UV固化基础知识

UV固化基础知识
一、UV概念
UV 是紫外线的英文（Ultra-Violet Ray）缩写，工业用UV 光源光谱范围是200nm-450nm，以365nm为中心。

按波段的不同，分别为UV-A，UV-B，UV-C各具有不同的用途。

1、低压UV灯管即杀菌灯则主要用于杀菌消毒，另外UV-B还主要用于紫外线检验，医疗治疗等。

2、强紫外线高压水银灯由高品质的纯石英管材制造而成，使紫外线能高程度及大量的穿透，其弧长度/发光长度可由5厘米至300厘米不等，常见功率为每厘米30W至200W，超大功率UV灯一般在每厘米200W或以上操作，该灯光谱有效范围在350-450nm之间，主波峰为365nm，有700多个品种，功率由100w-25kw.
二、UV固化
UV固化在英文中称UV Curing 或UV Coating，UV固化是光化学反应，即液态的UV照射可固化材料经印刷或涂布到承印物或工件表面，经UV光线照射实现硬化的过程，UV固化与传统的干燥过程相似，但原理不同，传统的干燥一般借助于涂敷材料中溶剂的挥发而形成硬化，而UV固化交联则无溶剂挥发。

Ultraviolet，简称UV，即紫外线，紫外线灯管则简称UV灯管。

三、UV灯
UV灯为气体放电灯，气体放电灯分为弧光放电和辉光放电，UV固化中常用UV灯为弧光放电灯，其工作原理是：在真空的石英管中加入定量的高纯汞（水银），通过对两端电极提供电压差（压降），产生离子放电，从而产生紫外线辐射。

四、UV灯的强度
UV灯的强度取决于UV灯管的功率密度，一般常用规格有：
80W /cm 即200W/inch
120W /cm 即300W/inch
160W /cm 即400W/inch
240W /cm 即600W/inch
五、UV组件的选择
要保证UV灯正常良好工作需保证以下要素：A.选择匹配的点灯电源，所配套漏磁变压器/电容器要与UV灯所需电压/电流相符，漏磁变压器的额定功率/二次电压/工作电流/绝缘系数/耐压程度和电容器的容量/耐压/可冲放电次数，直接决定了UV灯管的发光效率/稳定性和寿命；B.适配风机要与UV灯功率吻合，注意：不可以用强风对灯管表面送风冷却，否则灯管表面温度过低会造成灯管灭弧熄灯。

C.选择适合的反射罩：UV灯罩定制的标准灯罩为聚光灯罩。

六、UV灯的寿命一般指其能维持足够的能量进行操作的时间，在此期间其能量逐渐衰减直至低于可接受的范围为止，一般情况标准的UV灯能放射足够的UV能量达800小时.UV固化广泛用于竹木地板、家具、装饰材料、印刷、印铁制罐、塑胶涂装、标牌、电路板、光盘等行业；也是半导体、电子元件、液晶等粘接固化的理想光源.
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，产生活性自由基或离子基，从而引发聚合、交联和接枝反应，使树脂(UV涂料、油墨、粘合剂等)在数秒内（不等）由液态转化为固态。

(此变化过程称之为＂UV固化＂)
可见光的短波长侧有紫外线（Ultraviolet radiation 简称UV）区域，波长范围100~400nm。

紫外线区域根据国际照明委员会(CIE)和国际电工委员会（IEC）可分为以下波长域： UV-A: 315~400nm
UV-B: 280~315nm
UV-C: 100~280nm
UV-V: 390 nm 以上
（UV-C的波长范围在生物学，医院，化学等学科中还没有得到统一）
根据光子能E=h/λ式（h常数，λ光波长），波长越短光子能越高。

能量较低的UV-A具有光化学作用，所以也称化学线。

UV-A用于有机物的合成、涂料或接着剂的UV固化等领域。

UV-B 对生物的作用效果大，能引起红斑作用及色素沉着等，所以也称生物线。

UV-C是远紫外线。

因为波长短能量大，具有杀菌作用，能分解分子的结合。

对UV胶水的固化，只有UV-A有较强的效果。

紫外线UV固化胶水在波长365nm—400nm的紫外线光照射下能迅速固化,从而发挥应有的接着强度.
UV固化装置由光源系统、通风系统（就是风扇）、控制系统(数字显示定时器)、箱体几个部分构成。

