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光固化原理解析:紫外线(UV)光源系统

1、系统简介UV光源系统包括灯管、反射罩、能量控制装置、温度控制装置(或称冷却装置)。
UV光源所使用的灯管,最常用的种类为内部填充水银的水银灯管(MercuryLamp),有时候会添加其它的金属,例如镓(Gallium)。另外金属卤素灯管,及石英灯管(quartzlamp)也是常用的种类。UV灯管所发出的电磁波长须介于200~400nm之间。反射罩主要的功能为将UV电磁波反射回来,以增加UV的光源效率,另一个重要功能为维持灯管的工作温度。反射罩表面通常为铝制,反射率的要求通常需高达90%。反射罩的基本型式有两种,一为聚焦型,另一种为散焦型,随制造商的发展,又有其它的延伸型式。
能量控制装置的主要功能为控制UV灯管所发射出的UV能量,以维持硬化的效率及稳定,配合不同印刷速度的需求。有电子式设计,也有微电脑控制。
由于UV灯管发出UV电磁波时,也会发出IR(红外线波),使得UV设备在高温中运作(例如石英灯管的温度可达600~800OC),如此除了会缩短uv设备的寿命外,对印刷品也容易引起伸缩的情况,导致印刷时规位无法套准,所以冷却装置的重要性可见一斑。
2、光固化分析UV固化材料预期性能的获得,不管是保护胶、油墨、还是粘合剂,将依赖于UV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
(performance)的不同。
波长的重要作用
大多数UV固化包含了两种范围的波长同时工作(假如包含IR,3个)。短波长工作于表层,长波长工作于油墨或涂层的深层。这个定理是由于短波长在表层被吸收而不能到达深层的结果。短波曝光的不足会导致表面发粘;长波能量的不足则会导致粘附不良。每一个配方和薄膜的厚度都会从一个恰当的短、长波长能量速率中得到益处。
最基本的汞灯在这两个范围内发射能量,但它在短波长下的强烈发射使它特别适合于涂层和薄油墨层。高吸收性的材料,比如粘合剂和丝网油墨,它们的配方更适合于使用长波光触发剂的长波固化。用来固化这些材料的灯管,包含了添加剂以及汞,这种灯在长波UV下发射的UV更多一些。这些长波灯管也辐射一些短波能量,从而足以应付表层的固化。
许多极特殊的应用,比如对大量含有氧化钛这种颜料添加剂的材料进行固化,或需要穿过塑料、玻璃进行固化,就必须长波固化,因为这些材料几乎完全阻碍了短波。