UV固化原理、能量技算及固化设备

1、UV固化原理近几年来，无论是丝印行业还是胶印行业，UV光固化油墨的使用越来越多。众所周知，与传统的溶剂型油 墨相比，UV光固化油墨有光泽度好、立体感强、无有害溶剂挥发等优点，特别是在油墨的干燥方面，UV光 固油墨在紫外光照射下即可瞬间固化，避免了传统的溶剂型油墨干燥周期长，占地面积大等缺点，大大提 高了工作效率和质量。UV光固化油墨印刷后需经过UV光固设备实现瞬间固化。影响光固质量的主要因素 有UV灯的波长、能量、传送带的速度、UV机冷却系统等UV固化原理、UV灯及相关技术参数：1、UV固化原理：在特殊配方的树脂中加入光引发剂（或光敏剂），经过吸收紫外线（UV）光固化设备中 的高强度紫外光后，

2、产生活性自由基，从而引发聚合、交联和接枝反应，使树脂在数秒内由液态转化为固 态。2、UV固化灯：目前工业上使用的UV设备光源，主要是气体放电灯（汞灯）。根据灯内腔气体的压强大小 分为低压、中压、高压、超高压几种，工业上的生产固化通常使用高压汞灯。高压汞灯可以产生辐射强烈 的310nm、365nm、410nm等波长的特征紫外光（UV）、可见光及红外光（IR），其中365nm为主峰的波长 是世界各国常用的用于固化干燥的波段（以下称谓的UV灯即指365nm的高压汞灯）。二、相关参数对固化质量的影响1、UV机波长：365nm波段的光谱适合于一般的光固化油墨（不适用于冰花、起皱等特殊光谱要求的油墨）。

3、UV灯管的杂光过多，会影响光固效果，建议客户在选用UV光固设备时先进行光固试验，以检验UV机的波 长是否符合光固要求。2、UV机的功率：一般UV光固油墨要求的功率为80-120w/cm，光固能量过高会造成油墨的脆化，光固能 量过低达不到光固效果。3、吸风装置：UV灯在散发紫外线的同时，也会产生大量的热量，使机体内的温度不断升高，光固机在UV 灯管上方装有抽风装置，并通过抽风管道将固化过程中产生的臭氧排出室外，从而达到降温的目的。当承 印物太薄或耐温要求很低时，需经光固试验确定是否能满足要求。对温度要求较高的承印物，我们可承接 特殊加工，在灯管的下方装置石英玻璃板，以达到降温和进一步过滤杂光的作

4、用uv固化原理uv固化材料的物理性能实质上是受用来固化它们的烘干系统的影响的。预期性 能的获得，不管是保护胶、油墨、还是粘合剂，将依赖于这些灯管的参数、设计和控制的方 法。UV灯四个关键的参数是：1.UV辐射度（或密度）2.光谱分布（波长）3.辐射量（或UV能量）4、红外辐射。相对于最大辐射度或辐射量，以及不同的UV光谱，油墨和保护胶将会展现出很大不同的特性。鉴别不同的UV灯管特性并使它们与可固化材料的光学特性相匹配的能 力，扩展了把UV固化作为一种快速、高效的生产过程的范围。有许多固化系统的光学和物 理性能（除它本身的组成之外）影响固化效果，从而导致了UV固化材料外观特性（performan

5、ce）的不同。固化材料的特性一只UV灯管的效率，决定于发射光子进入可固 化材料以启动光可触发分子的难易程度。UV固化决定于光子一分子的碰撞。光可触发分子 通过材料均匀地扩散，但光子却不同。除UV光源的特质外，被固化的薄膜还有光学及热动 力学特性。它们与辐射能量互相作用，对固化的过程产生了重大影响。光谱吸收率：能量是 物质在逐渐增加的厚度内吸收进波长的作用。表面附近吸收的能量越多，意味着深层得到的 能量越少。但这种情况随波长的不同而不同。总的光谱吸收率包括所有来自于光触发剂，单 分子物质，齐聚体以及添加剂包括颜料的影响作用。反射和散射：相对与吸收，光能更多 地是被物质（或在物质内）改变方向；这一

6、般是由于可固化材料中的基质材料和/或色素引 起的。这些因素减少了到达深层的UV能量，但却改进了在反应之处的固化效率。光学密度： 与吸收相似，它由“不透明度”和薄膜的厚度两个因素构成；包括吸收和散射的光稀释作用； 用一个单独的数字来表示，而不是作为光谱的分布。扩散性：一个热动力学特性包含特定 的热量，传导性和密度；材料扩散”、接受热量的能力；影响由表面骤然进入的红外能量而导致的薄膜和基质的温度的升高。红外吸收率：温度对固化反应的速率有着重大的影响； 尽管反应中的温升也对温度有作用，但来自于UV灯管的辐射（radiantIR）才是表面热量的 根本源头（不是从周围的空气或大气中传输的热量）。过大的温