UV光源系统
它由UV灯管、灯罩、变压器(镇流器)、电容器(触发器)组成。

1．UV灯管
目前市场上的UV灯分高压汞灯和金属卤素灯两种。

国内设备普遍采用高压汞灯，进口设备有一部分采用金属卤素灯。

(建议使用金属卤素灯)
(1)、UV灯功率的选择。

UV灯的功率即UV灯光的辐射能量，也称穿透力。

首先，它一定要满足UV油墨(光油)吸收的光谱波长及功率密度的要求。

若UV 灯的功率不够，即使光照时间再长，过UV固化装置的次数再多，产品也达不到完全固化。

相反，还会使UV油墨(光油)表层老化、封闭、变脆等，同时油墨(光油)的附着力也不好，会使叠印的层间结合力差。

因为低功率的UV灯光不能穿透墨层底部，使底部未固化或固化不充分。

2、UV灯功率一般要满足80～120W／cm的要求，但功率越大热量也会越大，因此要根据固化物和固化速度不同来选择功率。

UV灯的强度
UV灯的强度取决于UV灯管的功率密度，一般常用规格有：
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灯(高压汞灯)的最大寿命一般为800 — 1000小时，达到后即应更换，因为到此时段的UV灯所发射的紫外光线的强度变弱，会影响固化效果。

同时建议在使用期内根据生产环境(空气的含尘量)不同，在适当时间用无水乙醇清洁灯管表面及反射罩表面的反射板，再将UV灯管转90°。

这样有利于UV射线全部有效辐射到UV油墨或光油。

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反射罩的类型有聚焦型、非聚焦型和多面反射型。

一般采用的是聚焦型。

这种反射罩的结构特点是反射的UV光线能量集中，光固化的效率高，有利于厚墨层的油墨固化，可使油墨的深层完全固化。

3.变压器
变压器的选择必须与UV灯的功率相配，即变压器必须有足够的输出电压，以保证UV灯能全功率工作。

如果输出电压过高会使灯管烧毁；而输出电压过低，灯管又不能全功率工作，从而使紫外线输出强度不足。

4．电容器
电容的选择应与灯管和变压器相配套，根据变压器的输出电压选择所用电容的耐压程度。

如果选择不当则会使电容击穿，影响到UV固化装置的正常工作。

UV组件的选择
要保证UV灯正常良好工作需保证以下要素：A.选择匹配的点灯电源，所配套漏磁变压器/电容器要与UV灯所需电压/电流相符，漏磁变压器的额定功率/二次电压/工作电流/绝缘系数/耐压程度和电容器的容量/耐压/可冲放电次数，直接决定了UV灯管的发光效率/稳定性和寿命；B.适配风机要与UV灯功率吻合：排风量=150立方米/小时.千瓦*UV灯功率（KW），注意：不可以用强风对灯管表面送风冷却，否则灯管表面温度过低会造成灯管灭弧熄灯.C.选择适合的反射罩：市场上UV灯罩定制的标准灯罩一般分为聚光灯罩和平行光灯罩。

