UV固化基礎(chǔ)知識(shí)

一、UV概念

UV 是紫外線的英文（Ultra-Violet Ray）縮寫，工業(yè)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(yàn)，醫(yī)療治療等。

2、強(qiáng)紫外線高壓水銀燈由高品質(zhì)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(zhǎng)度/發(fā)光長(zhǎng)度可由5厘米至300厘米不等，常見(jiàn)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(gè)品種，功率由100w-25kw.

UV固化在英文中稱UV Curing 或 UV Coating，UV固化是光化學(xué)反應(yīng)，即液態(tài)的UV照射可固化材料經(jīng)印刷或涂布到承印物或工件表面，經(jīng)UV光線照射實(shí)現(xiàn)硬化的過(guò)程，UV固化與傳統(tǒng)的干燥過(guò)程相似，但原理不同，傳統(tǒng)的干燥一般借助于涂敷材料中溶劑的揮發(fā)而形成硬化，而UV固化交聯(lián)則無(wú)溶劑揮發(fā)。

Ultraviolet，簡(jiǎn)稱UV，即紫外線，紫外線燈管則簡(jiǎn)稱UV燈管。

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(guò)對(duì)兩端電極提供電壓差（壓降），產(chǎn)生離子放電，從而產(chǎn)生紫外線輻射。

UV燈的強(qiáng)度取決于UV燈管的功率密度，一般常用規(guī)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(diǎn)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(shù)/耐壓程度和電容器的容量/耐壓/可沖放電次數(shù)，直接決定了UV燈管的發(fā)光效率/穩(wěn)定性和壽命；B.適配風(fēng)機(jī)要與UV燈功率吻合，注意：不可以用強(qiáng)風(fēng)對(duì)燈管表面送風(fēng)冷卻，否則燈管表面溫度過(guò)低會(huì)造成燈管滅弧熄燈。C.選擇適合的反射罩：UV燈罩定制的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行操作的時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的UV燈能放射足夠的UV能量達(dá)800小時(shí).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(biāo)牌、電路板、光盤等行業(yè)；也是半導(dǎo)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(fā)劑（或光敏劑），經(jīng)過(guò)吸收紫外線（UV）光固化設(shè)備中的高強(qiáng)度紫外光后，產(chǎn)生活性自由基或離子基，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，使樹脂(UV涂料、油墨、粘合劑等)在數(shù)秒內(nèi)（不等）由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。(此變化過(guò)程稱之為＂UV固化＂)

可見(jiàn)光的短波長(zhǎng)側(cè)有紫外線（Ultraviolet radiation 簡(jiǎn)稱UV）區(qū)域，波長(zhǎng)范圍100~400nm。紫外線區(qū)域根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)和國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）可分為以下波長(zhǎng)域： UV-A: 315~400nm

UV-B: 280~315nm

UV-C: 100~280nm

UV-V: 390 nm 以上

（UV-C的波長(zhǎng)范圍在生物學(xué)，醫(yī)院，化學(xué)等學(xué)科中還沒(méi)有得到統(tǒng)一）

根據(jù)光子能E=h/λ式（h常數(shù)，λ光波長(zhǎng)），波長(zhǎng)越短光子能越高。能量較低的UV-A具有光化學(xué)作用，所以也稱化學(xué)線。UV-A用于有機(jī)物的合成、涂料或接著劑的UV固化等領(lǐng)域。UV-B 對(duì)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(yuǎn)紫外線。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)短能量大，具有殺菌作用，能分解分子的結(jié)合。對(duì)UV膠水的固化，只有UV-A有較強(qiáng)的效果。紫外線UV固化膠水在波長(zhǎng)365nm—400nm的紫外線光照射下能迅速固化,從而發(fā)揮應(yīng)有的接著強(qiáng)度.

UV固化裝置由光源系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)（就是風(fēng)扇）、控制系統(tǒng)(數(shù)字顯示定時(shí)器)、箱體幾個(gè)部分構(gòu)成。

它由UV燈管、燈罩、變壓器(鎮(zhèn)流器)、電容器(觸發(fā)器)組成。

目前市場(chǎng)上的UV燈分高壓汞燈和金屬鹵素?zé)魞煞N。國(guó)內(nèi)設(shè)備普遍采用高壓汞燈，進(jìn)口設(shè)備有一部分采用金屬鹵素?zé)簟?(建議使用金屬鹵素?zé)?

