淺談UV照射裝置

          發(fā)布時(shí)間:2024-03-12 點(diǎn)擊:129
          1 uv在印刷上的應(yīng)用
          近年來,利用光能產(chǎn)生物性變化的感光樹脂不斷地被開發(fā)出來,迅速地應(yīng)用在印刷油墨、涂料、粘結(jié)劑或者光致抗蝕油墨等方面。隨之而來的,是廣泛應(yīng)用的uv技術(shù)越來越向多個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展。uv照射裝置根據(jù)被照射物的種類和印刷涂布的條件的不同,其照射方式和照射條件完全相異。
          紫外線通常稱做uv,uv是ultra violet之略,屬于電磁波(光波)的一種,一般系指10nm~400nm范圍的電磁波。與可見光相比,其光子具有的能量高,照射到被照射物上,能量可將化學(xué)結(jié)合鍵切斷或?qū)崿F(xiàn)化學(xué)結(jié)合。
          在印刷上使用的uv油墨的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下:
          優(yōu)點(diǎn):油墨瞬間固化(生產(chǎn)效率提高),可免噴粉;
          墨膜強(qiáng)度與油性油墨相比高很多;
          帶異味的氣體排放量小(無溶劑)。
          缺點(diǎn):油墨價(jià)格高;
          需使用專用的印刷材料(墨輥、印版、清洗劑等);
          油墨對(duì)皮膚有刺激性。
          2 uv燈的種類
          uv燈根據(jù)點(diǎn)燈時(shí)燈內(nèi)部的壓力大小,可大致分為低壓放電燈、高壓放電燈和和超高壓放電燈。這里介紹典型的高壓放電燈,包括水銀燈和金屬鹵素?zé)簟?br> 1)水銀燈
          其發(fā)出的照射光波波長(zhǎng)范圍在200~450nm,以365nm為主波長(zhǎng),在254nm、313nm、405nm和436nm處具有較強(qiáng)的線光譜。
          2)金屬鹵素?zé)?br> 根據(jù)燈中密封加入的碘化物的不同,可基本分為fe系(a型)和ga系(b型)。
          fe系金屬鹵素?zé)綦m然與水銀燈具有基本相同的照射能量分布,但在365nm處其照射效率得到改善,而在300nm以下照射效率不如水銀燈。
          ga系是按照在400nm附近具有強(qiáng)照射能量的要求設(shè)計(jì)的。
          根據(jù)發(fā)光燈管材料的不同,還可分為臭氧型金屬鹵素?zé)艉头浅粞跣徒饘冫u素?zé)簟?20nm以下波長(zhǎng)的uv光遇到空氣中的氧氣會(huì)產(chǎn)生臭氧。由于臭氧型金屬鹵素?zé)舻臒艄懿牧蠟槠胀ㄊ⒉牧希?20nm以下波長(zhǎng)的光也可通過。而非臭氧型金屬鹵素?zé)羝錈艄懿捎锰厥馐⒉牧现瞥桑瑢?duì)于230nm以下波長(zhǎng)的光線禁止通過,從而可以控制臭氧產(chǎn)生。[next]
          3 uv燈的選擇
          uv光波長(zhǎng)越短照射穿透深度越淺,波長(zhǎng)越長(zhǎng)則穿透深度越深。此外波長(zhǎng)越短的能量越大。
          選擇uv燈時(shí),首先必須確認(rèn)所用的油墨、涂料、粘結(jié)劑等uv固化涂料的主吸收波長(zhǎng)是多少。一般來講,不含顏料成份的光油等選擇水銀燈;含顏料成份的油墨等選擇a型金屬鹵素?zé)簦籦型金屬鹵素?zé)舫1挥糜谥瓢娴扔猛尽?br> 采用多盞uv燈的場(chǎng)合,為了提高uv固化后涂布材料的表面粘性,有時(shí)承印表面經(jīng)a型金屬鹵素?zé)粽丈浜筮€使用水銀燈照射。
          此外,一般采用對(duì)uv固化有利的臭氧型金屬鹵素?zé)簦紶栆灿胁捎梅浅粞跣蛈v燈的(即當(dāng)臭氧會(huì)對(duì)涂料及承印物造成不利影響的場(chǎng)合)。
          上述做法是就一般情況而言的。近年來各種各樣的固化涂料被開發(fā)出來,原料和固化條件不同就會(huì)出現(xiàn)與上述一般情況不同的做法。無論如何,必須要按照所用的固化材料,選擇相應(yīng)的uv燈。
