UV膠固化的介紹及原理

1、UV膠固化的介紹及原理aaauvataaaa 整理：Hosun什么是UV?UV是英文Ultraviolet Rays的縮寫,即紫外光線.紫外線(UV)是肉眼看不見的,是可見紫色光以外的一段電磁輻射,波長在10400nm的范圍. UV固化的原理在特殊配方的樹脂中加入光引發(fā)劑（或光敏劑），經(jīng)過吸收紫外線（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)。(此變化過程稱之為UV固化)。 UV膠的應(yīng)用范圍UV光輻射物理性質(zhì)類似于可見光，都具有直線性，其穿透力卻遠(yuǎn)不及可見光，波長越短，穿透力越差，

2、故此UV固化主要應(yīng)用于光線能夠直接射到的表皮面或透光性較好的內(nèi)層固化。a. U燈產(chǎn)生UV的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的IR輻射熱，對于溫度影響不大的工件，這一輻射熱是有益的，它可以加速光固化的反應(yīng)速度，尤其對于UV厭氧混合型的膠料，效果更為明顯。應(yīng)用范例：木制地板、金屬制品等的UV涂裝；印制線路板中UV絕緣涂層；玻璃制品的UV膠合。b. 對于溫度的影響較敏感或耐溫性較差的光固化工件，傳統(tǒng)UV燈產(chǎn)生的UV中附帶的IR輻射熱，對其卻是一大危害甚至是致命的。降低IR輻射熱是目前世界各國制造UV固化設(shè)備的前沿課題之一，一般是采用水冷、反射、分頻過濾等方法來加以解決，但代價(jià)是必須損失部分的紫外光功。應(yīng)用范例：各種P

3、VC(如IC卡)、塑膠片、柯式（網(wǎng)點(diǎn)）UV 油印刷、紙張類特殊印制（冰花）、計(jì)算機(jī)鍵盤的印制 UV 固化技術(shù)UV 固化材料的物理性能實(shí)質(zhì)上是受用來固化它們的烘干系統(tǒng)的影響的。預(yù)期性能的獲得，不管是保護(hù)膠、油墨、還是粘合劑，將依賴于這些燈管的參數(shù)、設(shè)計(jì)和控制的方法。 UV 燈四個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是： 1.UV輻射度(或密度)2.光譜分布(波長) 3.輻射量(或UV能量) 4.紅外輻射。 相對于最大輻射度或輻射量，以及不同的 UV 光譜，油墨和保護(hù)膠將會(huì)展現(xiàn)出很大不同的特性。鑒別不同的 UV 燈管特性并使它們與可固化材料的光學(xué)特性相匹配的能力，擴(kuò)展了把 UV 固化作為一種快速、高效的生產(chǎn)過程的范圍。 有

4、許多固化系統(tǒng)的光學(xué)和物理性能（除它本身的組成之外）影響固化效果，從而導(dǎo)致了 UV 固化材料外觀特性（ performance ）的不同。 被固化材料的特性 一只 UV 燈管的效率，決定于發(fā)射光子進(jìn)入可固化材料以啟動(dòng)光可觸發(fā)分子的難易程度。 UV 固化決定于光子分子的碰撞。光可觸發(fā)分子通過材料均勻地?cái)U(kuò)散，但光子卻不同。除 UV 光源的特質(zhì)外，被固化的薄膜還有光學(xué)及熱動(dòng)力學(xué)特性。它們與輻射能量互相作用，對固化的過程產(chǎn)生了重大影響。 光譜吸收率：能量是物質(zhì)在逐漸增加的厚度內(nèi)吸收進(jìn)波長的作用。表面附近吸收的能量越多，意味著深層得到的能量越少。但這種情況隨波長的不同而不同。總的光譜吸收率包括所有來自于光

5、觸發(fā)劑，單分子物質(zhì)，齊聚體以及添加劑包括顏料的影響作用。 反射和散射：相對與吸收，光能更多地是被物質(zhì)（或在物質(zhì)內(nèi)）改變方向；這一般是由于可固化材料中的基質(zhì)材料和 / 或色素引起的。這些因素減少了到達(dá)深層的 UV 能量，但卻改進(jìn)了在反應(yīng)之處的固化效率。 光學(xué)密度：與吸收相似，它由“不透明度”和薄膜的厚度兩個(gè)因素構(gòu)成；包括吸收和散射的光稀釋作用；用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字來表示，而不是作為光譜的分布。 擴(kuò)散性：一個(gè)熱動(dòng)力學(xué)特性包含特定的熱量，傳導(dǎo)性和密度；材料“擴(kuò)散”、接受熱量的能力；影響由表面驟然進(jìn)入的紅外能量而導(dǎo)致的薄膜和基質(zhì)的溫度的升高。 紅外吸收率：溫度對固化反應(yīng)的速率有著重大的影響；盡管反應(yīng)中的溫