7、度升高是影响固化过程的重 要限制因素之一。光学厚度涂层和油墨由于不透明度或色彩强度是我们需要的特性这一事 实，油墨和颜料涂层提出了特殊的问题。粘合剂通常也提供相对厚的薄膜。不同于一个薄膜 的物理厚度，它的光学厚度是非常重要的。当光能穿进或穿过一种材料时，它的减少是由 Beer-Lambert来描述的一在薄膜的上层没有被吸收也没有被反射的光能将穿送并到达薄膜 的底层。光谱吸收性的意义物质的吸收性随波长的不同而不同。很显然，短的UV波长 200300nm）会在表面被吸收而根本达不到底层。一般地说，薄膜的厚度是被限制的，对于 基质，粘合力才是应具有的首要特性。即使是光可触发剂也会吸收它所敏感的波长能

8、量，从 而阻碍该波长到达深层的光可触发分子。一种光可触发剂对于清漆涂层适用，但对于油墨也 许并不是合适的选择。对于油墨，对应于较长波长的光触发剂才是较好的选择。除物理厚度 外，光谱吸收性的另一个作用是光学厚度。一个薄膜不可能在一种波长下其光学厚度是厚的， 而在另一种波长下是薄的。即使清漆涂层短波长Q00300nm）下的光学厚度也是倾向于较 厚的。当被固化的产品在UV可固化材料之上包含一层“透明”材料时，其吸收性便阻碍了光 能。这是层压法、透镜粘合、药品装配，当然，还有DVD粘合，所常用的。了解“透明” 材料的光谱传更多涂料资料请参考中国颜料供应商网uv固化原理默认分类2009-03-10 20

9、:45:42阅读392评论0字号：大中小UV是英文Ultraviolet Rays的缩写，即紫外光线，紫外线（UV）是肉眼看不见的，是可见紫色光以外的一段电磁辐射，波长在通常按其性质的不同又细分为以下几段：A真空紫外线（Vacuum UV），波长为10200nmB短波紫外线（UVC），波长为200290 nmC中波紫外线（UVB），波长为290320 nmD长波紫外线（UVA），波长为320400 nmE 可见光（Visible light），波长为 400760 nm紫外线（UV）用于工业生产，一般使用的是长波UV （UVA）。紫外线光（UV）固化是利用光引发剂（光敏剂）的感光性、在紫外线光

10、照射下光引发形成激发生态分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚 合、接技、交联等化学反应达到固化的目的。紫外线高压汞灯将60%的总功率转变为红外辐射，灯管表面温度可升到700-800。为了避免材质过热，紫外光固化装置中采用高功率灯和多灯系统受到 重视，因此装置中一般要采取多种措施来冷却灯管、反射灯罩以及基材。在用于光固化涂料时，要设法调节好温度，一方面要避免材质过热，另一方面又要使 涂层温度有所升高，升高温度有利于固化反应。现常用办法有三种，其一、风冷却，这种方法是现今应用最多的方法，成本较低；其二、水冷却，在灯管外加 装水套，该方法效果好，但成本较高；其三、加装光学片，将红外辐射与

11、固化物隔离，适用于易变形产品。加装反射灯罩，可充分利用UV灯的强度到固化物件表面，反射罩的反光效果，直接影响产品的质量，蓝天特灯公司生产反射罩内部加装进口铝合金全镜 面反光片，比普通反光片反光效果要提高30-40%，能将UV灯90%以上的UV光反射到产品表面，提高工作效率。UV涂料经紫外光辐射后光引发剂被引发，产生游离子基或离子，这些游离基或离子与预聚体或不饱和单体中的双键起交联反应，形成单体基因，这些单体 基因开始连锁反应生成聚合体固体离分子，一个完整的固化过程结束。下面谈谈影响其深层固化的几个因素。一、紫外光能量的影响紫外辐射的深层固化，主要条件是分子必须吸收具有足够能量的光量子后成为激发

12、分子，分解成自由基或是离子，使不饱和有机物进行聚合、接枝、交联 等化学反应，达到固化的目的。其中供给的UV涂料中光引发剂的紫外光能量超过或不足其所需要能量如：1、已知光引发剂需要的紫外光能量为确保彻底固化，供给的能量科学合理地大于其所需的能量属正常。2、不知光引发剂需要的紫外光能量，盲目地超量供给，这种做法不仅浪费能源，还会引起过量固化的负效应，如爆聚、反固化反应等。3、紫外光能量不足时，则紫外光的能量一定要适中，即不能过量也不能不足，已免造成无法完全固化。二、UV涂层厚薄的影响UV涂层的厚薄对紫外固化的效果起着关键的作用，涂层过厚，在同样功率光源的照射下干燥时间相对长，一方面影响UV涂料的干

