當(dāng)前所在位置: 首頁(yè) > 新聞中心> 產(chǎn)品專題 >紫外線固化極端強(qiáng)度的原因
紫外線(UV)固化粘合劑、涂料、油墨、掩模和灌封材料早已成為快速、環(huán)保、具成本效益的生產(chǎn)固化方法之一。在適當(dāng)?shù)那闆r下,許多材料(單體-配體混合物)可以在一瞬間完全固化(聚合)!熟悉紫外線固化的工藝工程師一般都知道,穩(wěn)定、完全的固化取決于所使用的紫外線劑量(更恰當(dāng)?shù)恼f法是能量密度或輻射流量密度)。然而,許多人并不熟悉紫外線強(qiáng)度(更恰當(dāng)?shù)恼f法是有效輻照度)對(duì)固化強(qiáng)度的影響。
劑量還是強(qiáng)度?
紫外線劑量或能量密度通常以焦耳或毫焦為單位,是紫外線強(qiáng)度/輻照度與紫外線照射總時(shí)間的乘積。例如,將單體置于 300 毫瓦的紫外線輻照下 10 秒鐘,可獲得 3 焦耳的紫外線能量;將單體置于 3000 毫瓦(或 3 瓦)的紫外線輻照下 1 秒鐘,也可獲得 3 焦耳的紫外線能量。哪種方法更可?。孔贤饩€燈系統(tǒng)在產(chǎn)生紫外線能量的同時(shí),必然會(huì)產(chǎn)生紅外線(IR)能量形式的熱量。由于基底材料通常對(duì)熱敏感,許多感光聚合物化學(xué)家和工藝工程師認(rèn)為,較低強(qiáng)度和較長(zhǎng)的曝光時(shí)間是處理熱敏感應(yīng)用的方法。事實(shí)上,如果采用正確的 “多重固化 ”方法,情況恰恰相反。但是,撇開熱敏因素不談,高強(qiáng)度短時(shí)間固化和低強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間固化的粘接或固化強(qiáng)度是否相同?
幾年前,S. Jonsson 博士等人進(jìn)行了一項(xiàng)具有里程碑意義的研究,該研究顯著強(qiáng)調(diào)了一個(gè)事實(shí),即強(qiáng)度非常高(但曝光時(shí)間短)的固化物通常比相同劑量的低強(qiáng)度長(zhǎng)固化物強(qiáng)度更高、聚合更完全。在一個(gè)模型評(píng)估系統(tǒng)*中,他證實(shí)強(qiáng)度增加 10 到 20 倍,聚合率幾乎增加 50%。測(cè)試結(jié)果表明,“通過使用高強(qiáng)度輻照裝置,生產(chǎn)速度可以提高 20 倍,而轉(zhuǎn)化率仍可提高 25%”。Jonsson 博士將大部分已證明的固化改進(jìn)歸因于一種我們現(xiàn)在稱之為暗固化的現(xiàn)象,即紫外線熄滅后固化仍在繼續(xù)。“特別是在較高強(qiáng)度下的較短曝光時(shí)間內(nèi),現(xiàn)在很明顯,聚合的暗色部分占總轉(zhuǎn)化率的 90% 以上!” 如果對(duì)吸管施加輕微的壓力或速度,即使壓力持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間,也可能無(wú)法刺穿幾毫米。但是,如果你只是在一瞬間施加極大的壓力或速度,你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)吸管已經(jīng)刺穿了整個(gè)馬鈴薯。極強(qiáng)的力度會(huì)穿透得很深。
表面粘著和氧抑制 對(duì)于自由基引發(fā)劑化學(xué)成分(常見的)來說,極強(qiáng)紫外線應(yīng)用的另一個(gè)主要好處是可減輕因氧抑制引起的表面固化問題。簡(jiǎn)而言之,除了“擊穿”深層固化機(jī)制外,極強(qiáng)紫外線還能有效地瞬間封閉表面,防止不必要的氧氣隨后擴(kuò)散到薄膜中。Jonsson 對(duì)這種高強(qiáng)度緩解的效果進(jìn)行了顯著的展示和記錄。在一項(xiàng)比較研究中,當(dāng)使用極高強(qiáng)度時(shí),空氣中的初始聚合速率與氮?dú)鈨艋h(huán)境中的固化速率幾乎相等!** 當(dāng)然,低強(qiáng)度輻照的情況并非如此。
溫度控制
對(duì)溫度敏感的基材和化學(xué)物質(zhì)是各種涂層工藝和無(wú)數(shù)其他應(yīng)用中的常見問題。熱量控制的第一步是優(yōu)化紅外過濾,通常在紫外固化燈本身完成。二向色濾光片和反射器以及良好的燈管設(shè)計(jì)在這方面大有幫助。但是,即使是最好的紅外過濾,在紫外線強(qiáng)度極高的情況下也會(huì)產(chǎn)生大量熱量。這就是 “多重固化”。LESCO 率先采用了這種新穎的方法來應(yīng)對(duì)熱量上升的挑戰(zhàn)。多重固化 "允許在慢速、低強(qiáng)度工藝中累積相同的焦耳劑量,以多通道、短時(shí)間但極高強(qiáng)度的形式進(jìn)行應(yīng)用。聚合度最大,熱升溫最小。LESCO 第 107 號(hào)白皮書對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)論述。
特殊應(yīng)用
為了追求更高的產(chǎn)量和更低的成本,越來越多的工藝速度都在不斷提高。在磁盤驅(qū)動(dòng)器、噴墨墨盒制造、印刷電路板生產(chǎn)線以及許多其他工藝中,對(duì)速度的需求似乎永無(wú)止境。利用極強(qiáng)紫外線點(diǎn)固化技術(shù),可以提供足夠的功率,使特殊的多芯光纖光源將紫外線傳送到高速生產(chǎn)線上多個(gè)離散的固化點(diǎn)。結(jié)果是次秒固化,受益于暗固化強(qiáng)度的提高和聚合作用的終止、完全的溫度控制以及所有的氧氣抑制問題。由于光源最初產(chǎn)生的大部分強(qiáng)度會(huì)因光導(dǎo)傳輸損耗和毛刺分裂而損失,因此點(diǎn)固化裝置本身必須盡可能達(dá)到最高強(qiáng)度。事實(shí)上,對(duì)于某些工藝固化,特別是涉及金屬基材粘接的固化,如果沒有極高的強(qiáng)度和隨后的暗固化,紫外線固化根本無(wú)法達(dá)到足夠的粘接強(qiáng)度。
結(jié)論
隨著越來越多的用戶了解到超高強(qiáng)度紫外線固化技術(shù)與低強(qiáng)度技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì),超高強(qiáng)度紫外線固化技術(shù)顯然將成為主流。雖然超高強(qiáng)度紫外線燈系統(tǒng)的初始成本較高,但在運(yùn)行第一年內(nèi)完全收回成本的情況并不少見。上述研究表明,超高強(qiáng)度紫外線燈系統(tǒng)在大幅提高工藝速度、提高固化強(qiáng)度和改善熱控制方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。
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