密而且干凈。通常,大多數的機器生產廠商會給這樣的裝置留有一些伸縮余地。顯然,如果機器是采用彈簧夾裝置燈管,那就必須保證其彈簧片良好的彈性。而大多數時候采用這種裝置類型的燈管都屬于小型曝光燈,那也就不會涉及到膨脹變形的問題了。

 

設置UV光固化最佳速度的兩點注意

 

最佳速度選擇方法:將產品先以某一速度通過UV光固化裝置,如果固化了,再加快速度,直到通過固化裝置的產品剛剛不能徹底固化為止,這時的速度乘以0.8就是最佳速度。

 

要注意uv燈的使用時間,隨著uv燈使用時間的延長,能量就會衰減,速度也要隨之調慢,盡量及時更換新的uv燈管。

 

UV燈的參數特性

 

UV燈可以用四個特性聯系起來:UV光譜分布,輻射度,輻射量和紅外輻射。

 

1. 光譜分布 它描述作為燈管發射波長功能之一的輻射能量或到達表層的輻射能量的波長分布。它常用一個相關標準化的術語來表達,即nm。

 

2. UV輻射強度 輻射強度是到達表面單位面積內的輻射功率。輻射強度,以每平方厘米瓦特或毫瓦特來表示。它隨燈管的輸出功率、效率、反射系統的聚焦以及到表面的距離不同而不同。直接置于UV燈下的高強度、峰值聚焦功率參考為“峰值輻射度”。輻射強度包括了所有有關電源功率,效率,輻射輸出,反射率,聚焦燈管的尺寸及幾何形狀的因素。由于UV可固化材料的吸收特性,到達表層以下的光能量要比表層的要少。在這些區域的固化條件可能有顯著不同。光學厚度厚的材料可能會減少光效率,從而導致材料深層的固化不充分。在油墨或涂層里,表面較高的輻射強度會提供相對較高的光能量。固化的深度更多地是被輻射度影響而不是較長的固化時間(輻射量)。高輻射度允許使用較少的光引發劑。光子密度的增加增多了光子—光引發劑的碰撞,從而補償了光引發劑濃度的降低。這對于較厚的涂層會有效,因為表層的光引發劑吸收和阻礙了同一波長到達深層的光引發劑分子。

 

3. UV輻射能量 輻射能量表示到達承印品表面單位面積的光子總量(而輻射強度則是到達的速率)。在任一指定光源下,輻射能量與固化的速度成反比而與固化的時間成正比。輻射能量是輻射強度的時間累積,以每平方厘米焦耳或毫焦耳表示,(遺憾的是,沒有有關輻射強度或光譜內容換為以輻射能量測量的信息,它僅僅是被曝光表面能量的累積。)它的意義在于它是唯一包括了速度參數和固化時間參數的特性顯現。

 

4. 紅外輻射密度 紅外輻射主要是由UV光源發射出來的紅外能量。紅外能量和UV能量一起被收集并聚焦在工作表層。這決定于IR的反射率和反射器的效率。IR能量可以被轉換為輻射能量或輻射強度的單位。但通常,它所產生的表面溫度才是被注意的重要之處。它所產生的熱量可能有害也可能有益。結合UV燈解決溫度與IR之間關系的技術有許多??梢苑譃闇p少發射,傳送和控制熱量轉移。發射的減少通過使用小直徑的燈管來實現,因為石英管壁發射幾乎所有的溫度。傳遞的減少可通過在燈管后面使用分色的石英材料反射器(反射紫外過濾紅外)來實現;或在燈管與目標之間使用分色的石英材料的隔熱鏡(隔絕紅外放射紫外)。熱量移動降低了承印品的溫度,在IR引起了溫度升高之后方可使用冷氣流或散熱裝置來控制熱量的移動。IR能量的吸收由承印材料本身決定—油墨、涂層或基片。印速對于印品表面吸收的 IR能量有重大影響。速度越快,被吸收的IR能量越少。

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