13、燥，另一方面会使基材 表面温度过高，导致基材变形；涂层过薄，会导致产品表面光泽度差。另UV涂层的厚薄的涂料的色相、温度、固化速度、基材表面等不同条件下需适当进行 调配。三、固化距离的影响紫外灯和反光罩与被照物表面的距离在7-8 cm为最佳固化距离（紫外能量最强），但根据固化基材的不同，一般距离在10-15 cm左右。距离过低，因紫外 灯表面温度很高，基材遇热变形；距离过高，紫外能量小，基材表面不干发粘，固化距离一定要跟基材、涂料、灯管功率等适当调整。四、固化速度的影响根据基材、涂料、固化距离等不同，适当调整设备固化速度，固化速度过快，基材表面UV涂料发粘或表面干而内不干；运行速度慢，基材表面会

14、老化。五、工作环境的影响UV涂料因温度原因粘度变化很大，所以应调整室温，一般15-25C较合适，并且注意印刷时不能受到直射阳光的照射。能量计算如何计算UV能也Ti先从灯管供.应凋姓取沏甘一9相美参数，包拈：汀管线性功率W/cmf 灯管发光长度cm.灯管功率w或者KW-用来考评灯管是酉达到指标，视乎灯管匚径. 搂者计算光强mw/cmcm.公式为灯管线性F率w /cma灯管发光氐度cm*有效uv 光i：； 1 7 %1 0 %/ 1 2 cm a灯管发光长度cmT ip算出来的结果单位为：mW/cnncm.卜一步，计算产品曝光时间,视乎灯忤排放方式，H放按灯管实际发光长度氟单b cm, 单昔).再

15、除以机器运转速度(cm/秒夕).横放按1 2 cm算(甲.泞)H算方法同上, 如果多支灯管排放，则取时间总和.最后计算出U V光坦=光强mW/cm*cm * ltd fill威秒,计算出来的结果 为:mj/cm*cm. 现在通牌N JV检测方法，是测试UV灯管I：作时峰值强度peak值， 匝位为e w / cm*cm 或 mw/cmciTij和UV能鬲密度-曝光氐质J/cE*cm 或者 mj/cm*cm ,峰值强度体现灯tUV射线的案焦和衰减状况-来评估灯管适用性,UV喙 光量(J/cm*cm)是我忙关汁的参数，对涂层回化至洗屯嘉很多情况卜涂层会标定基本的 能量要求,即，涂料阳方设计时设定好的

16、曝光量范围对传送带型UV瞄可以通过调整 速度来控制UV嗥比量广而对于UV灯反光申，可以通过昧上时间补偿或者对u V灯世勘度 调整来达到要求UV能曝光量.更严格来说，通常I：业上根据应用将UV射线分为四个波段UVA UVB UVC UW, K 个UV能量计厂家对波段的定义有钿微或肌UVA (320-390nm), JVB (280-320nm)yUVC (250-260nm)fUW (395-445nm),每种灯管的光谱分布不也 通常在选抒UV能 量计时,要先解/您关注的UV波段是哪-个区域，再作出选择相应的单波段UV能量计 (UVICURE PLUS : j然如果需要更多的信息,或是经常更换不

17、同涂层的应用,选择四波 段的UW能量计(POWER PUCK).据相关文献披露，在保证UV曝光量的ffi提下，LIV机溶在这符设计时.可以采取双灯 混合同化,双灯可以提供独有的同化优规混合4种不问光谱灯管.比如,传送带第 个灯 管用UV日同化表而,防止瓜氧影响表而褶皱形成光滑表面第二个灯管适用UUA也灯 泡,长波长可以更有效渗透实现深区的固化。这种丫法优化涂炽的反成速度.UV曝光能量大小,还受到物距，外部电源电压电流,灯管质量，好的灯管UV有效 光谱可达到N 5%,正棺状态下,物如.取15cm LTr此时距离因子取0.1.故，以公式计 算出来的数据只是表述UV曝光能量落在哪一个范峙，为了得到更

18、加准确的数据，必职时，近 需要修正U V有效光谱参数以及距离因子.化是所计算出来的数据与好的能量计所测虽出 来的数值并不会相差太太，相差1左右还市能够接更能M计生产产家很券有国产的 也有进曰的，W以这样说，不同牌子的能量计所测山来的数据都有芹别，个别牌子甚至落差 很大令人大跌眼睛.这个时候. 口公式凯*算实际uv喙光强度就起到了一个极为重要的参 照作用，山血上一般采用德国产的能量计测量,笔者认为很伯:得推荐,UV固化设备rc ，uv简介, uv是英文Ultraviolet Rays的缩写，即紫外光线紫外线 (UV)是肉眼看不见的，是可见紫色光以外的段电瘾辐就 波长在10400rin的范围.通常

