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UV光固化的原理

 
UV光固化材料的物理性能实质上是受用来固化它们的烘干系统的影响的。预期性能的获得,不管是保护胶、油墨、还是粘合剂,将依赖于这些灯管的参数、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***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很大不同的特性。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固化材料外观特性的不同。 

固化材料的特性:一台UV灯的效率,决定于发射光子进入可固化材料以启动光可触发分子的难易程度。UV固化决定于光子—分子的碰撞。光可触发分子通过材料均匀地扩散,但光子却不同。除UV光源的特质外,被固化的薄膜还有光学及热动力学特性。它们与辐射能量互相作用,对固化的过程产生了重大影响。

光谱吸收率:能量是物质在逐渐增加的厚度内吸收进波长的作用。表面附近吸收的能量越多,意味着深层的能量越少。但这种情况随波长的不同而不同。总的光谱吸收率包括所有来自于光触发剂,单分子物质,齐聚体以及添加剂包括颜料的影响作用。

反射和散射:相对与吸收,光能更多地是被物质(或在物质内)改变方向;这一般是由于可固化材料中的基质材料和/或色素引起的。这些因素减少了到达深层的UV能量,但却改进了在反应之处的固化效率。 
光学密度:与吸收相似,它由“不透明度”和薄膜的厚度两个因素构成;包括吸收和散射的光稀释作用;用一个单独的数字来表示,而不是作为光谱的分布。

扩散性:一个热动力学特性包含特定的热量,传导性和密度;材料“扩散”、接受热量的能力;影响由表面骤然进入的红外能量而导致的薄膜和基质的温度的升高。
红外吸收率:温度对固化反应的速率有着重大的影响;尽管反应中的温升也对温度有作用,但来自于UV灯管的辐射(radiantIR)才是表面热量的根本源头(不是从周围的空气或大气中传输的热量)。过大的温度升高是影响固化过程的重要限制因素之一。 

光学厚度涂层和油墨
由于不透明度或色彩强度是我们需要的特性这一事实,油墨和颜料涂层提出了特殊的问题。粘合剂通常也提供相对厚的薄膜。不同于一个薄膜的物理厚度,它的光学厚度是非常重要的。当光能穿进或穿过一种材料时,它的减少是由Beer—Lambert来描述的—在薄膜的上层没有被吸收也没有被反射的光能将穿送并到达薄膜的底层。

光谱吸收性的意义
物质的吸收性随波长的不同而不同。很显然,短的UV波长200~300nm)会在表面被吸收而根本达不到底层。一般地说,薄膜的厚度是被限制的,对于基质,粘合力才是应具有的首要特性。即使是光可触发剂也会吸收它所敏感的波长能量,从而阻碍该波长到达深层的光可触发分子。一种光可触发剂对于清漆涂层适用,但对于油墨也许并不是合适的选择。对于油墨,对应于较长波长的光触发剂才是较好的选择。除物理厚度外,光谱吸收性的另一个作用是光学厚度。一个薄膜不可能在一种波长下其光学厚度是厚的,而在另一种波长下是薄的。即使清漆涂层短波长(200~300nm)下的光学厚度也是倾向于较厚的。从上述可以看出,395nm UV LED固化灯具有更强的穿透性。

当被固化的产品在UV可固化材料之上包含一层“透明”材料时,其吸收性便阻碍了光能。这是层压法、透镜粘合、药品装配,当然,还有DVD粘合,所常用的。  了解“透明”材料的光谱
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2016-06-17
 
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