UV灯管经常发生的十二大问题
一、UV灯管有雾状产生是什么原因？如果是管内有雾状就是：（1）石英管材的问题、即脱羟不好。

（2）或在生产过程中排气不好。

（3）再就是充进的气体纯度不够。

如果是管外有雾状则是：油墨、光油的气体挥发物附着在管壁上，可定期用酒精等溶剂擦试。

二、UV灯变形的主要原因，变形后有什么不良反应？UV灯变形的主要原因是温度过高，轻微变形不影响正常使用，但寿命会缩短很多，严重变形会使灯管某侧管壁变薄而破裂。

检查风机是否损坏或是排风管道过长造成排风不畅。

三、UV灯管内有一块一块的晶体吸附是怎么回事？UV灯制做过程中，石英管材清洗不干净有杂质。

四、UV灯管变形成泡状、爆裂怎么回事？就是局部温度过高、或是因为石英管壁局部过薄造成的，检查排风系统是否通畅。

五、UV灯管金属头总是熔化烧坏是什么原因？a)金属灯架时间久了，铜架氧化，局部接触不良造成电流过大，打火造成熔化。

b)新灯熔化就是因为UV灯金属头与灯架接触不良，虚接造成打火溶化。

检查灯架的铜接点是否氧化，检查弹簧是否有弹力。

六、UV灯管使用几小时就不能点亮（灯完好无损）是什么原因？如果是金属卤素灯就是因为卤化物配比度不合适，或者变压器输出过低，或是灯的管压过高。

如果是水银灯可能就是电极原因或是灯管的内在质量问题，或是灯已漏气。

七、UV灯两端发黑是怎么回事？是电极粉剥落，附着在管壁上，但用到寿命是正常的，用到一至二百小时，就出现这种情况就不正常了。

八、UV灯在使用中突然曝裂是什么原因？a)电流过大（如电容线路短路）b)吸风时有脏东西打在管壁上。

c)电极钼铂等封接不良。

九、UV灯在使用过程总是压降、不能回升是怎么回事？a)排风过大b)冷端电极温度上不来。

c)变压器、电容器和灯管的电参数不匹配。

d)网络电压过低，造成变压器输出电压过低。

十、UV灯使用300-500小时后，为什么在管壁就出现象手纹一样的花纹？a)安装时用手摸过灯管壁会用成这种现象。

b)壁内侧有则是做灯时，石英管清洗不够净。

十一、UV灯管电流电压均正常，但发光不正常、暗淡呈绿黄色是何原因？（1）灯管功率参数不对。

（2）灯管有慢漏现象。

（3）灯管在制作时排气不净。

（4）变压器配小了。

十二、UV灯管第一次能点亮正常关闭，但以后再也点不亮了是怎么回事？如果电容器、变压器均为完好，且线路畅通，没有接触不良现象（灯管两端有电压）的情况下，就是灯管自身问题，一般是电极出现问题，或是灯已漏气。