19、按其性质的不同又细为儿 下几段：-a真空紫外线(Vacuum UV),被长为10“200nrnb短波紫外线(UV-C),波长为200-290nmC中波紫外线(UV-B),波长为290-320nmd长波紫外线(UV-A),波惋为320顼0SEe可见光(Visible light) t 波长400-?60nm紫外绑UV)用于工业生产国际I般使用的是R波 UV(UV-A)dJ2. UV固化的意义在特殊配方的树脂中加入光引发剂(或光敏剂)，至 过吸收UV光固化设新中的高强度紫外光后，产生活性EI 由基或离子基，从而引发聚合、交联和接枝反应】使树脂 (UV深料、油黑、粘合剂等)在数秒内(不等)由液态转

20、化为南态口(此变化过程称之为r, UV固化如紫外光固化设务是专供光固化涂料固化用的紫外 线发射较置n 一般光固化镣料有濡加光敏剂的不饱和 聚能捌脂、不饱和酹酸树脂及变形环氟树脂等，紫外 光固化设备有以下的特点：3、UV固化设备的特点心.在常温下固化耐热性差的物件，热容危大的物件均 闭使用S紫外线固化型深料其本质仁是用紫外线固化，不 必直接加热从紫外线灯发射出的光除紫外线外的红外线 部分，会使桐化炉内温度和工件温度上升，需要通过采用 适当的措施使工件的温度技制在5。C以下，因此，梁张、 塑料和木材等均可在短时间内固化。而热容量大的工件的 固化更能节能口固化时间一般在20s以下，降低r设备的占地面

21、秋和 能紫外线设备较为筒.单投资和维护费用较抵UU固化仅话用于透明或半透明的光周化徐料,非透 明深料不能采用UV固化能量效率低紫外线灯泡的输入功率大，而输出的紫 外线的功率小，会出现大髭的热能损失口 一般紫外线灯泡 功率中只有20%转化为紫外线，可见光10%,而红外线 占70%-一般水银灯泡壁的温度能逮到600C以LB 3. UV固化设备的特点要求被潦物形状简单，形状复杂容易产生照射阴影 的物件不易采用，一般情况卜,叩采用铝机对紫外线进行反 射（可反射紫外线的9。以上），以提高紫外线的利用 率及减少照射阴影Q紫外线拜泡发射出的强烈的紫外线，直接照射人体时 会损伤皮肤，技眼睛灼伤*因此UU设济设

22、计时应考虑人 体的防护；另外紫外线行泡在工作时会产生臭氧，会对周 隅的设备产生腐蚀，对人体呼吸系统也有不良影响，紫外线燔的使用寿命一般在S00-1500h,接近后期紫 外线的发生届会减少口 4、UU固化设普除变紫外线固化设备由光源、反射板、UV灯、电源装置、送风排气装置以及防紫外线轴射挡帘组成TTS紫外线光源一般采用水银灯和紫外线日光灯。水银灯是用 若英制成的背子肉部封入少量的水银，在灯管两端的电极 上加上电压使水银气化，水银蒸气花管内放电发光,水银灯 的照射幅度大，便涂层固化时间缩短，生产敖率得到提高 是目前使用最多的紫外线光源，紫处线日光灯是在灯管内表 面壁涂上英光物质，同时封入少量水银，

23、由电极在灯管内部 产生紫外线（主要波K为5537A）,逋过管内荧光物板产车 两次光聚舍后得到合适波长的紫外线不同的荧光物质可使 紫外线的波长发生韭化.由于FI光灯的紫外线强度小，因此 工业生产较少使用口丁旨 4、UV固化设备光裸2政变水银灯内部到入水银的数量：（或称为管内水银蒸 气压,会使水银灯发射的射线光谱发生变化。按照水果 蒸气压的不同，水银灯戚分为低压（蒸气压为13.3Pa）、 中压（蒸气压为13.3Pa-0.1MPaJ、高压（蒸气压为（0-1-1-0） MPa）及超鬲压（蒸气压为（1-040-0） MPa） 等水根:灯的强度一般用灯的功率来表示，一般为$0W/cm. 12QW/GH1 或 16QWSmUV灯的功率即UV灯光的辑射能量，也称穿透力，它 一定耍满足UV光油吸收的光谱波长及功率密度的要求.若 UU可的功率不够，即使光照时闾再长，过UV同化装置的 故费再多*产品也达不到完全固化-相反还会使UV光油 表层老化、封闭、变脆等，同时光油的附着力也