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(zhǎng)及功率密度的要求。若UV 燈的功率不夠，即使光照時(shí)間再長(zhǎng)，過(guò)UV固化裝置的次數(shù)再多，產(chǎn)品也達(dá)不到完全固化。相反，還會(huì)使UV油墨(光油)表層老化、封閉、變脆等，同時(shí)油墨(光油)的附著力也不好，會(huì)使疊印的層間結(jié)合力差。因?yàn)榈凸β实腢V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(huì)越大，因此要根據(jù)固化物和固化速度不同來(lái)選擇功率。

UV燈的強(qiáng)度取決于UV燈管的功率密度，一般常用規(guī)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(shí)，達(dá)到后即應(yīng)更換，因?yàn)榈酱藭r(shí)段的UV燈所發(fā)射的紫外光線的強(qiáng)度變?nèi)酰瑫?huì)影響固化效果。同時(shí)建議在使用期內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境(空氣的含塵量)不同，在適當(dāng)時(shí)間用無(wú)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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。

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(guò)高會(huì)使燈管燒毀；而輸出電壓過(guò)低，燈管又不能全功率工作，從而使紫外線輸出強(qiáng)度不足。

電容的選擇應(yīng)與燈管和變壓器相配套，根據(jù)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(dāng)則會(huì)使電容擊穿，影響到UV固化裝置的正常工作。

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(diǎn)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(shù)/耐壓程度和電容器的容量/耐壓/可沖放電次數(shù)，直接決定了UV燈管的發(fā)光效率/穩(wěn)定性和壽命；B.適配風(fēng)機(jī)要與UV燈功率吻合：排風(fēng)量=150立方米/小時(shí).千瓦*UV燈功率（KW），注意：不可以用強(qiáng)風(fēng)對(duì)燈管表面送風(fēng)冷卻，否則燈管表面溫度過(guò)低會(huì)造成燈管滅弧熄燈.C.選擇適合的反射罩：市場(chǎng)上UV燈罩定制的標(biāo)準(zhǔn)燈罩一般分為聚光燈罩和平行光燈罩。

一、UV燈管有霧狀產(chǎn)生是什么原因？如果是管內(nèi)有霧狀就是：（1）石英管材的問(wèn)題、即脫羥不好。（2）或在生產(chǎn)過(guò)程中排氣不好。（3）再就是充進(jìn)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(fā)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(yīng)？UV燈變形的主要原因是溫度過(guò)高，輕微變形不影響正常使用，但壽命會(huì)縮短很多，嚴(yán)重變形會(huì)使燈管某側(cè)管壁變薄而破裂。檢查風(fēng)機(jī)是否損壞或是排風(fēng)管道過(guò)長(zhǎng)造成排風(fēng)不暢。

三、UV燈管內(nèi)有一塊一塊的晶體吸附是怎么回事？UV燈制做過(guò)程中，石英管材清洗不干凈有雜質(zhì)。四、UV燈管變形成泡狀、爆裂怎么回事？就是局部溫度過(guò)高、或是因?yàn)槭⒐鼙诰植窟^(guò)薄造成的，檢查排風(fēng)系統(tǒng)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(shí)間久了，銅架氧化，局部接觸不良造成電流過(guò)大，打火造成熔化。b)新燈熔化就是因?yàn)閁V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(diǎn)是否氧化，檢查彈簧是否有彈力。

六、UV燈管使用幾小時(shí)就不能點(diǎn)亮（燈完好無(wú)損）是什么原因？如果是金屬鹵素?zé)艟褪且驗(yàn)辂u化物配比度不合適，或者變壓器輸出過(guò)低，或是燈的管壓過(guò)高。如果是水銀燈可能就是電極原因或是燈管的內(nèi)在質(zhì)量問(wèn)題，或是燈已漏氣。

七、UV燈兩端發(fā)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(shí)，就出現(xiàn)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(guò)大（如電容線路短路）b)吸風(fēng)時(shí)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(guò)程總是壓降、不能回升是怎么回事？a)排風(fēng)過(guò)大b)冷端電極溫度上不來(lái)。c)變壓器、電容器和燈管的電參數(shù)不匹配。d)網(wǎng)絡(luò)電壓過(guò)低，造成變壓器輸出電壓過(guò)低。

十、UV燈使用300-500小時(shí)后，為什么在管壁就出現(xiàn)象手紋一樣的花紋？a)安裝時(shí)用手摸過(guò)燈管壁會(huì)用成這種現(xiàn)象。b)壁內(nèi)側(cè)有則是做燈時(shí)，石英管清洗不夠凈。

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

十二、UV燈管第一次能點(diǎn)亮正常關(guān)閉，但以后再也點(diǎn)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(méi)有接觸不良現(xiàn)象（燈管兩端有電壓）的情況下，就是燈管自身問(wèn)題，一般是電極出現(xiàn)問(wèn)題，或是燈已漏氣。