6、升也對溫度有作用，但來自于 UV 燈管的輻射（ radiant IR ）才是表面熱量的根本源頭（不是從周圍的空氣或大氣中傳輸?shù)臒崃浚?。過大的溫度升高是影響固化過程的重要限制因素之一。 光學(xué)厚度涂層和油墨 由于不透明度或色彩強(qiáng)度是我們需要的特性這一事實(shí)，油墨和顏料涂層提出了特殊的問題。粘合劑通常也提供相對厚的薄膜。不同于一個(gè)薄膜的物理厚度，它的光學(xué)厚度是非常重要的。當(dāng)光能穿進(jìn)或穿過一植牧鮮保募跎偈怯葿 eer Lambert 來描述的在薄膜的上層沒有被吸收也沒有被反射的光能將穿送并到達(dá)薄膜的底層。 光譜吸收性的意義 物質(zhì)的吸收性隨波長的不同而不同。很顯然，短的 UV 波長（ 200300nm ）

7、會(huì)在表面被吸收而根本達(dá)不到底層。一般地說，薄膜的厚度是被限制的，對于基質(zhì)，粘合力才是應(yīng)具有的首要特性。 即使是光可觸發(fā)劑也會(huì)吸收它所敏感的波長能量，從而阻礙該波長到達(dá)深層的光可觸發(fā)分子。一種光可觸發(fā)劑對于清漆涂層適用，但對于油墨也許并不是合適的選擇。對于油墨，對應(yīng)于較長波長的光觸發(fā)劑才是較好的選擇。除物理厚度外，光譜吸收性的另一個(gè)作用是光學(xué)厚度。一個(gè)薄膜不可能在一種波長下其光學(xué)厚度是厚的，而在另一種波長下是薄的。即使清漆涂層短波長（ 200300nm ）下的光學(xué)厚度也是傾向于較厚的。 當(dāng)被固化的產(chǎn)品在 UV 可固化材料之上包含一層“透明”材料時(shí)，其吸收性便阻礙了光能。這是層壓法、透鏡粘合、藥品

8、裝配，當(dāng)然，還有 DVD 粘合，所常用的。 了解“透明”材料的光譜傳播特性，以選擇穿過它們進(jìn)行固化的最有效的光譜是很重要的。一般情況下，長波長 UV 燈的選用，結(jié)合長波長的光觸發(fā)劑，是通過象 PC 這樣的材料進(jìn)行成功固化的關(guān)鍵。 波長的重要作用 大多的 UV 固化包含了兩種范圍的波長同時(shí)工作（假如包含 IR ， 3 個(gè)）。短波長工作于表層，長波長工作于油墨或涂層的深層。這個(gè)定理是由于短波長在表層被吸收而不能到達(dá)深層的結(jié)果。短波曝光的不足會(huì)導(dǎo)致表面發(fā)粘；長波能量的不足則會(huì)導(dǎo)致粘附不良。每一個(gè)配方和薄膜的厚度都會(huì)從一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩?、長波長能量速率中得到益處。 最基本的汞燈在這兩個(gè)范圍內(nèi)發(fā)射能量，但它在

9、短波長下的強(qiáng)烈發(fā)射使它特別適合于涂層和薄油墨層。高吸收性的材料，比如粘合劑和絲網(wǎng)油墨，它們的配方更適合于使用長波光觸發(fā)劑的長波固化。用來固化這些材料的燈管，包含了添加劑以及汞，這種燈在長波 UV 下發(fā)射的 UV 更多一些。這些長波燈管也輻射一些短波能量，從而足以應(yīng)付表層的固化。 許多極特殊的應(yīng)用，比如對大量含有氧化鈦這種顏料添加劑的材料進(jìn)行固化，或需要穿過塑料或玻璃進(jìn)行固化，就必須長波固化，因?yàn)檫@些材料幾乎完全阻礙了短波。 UV 燈的參數(shù)特性 影響固化的 UV 燈性能，可以完全準(zhǔn)確地用四個(gè)特性了解起來： 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(fā)射波長功能之一

10、的相輻射能 量或到達(dá)表層的輻射能量的波長分布。它常用一個(gè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的術(shù)語來表達(dá)。為了顯示 UV 能量的分布，可以把光譜能量合并為 10nm 的頻譜帶以形成一個(gè)分布表。這樣便允許不同 UV 燈之間的對比以及更易于光譜能量和功率的計(jì)算。燈管生產(chǎn)商們公布它們產(chǎn)品的光譜分布數(shù)據(jù)。 在線檢測使用多譜帶射線探測儀來使光譜輻射度或輻射量特性化。他們通過對在相對狹窄（ 2060nm ）的頻帶中的輻射能量的采樣以獲得對光譜分布有用的相對信息。由于不同廠商的射線探測儀的構(gòu)造不同，對它們做相互比較是有可能的，但很困難。現(xiàn)在還沒有這樣的標(biāo)準(zhǔn)以使型號、廠家之間進(jìn)行比較。 2 UV 輻射度（ Irradiance ）：輻