          4 uv照射裝置
          uv照射裝置主要包括:①uv燈;②安放uv燈用的、帶有反光板(反光板能有效提高uv光對(duì)被照射面照射效能)的uv照射燈座;③啟動(dòng)uv燈的電源裝置;④冷卻裝置。此外,有時(shí)還包括作為附屬器材的搬運(yùn)裝置。
          1)uv照射燈座
          uv照射燈座的作用已如前所述。選擇uv照射燈座應(yīng)根據(jù)uv燈的安裝、uv光的強(qiáng)度、積分光量、被照射物溫度條件、處理速度、利用附屬器材實(shí)現(xiàn)的對(duì)uv裝置的設(shè)置方面的制約條件等照射條件,來確定選用何種反光板、照射方式、冷卻方式以及是否配置遮光閘(其作用是為使待機(jī)期間uv光線不照射到承印物上)等。
          根據(jù)不同的照射條件以及照射冷卻方式,uv裝置的配置變化很大。反光板的種類等后面又講述。
          2)電源裝置
          電源裝置分為兩種,即常見的銅—鐵變壓器電源裝置與變頻器電源裝置。
          前者一般重量重體積大,后者則具有重量輕體積小、可連續(xù)調(diào)節(jié)光量等特點(diǎn),但由于電子器件使用較多而懼灰塵及粉塵等。
          3)冷卻裝置
          冷卻裝置因所用的uv燈和電源等的不同而不同,但uv燈工作時(shí)其表面溫度很高,產(chǎn)生大量的熱量。uv燈及照射燈座如不進(jìn)行冷卻,則會(huì)產(chǎn)生熱變形、破損、壽命變短,因此必須進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
          不同的冷卻方式對(duì)被照射物的散熱效果明顯不同,成本也高低不等。冷卻方式可分為以下3種。無論何種冷卻方式均各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
          1)空冷方式
          利用氣泵對(duì)燈和照射燈座排氣或吹氣進(jìn)行冷卻的方式(圖4)。采用吹氣冷卻的場(chǎng)合,有時(shí)設(shè)計(jì)有局部排氣(排臭氣、熱風(fēng))裝置。
          優(yōu)點(diǎn):維護(hù)簡(jiǎn)單、設(shè)備便宜。
          缺點(diǎn):有時(shí)對(duì)被照射物溫度上升控制尚需另尋對(duì)策。
          2)水冷方式
          這是一種在uv燈上套上一套管、通過冷卻水在套管中循環(huán)流動(dòng)實(shí)現(xiàn)間接冷卻的方式。雖然也有冷卻水非循環(huán)流動(dòng)的方式,但近年來一般均采用冷卻水循環(huán)方式。為了防止套管中結(jié)水垢,冷卻水使用純凈水。如果水垢附著在套管內(nèi)壁上,則會(huì)顯著降低uv光的透過率。有時(shí)會(huì)在套管中設(shè)置可見光截止濾鏡。
          優(yōu)點(diǎn):由于通過水來吸收熱能,因而能夠抑制被照射物溫度的上升。
          缺點(diǎn):由于必須對(duì)冷卻水進(jìn)行管理,設(shè)備投資費(fèi)較其它兩種方式偏高。
          3)空氣—水冷卻方式
          在反光板保持座中有水流過,以此來降低燈周圍的溫度;再加上氣泵式空氣冷卻方式,構(gòu)成組合冷卻方式(圖6)。
          優(yōu)點(diǎn):能實(shí)現(xiàn)uv照射燈座的小型化。
          缺點(diǎn):與水冷方式相比無須水冷卻設(shè)備,而與空冷方式相比設(shè)備費(fèi)用增大。[next]
          5 反光板的種類
          與選擇適當(dāng)?shù)膗v燈的情形相類似,反光板也必須根據(jù)所用的固化材料、被照射物的耐熱條件、用途等來加以選擇。
          1)鋁鏡方式
          采用反射率高的高亮度鋁材制成的反光板,無論空冷方式還是水冷方式均可采用。雖然是針對(duì)油墨固化效率高的一般印刷來使用,但因在空冷方式下鋁鏡反光板對(duì)被照射物的溫度降低最為不利,因而不能用于必須降低其表面溫度的被照射承印物。
          2)冷鏡方式