UV灯管使用小窍门
首先要避免过于频繁的灯的冷启动。

当一支灯管在点亮开始阶段，内部电压很低。

两端电极在这段时间会发射出钨，这就会使灯管内部产生许多点状污染物，成为灯管过早损坏的原因之一。

所以，应该在高电压的条件下点灯，而减短点灯时间。

过于频繁点灯还会导致灯管两端过早变黑，逐渐影响到灯管主体部分也会变黑，最后导致灯管输出功率降低。

因为上述原因，我们建议在任何可能情况下，尽量一次点灯做完所有工作。

检查反射罩及冷却系统为了保持灯管及机器的最大功率，应经常检查机器的反射罩是否干净，是否因为灯管的辐射热而变形，并且应定期更换反射罩。

阻塞的过滤器及堆积在送风机扇叶上的污垢会阻挡风的流动并降低冷却效果。

而如果灯管工作温度过热，就将导致工作电压及输出功率降低。

所以应定期更换过滤器及清洗送风机扇叶，这不但会有效地改善冷却环境，并且可以防止灯管下垂。

有时灯管在不被察觉的情况下已经下垂，所以定期旋转灯管也将有利于保持灯管形状。

小心安装灯管为了延长灯管寿命，应谨慎遵循安装说明。

例如：应避免在灯管上留有手指油污。

安装人员应用纸巾清洁或配戴手套。

我们也建议用酒精擦拭灯管表面来保持其清洁。

确保灯管两端与机器连接紧密而不腐蚀也十分重要。

如果机器设计是采用弹簧套来安装灯管时，则必须确保弹簧套的形状良好，弹簧张力适度及灯管表面清洁。

在机器运行过程中，灯管的热量可能会使反射罩膨胀，缩短或弯曲，所以不能将灯管安装过紧，从而让反光罩的变化影响到灯管，以造成灯管的破裂。

如果灯管两端没有引线端子，安装时应更加小心。

如果机器是采用金属夹装置与灯管连接，那么应保证这段连接部分紧密而且干净。

通常，大多数的机器生产厂商会给这样的装置留有一些伸缩余地。

显然，如果机器是采用弹簧夹装置灯管，那就必须保证其弹簧片良好的弹性。

而大多数时候采用这种装置类型的灯管都属于小型曝光灯，那也就不会涉及到膨胀变形的问题了。

设置UV光固化最佳速度的两点注意
最佳速度选择方法：将产品先以某一速度通过UV光固化装置，如果固化了，再加快速度，直到通过固化装置的产品刚刚不能彻底固化为止，这时的速度乘以0.8就是最佳速度。

要注意uv灯的使用时间，随着uv灯使用时间的延长，能量就会衰减，速度也要随之调慢，尽量及时更换新的uv灯管。

UV灯的参数特性
UV灯可以用四个特性联系起来：UV光谱分布，辐射度，辐射量和红外辐射。

1. 光谱分布它描述作为灯管发射波长功能之一的辐射能量或到达表层的辐射能量的波长分布。

它常用一个相关标准化的术语来表达，即nm。

2. UV辐射强度辐射强度是到达表面单位面积内的辐射功率。

辐射强度，以每平方厘米瓦特或毫瓦特来表示。

它随灯管的输出功率、效率、反射系统的聚焦以及到表面的距离不同而不同。

直接置于UV灯下的高强度、峰值聚焦功率参考为“峰值辐射度”。

辐射强度包括了所有有关电源功率，效率，辐射输出，反射率，聚焦灯管的尺寸及几何形状的因素。

由于UV可固化材料的吸收特性，到达表层以下的光能量要比表层的要少。

在这些区域的固化条件可能有显著不同。

光学厚度厚的材料可能会减少光效率，从而导致材料深层的固化不充分。

在油墨或涂层里，表面较高的辐射强度会提供相对较高的光能量。

固化的深度更多地是被辐射度影响而不是较长的固化时间（辐射量）。

高辐射度允许使用较少的光引发剂。

光子密度的增加增多了光子—光引发剂的碰撞，从而补偿了光引发剂浓度的降低。

这对于较厚的涂层会有效，因为表层的光引发剂吸收和阻碍了同一波长到达深层的光引发剂分子。

3. UV辐射能量辐射能量表示到达承印品表面单位面积的光子总量（而辐射强度则是到达的速率）。

在任一指定光源下，辐射能量与固化的速度成反比而与固化的时间成正比。

辐射能量是辐射强度的时间累积，以每平方厘米焦耳或毫焦耳表示，（遗憾的是，没有有关辐射强度或光谱内容换为以辐射能量测量的信息，它仅仅是被曝光表面能量的累积。

）它的意义在于它是唯一包括了速度参数和固化时间参数的特性显现。

4. 红外辐射密度红外辐射主要是由UV光源发射出来的红外能量。

红外能量和UV能量一起被收集并聚焦在工作表层。

这决定于IR的反射率和反射器的效率。

IR能量可以被转换为辐射能量或辐射强度的单位。

但通常，它所产生的表面温度才是被注意的重要之处。

它所产生的热量可能有害也可能有益。

结合UV灯解决温度与IR之间关系的技术有许多。

可以分为减少发射，传送和控制热量转移。

发射的减少通过使用小直径的灯管来实现，因为石英管壁发射几乎所有的温度。

传递的减少可通过在灯管后面使用分色的石英材料反射器（反射紫外过滤红外）来实现；或在灯管与目标之间使用分色的石英材料的隔热镜（隔绝红外放射紫外）。

热量移动降低了承印品的温度，在IR引起了温度升高之后方可使用冷气流或散热装置来控制热量的移动。

IR能量的吸收由承印材料本身决定—油墨、涂层或基片。

印速对于印品表面吸收的IR能量有重大影响。

速度越快，被吸收的IR能量越少。