首先要避免過(guò)于頻繁的燈的冷啟動(dòng)。當(dāng)一支燈管在點(diǎn)亮開(kāi)始階段，內(nèi)部電壓很低。兩端電極在這段時(shí)間會(huì)發(fā)射出鎢，這就會(huì)使燈管內(nèi)部產(chǎn)生許多點(diǎn)狀污染物，成為燈管過(guò)早損壞的原因之一。所以，應(yīng)該在高電壓的條件下點(diǎn)燈，而減短點(diǎn)燈時(shí)間。過(guò)于頻繁點(diǎn)燈還會(huì)導(dǎo)致燈管兩端過(guò)早變黑，逐漸影響到燈管主體部分也會(huì)變黑，最后導(dǎo)致燈管輸出功率降低。因?yàn)樯鲜鲈?，我們建議在任何可能情況下，盡量一次點(diǎn)燈做完所有工作。 檢查反射罩及冷卻系統(tǒng) 為了保持燈管及機(jī)器的最大功率，應(yīng)經(jīng)常檢查機(jī)器的反射罩是否干凈，是否因?yàn)闊艄艿妮椛錈岫冃?，并且?yīng)定期更換反射罩。阻塞的過(guò)濾器及堆積在送風(fēng)機(jī)扇葉上的污垢會(huì)阻擋風(fēng)的流動(dòng)并降低冷卻效果。而如果燈管工作溫度過(guò)熱，就將導(dǎo)致工作電壓及輸出功率降低。所以應(yīng)定期更換過(guò)濾器及清洗送風(fēng)機(jī)扇葉，這不但會(huì)有效地改善冷卻環(huán)境，并且可以防止燈管下垂。有時(shí)燈管在不被察覺(jué)的情況下已經(jīng)下垂，所以定期旋轉(zhuǎn)燈管也將有利于保持燈管形狀。 小心安裝燈管 為了延長(zhǎng)燈管壽命，應(yīng)謹(jǐn)慎遵循安裝說(shuō)明。例如：應(yīng)避免在燈管上留有手指油污。安裝人員應(yīng)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(lái)保持其清潔。確保燈管兩端與機(jī)器連接緊密而不腐蝕也十分重要。如果機(jī)器設(shè)計(jì)是采用彈簧套來(lái)安裝燈管時(shí)，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(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，燈管的熱量可能會(huì)使反射罩膨脹，縮短或彎曲，所以不能將燈管安裝過(guò)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(méi)有引線端子，安裝時(shí)應(yīng)更加小心。如果機(jī)器是采用金屬夾裝置與燈管連接，那么應(yīng)保證這段連接部分緊密而且干凈。通常，大多數(shù)的機(jī)器生產(chǎn)廠商會(huì)給這樣的裝置留有一些伸縮余地。顯然，如果機(jī)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(shù)時(shí)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(huì)涉及到膨脹變形的問(wèn)題了。

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

要注意uv燈的使用時(shí)間，隨著uv燈使用時(shí)間的延長(zhǎng)，能量就會(huì)衰減，速度也要隨之調(diào)慢，盡量及時(shí)更換新的uv燈管。

UV燈可以用四個(gè)特性聯(lián)系起來(lái)：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(fā)射波長(zhǎng)功能之一的輻射能量或到達(dá)表層的輻射能量的波長(zhǎng)分布。它常用一個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá)，即nm。

2. UV輻射強(qiáng)度 輻射強(qiáng)度是到達(dá)表面單位面積內(nèi)的輻射功率。輻射強(qiáng)度，以每平方厘米瓦特或毫瓦特來(lái)表示。它隨燈管的輸出功率、效率、反射系統(tǒng)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(qiáng)度、峰值聚焦功率參考為“峰值輻射度”。輻射強(qiáng)度包括了所有有關(guān)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(dá)表層以下的光能量要比表層的要少。在這些區(qū)域的固化條件可能有顯著不同。光學(xué)厚度厚的材料可能會(huì)減少光效率，從而導(dǎo)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(qiáng)度會(huì)提供相對(duì)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(zhǎng)的固化時(shí)間（輻射量）。高輻射度允許使用較少的光引發(fā)劑。光子密度的增加增多了光子—光引發(fā)劑的碰撞，從而補(bǔ)償了光引發(fā)劑濃度的降低。這對(duì)于較厚的涂層會(huì)有效，因?yàn)楸韺拥墓庖l(fā)劑吸收和阻礙了同一波長(zhǎng)到達(dá)深層的光引發(fā)劑分子。

3. UV輻射能量 輻射能量表示到達(dá)承印品表面單位面積的光子總量（而輻射強(qiáng)度則是到達(dá)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(shí)間成正比。輻射能量是輻射強(qiáng)度的時(shí)間累積，以每平方厘米焦耳或毫焦耳表示，（遺憾的是，沒(méi)有有關(guān)輻射強(qiáng)度或光譜內(nèi)容換為以輻射能量測(cè)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(shù)和固化時(shí)間參數(shù)的特性顯現(xiàn)。

4. 紅外輻射密度 紅外輻射主要是由UV光源發(fā)射出來(lái)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(zhuǎn)換為輻射能量或輻射強(qiáng)度的單位。但通常，它所產(chǎn)生的表面溫度才是被注意的重要之處。它所產(chǎn)生的熱量可能有害也可能有益。結(jié)合UV燈解決溫度與IR之間關(guān)系的技術(shù)有許多?？梢苑譃闇p少發(fā)射，傳送和控制熱量轉(zhuǎn)移。發(fā)射的減少通過(guò)使用小直徑的燈管來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槭⒐鼙诎l(fā)射幾乎所有的溫度。傳遞的減少可通過(guò)在燈管后面使用分色的石英材料反射器（反射紫外過(guò)濾紅外）來(lái)實(shí)現(xiàn)；或在燈管與目標(biāo)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(dòng)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(lái)控制熱量的移動(dòng)。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(duì)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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