          這是一種在玻璃上鍍上金屬氧化物薄膜制成的反光板,反射uv光,而讓一部分可見光通過。采用該反光板能獲得高強(qiáng)度的uv能量,同時(shí)可以降低被照射物的溫度。
          3)冷濾鏡方式
          這是將一種鍍有多層金屬膜的玻璃(可將紅外線和可見光截止而讓uv光通過)安裝于燈座下部,以抑制被照射物溫度上升的方式。與冷鏡方式等組合使用可進(jìn)一步降低被照射物的溫度。如果有安裝空間的話,作為選擇組件安裝很容易。不過與反光板不同的是,由于該冷濾鏡置于被照射物附近,墨霧及來自來于被照射物的氣體等,容易附著其上。
          4)金屬冷鏡方式
          這是一種在金屬反光板上進(jìn)行多層鍍膜制成的反光板,反射uv光并吸收不需要波長(zhǎng)的光,適用于冷鏡方式不能滿足要求的場(chǎng)合(高輸出低溫照射)。該方式能夠獲得高的紫外線照射強(qiáng)度并降低被照物溫度,但由于相應(yīng)的冷卻方式局限采用空氣—水冷卻方式,水冷卻設(shè)備必不可少。
          5)雙冷鏡方式
          該方式中,uv燈不直接照射,承印物僅受到來自u(píng)v燈的間接光線照射。在空冷方式中,該方式的反光板對(duì)于控制承印物溫度升高是最為有效的。在降低溫度效果明顯的同時(shí),由于沒有直射光,uv照射強(qiáng)度也大幅降低。這是對(duì)于必須低溫照射的承印物(感熱紙等)采用的方式。[next]
          6 被照射物溫度上升的比較
          上述不同的反光板和冷卻方式與對(duì)應(yīng)的溫度上升情況的比較。不過就溫度條件而言,由于反光板的形狀、照射距離等條件不同產(chǎn)生差異,因此希望能找到一個(gè)完美的標(biāo)準(zhǔn)。
          7 被照射物條件的明晰化
          如上所述,引進(jìn)uv照射裝置首先必須明確的是,被照射物的條件(材料、耐受溫度、尺寸),處理?xiàng)l件(印刷速度、印刷方法等)、uv性能(uv強(qiáng)度、積分光量)等。接下來確定uv裝置規(guī)格:以實(shí)際的業(yè)績(jī)基礎(chǔ)和已有的數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)來確定配置規(guī)格,或者對(duì)于不確定的因素預(yù)先進(jìn)行大量試驗(yàn),然后確定其規(guī)格。
          此外在有關(guān)uv照射強(qiáng)度和積分光量的測(cè)量?jī)x方面,由于廠家和型號(hào)不同導(dǎo)致分光感度存在差異。既使在同樣的照射條件下進(jìn)行測(cè)定還是會(huì)出現(xiàn)這種差異。因此當(dāng)要預(yù)先指定油墨固化所必須的uv照射強(qiáng)度和積分光量時(shí),必須確定測(cè)量?jī)x的廠商和型號(hào)。
          8 uv照射裝置規(guī)格的確定要素
          由被照射物的幅面和處理速度來決定uv光波長(zhǎng)、uv燈輸出功率和燈的數(shù)量。為了增加通用性,一般采用水銀燈和金屬鹵素?zé)艏嬗梅绞健?br> 此外要考慮被照射物的耐受溫度、照射燈座安裝位置限制尺寸、照射距離等,以此來決定采用何種反光板及冷卻方式。即使從被照射物溫度條件來看,采用空冷方式能夠與之相對(duì)應(yīng),但有時(shí)會(huì)因照射燈座安裝空間的關(guān)系而不得不采用水冷方式。
          當(dāng)出現(xiàn)因安裝空間因素使uv照射燈座不能設(shè)置在靠近承印物的地方而令照射距離過長(zhǎng)時(shí),為避免uv照射強(qiáng)度大幅下降,必須要考慮選擇相應(yīng)的反光板;相反,當(dāng)承印物因不能耐受高溫時(shí)也會(huì)加長(zhǎng)照射距離。作為承印物耐熱對(duì)策有時(shí)采用安裝冷風(fēng)吹咀來冷卻的辦法。很多時(shí)候在uv照射燈座設(shè)置遮光閘,待機(jī)時(shí)不用關(guān)掉uv燈而使uv光射不到承印物上,但帶遮光閘的uv照射燈座體積大,會(huì)對(duì)安裝空間帶來大的影響。


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