11、射度是到達(dá)表面單位面積內(nèi)的輻射功率。輻射度，以每平方厘米瓦特或豪瓦來表示。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。（它是燈管及幾何形狀的特性，故與速度無關(guān)。）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，聚焦燈泡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（或者高吸收性，或者物理結(jié)構(gòu)厚，或者兩者有之）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，表面較高的輻射度會(huì)提供相對覺高的

12、光能量。固化的深度更多地是被輻射度影響而不是較長的曝光時(shí)間（輻射量）。輻射度的影響對于高吸收性（高不透明度）的薄膜更重要。高輻射度允許使用較少的光觸發(fā)劑。光子密度的增加增多了光子光觸發(fā)劑的碰撞，從而補(bǔ)償了光觸發(fā)劑濃度的減少。這對于較厚的涂層會(huì)有效，因?yàn)楸韺拥墓庥|發(fā)劑吸收和阻礙了同一波長到達(dá)深層的光觸發(fā)劑分子。 3 UV 輻射量 到達(dá)表面單位面積的輻射能量。輻射量表示到達(dá)表面的光子總量（而輻射度則是到達(dá)的速率）。在任一給定光源下，輻射量與速度成反比而與曝光的數(shù)量成正比。輻射量是輻射度的時(shí)間累積，以每平方厘米 Joules 或轉(zhuǎn) miliJoules 表示，（遺憾的是，沒有有關(guān)輻射度或光譜內(nèi)容換為

13、以輻射量測量的信息，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(shù)和曝光時(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 源的石英泡發(fā)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(zhuǎn)換為輻射量或輻射度單位。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?減少發(fā)射，傳送和控制熱量移動(dòng)。發(fā)射的減少通過使用小直徑的燈泡來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檎?hot quartz 的表面區(qū)域發(fā)射幾乎所有的 IR

14、。傳遞的減少可通過在燈管后面使用分色的反射器（ cold mirror ）來實(shí)現(xiàn)；或在燈管與目標(biāo)之間使用分色窗（ hot mirror ）。熱量移動(dòng)降低了目標(biāo)的溫度但僅僅是在 IR 已引起了溫度升高之后可使用冷氣流或散熱裝置來控制熱量的移動(dòng)。 IR 能量的吸收由材料本身決定油墨、涂層或基片。速度對由入射的 IR 能量及工作表面吸收的能量引起的溫度有重大影響。過程越快，被吸收的 IR 能量越少，引起溫度升高?？赏ㄟ^改進(jìn)效率來加快生產(chǎn)的過程。 - 譯自 TapeDisc 附 UV 烘干技術(shù)資料 1 大部分的 UV 光線包含兩種 UV 波長，這兩種波長同時(shí)工作。短波工作在表面，較長的波作用于油墨或

15、Lacquer 深層。這是由于短波的能量被表面吸收而不能進(jìn)入深層。短波曝光不足會(huì)引起表面發(fā)粘，而長波能量的不足則可能導(dǎo)致附著困難。 2 CD 生產(chǎn)中的 UV 烘干用于兩方面即保護(hù)膠烘干和印刷油墨烘干。 a 保護(hù)膠：保護(hù)膠的覆蓋幾乎都是通過噴射旋轉(zhuǎn)（ spinning ）這種方式進(jìn)行的。然后在 UV 下曝光。曝光的方式有許多種，大致可分為：旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)方式；聚焦、離焦或無焦點(diǎn)方式。 b 旋轉(zhuǎn)方式： 這種方式是把 DISC 固定在 UV 燈下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，置它的表面于在焦或離焦 UV 燈的一定距離內(nèi)。盡管旋轉(zhuǎn)方式好像是一個(gè)對 DISC 表面提供均勻曝光的好方式，但也不盡然。假如 UV 燈在焦點(diǎn)之內(nèi)或焦點(diǎn)附近，一條強(qiáng)光線將會(huì)穿過 CD 的中心。當(dāng)光盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中心持續(xù)曝光，而邊緣只接受到兩個(gè)短時(shí)的“閃照（ burst ）” UV 光。這會(huì)導(dǎo)致邊緣烘干不好。更多可參看：bbb:/aaa21jxhgaaa/jnym/jszl/200512/5567.shtmla真空紫外線（Vacuum UV）， 波長為10-200nm b短波紫外線（UV-C），波長為200-290nm c中波紫外線（UV-B），波長為290-320nm d長波紫外線（UV-A），波長為320-400nm e可見光（Vi