淺談UV照射裝置
發布時間：2024-03-12 點擊：103
1 uv在印刷上的應用
近年來，利用光能產生物性變化的感光樹脂不斷地被開發出來，迅速地應用在印刷油墨、涂料、粘結劑或者光致抗蝕油墨等方面。隨之而來的，是廣泛應用的uv技術越來越向多個領域擴展。uv照射裝置根據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，能量可將化學結合鍵切斷或實現化學結合。
在印刷上使用的uv油墨的主要優缺點如下:
優點：油墨瞬間固化(生產效率提高)，可免噴粉;
墨膜強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：油墨價格高；
需使用專用的印刷材料(墨輥、印版、清洗劑等)；
油墨對皮膚有刺激性。
2 uv燈的種類
uv燈根據點燈時燈內部的壓力大小，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燈。
1)水銀燈
其發出的照射光波波長范圍在200~450nm，以365nm為主波長，在254nm、313nm、405nm和436nm處具有較強的線光譜。
2)金屬鹵素燈
根據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系金屬鹵素燈雖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附近具有強照射能量的要求設計的。
根據發光燈管材料的不同，還可分為臭氧型金屬鹵素燈和非臭氧型金屬鹵素燈。220nm以下波長的uv光遇到空氣中的氧氣會產生臭氧。由于臭氧型金屬鹵素燈的燈管材料為普通石英材料，故220nm以下波長的光也可通過。而非臭氧型金屬鹵素燈其燈管采用特殊石英材料制成，對于230nm以下波長的光線禁止通過，從而可以控制臭氧產生。[next]
3 uv燈的選擇
uv光波長越短照射穿透深度越淺，波長越長則穿透深度越深。此外波長越短的能量越大。
選擇uv燈時，首先必須確認所用的油墨、涂料、粘結劑等uv固化涂料的主吸收波長是多少。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型金屬鹵素燈；b型金屬鹵素燈常被用于制版等用途。
采用多盞uv燈的場合，為了提高uv固化后涂布材料的表面粘性，有時承印表面經a型金屬鹵素燈照射后還使用水銀燈照射。
此外，一般采用對uv固化有利的臭氧型金屬鹵素燈，偶爾也有采用非臭氧型uv燈的(即當臭氧會對涂料及承印物造成不利影響的場合)。
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出來，原料和固化條件不同就會出現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光對被照射面照射效能)的uv照射燈座；③啟動uv燈的電源裝置；④冷卻裝置。此外，有時還包括作為附屬器材的搬運裝置。
1)uv照射燈座
uv照射燈座的作用已如前所述。選擇uv照射燈座應根據uv燈的安裝、uv光的強度、積分光量、被照射物溫度條件、處理速度、利用附屬器材實現的對uv裝置的設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(其作用是為使待機期間uv光線不照射到承印物上)等。
根據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、可連續調節光量等特點，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燈工作時其表面溫度很高，產生大量的熱量。uv燈及照射燈座如不進行冷卻，則會產生熱變形、破損、壽命變短，因此必須進行強制冷卻。
不同的冷卻方式對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缺點。
1)空冷方式
利用氣泵對燈和照射燈座排氣或吹氣進行冷卻的方式(圖4)。采用吹氣冷卻的場合，有時設計有局部排氣(排臭氣、熱風)裝置。
優點：維護簡單、設備便宜。
缺點：有時對被照射物溫度上升控制尚需另尋對策。
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流動實現間接冷卻的方式。雖然也有冷卻水非循環流動的方式，但近年來一般均采用冷卻水循環方式。為了防止套管中結水垢，冷卻水使用純凈水。如果水垢附著在套管內壁上，則會顯著降低uv光的透過率。有時會在套管中設置可見光截止濾鏡。
優點：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：由于必須對冷卻水進行管理，設備投資費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，構成組合冷卻方式(圖6)。
優點：能實現uv照射燈座的小型化。
缺點：與水冷方式相比無須水冷卻設備，而與空冷方式相比設備費用增大。[next]
5 反光板的種類
與選擇適當的uv燈的情形相類似，反光板也必須根據所用的固化材料、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度的uv能量，同時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行多層鍍膜制成的反光板，反射uv光并吸收不需要波長的光，適用于冷鏡方式不能滿足要求的場合(高輸出低溫照射)。該方式能夠獲得高的紫外線照射強度并降低被照物溫度，但由于相應的冷卻方式局限采用空氣—水冷卻方式，水冷卻設備必不可少。
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uv燈的間接光線照射。在空冷方式中，該方式的反光板對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，由于沒有直射光，uv照射強度也大幅降低。這是對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應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生差異，因此希望能找到一個完美的標準。
7 被照射物條件的明晰化
如上所述，引進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)，處理條件(印刷速度、印刷方法等)、uv性能(uv強度、積分光量)等。接下來確定uv裝置規格:以實際的業績基礎和已有的數據等為基礎來確定配置規格，或者對于不確定的因素預先進行大量試驗，然后確定其規格。
此外在有關uv照射強度和積分光量的測量儀方面，由于廠家和型號不同導致分光感度存在差異。既使在同樣的照射條件下進行測定還是會出現這種差異。因此當要預先指定油墨固化所必須的uv照射強度和積分光量時，必須確定測量儀的廠商和型號。
8 uv照射裝置規格的確定要素
由被照射物的幅面和處理速度來決定uv光波長、uv燈輸出功率和燈的數量。為了增加通用性，一般采用水銀燈和金屬鹵素燈兼用方式。
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應，但有時會因照射燈座安裝空間的關系而不得不采用水冷方式。
當出現因安裝空間因素使uv照射燈座不能設置在靠近承印物的地方而令照射距離過長時，為避免uv照射強度大幅下降，必須要考慮選擇相應的反光板；相反，當承印物因不能耐受高溫時也會加長照射距離。作為承印物耐熱對策有時采用安裝冷風吹咀來冷卻的辦法。很多時候在uv照射燈座設置遮光閘，待機時不用關掉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，會對安裝空間帶來大的影響。
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近年來，利用光能產生物性變化的感光樹脂不斷地被開發出來，迅速地應用在印刷油墨、涂料、粘結劑或者光致抗蝕油墨等方面。隨之而來的，是廣泛應用的uv技術越來越向多個領域擴展。uv照射裝置根據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，能量可將化學結合鍵切斷或實現化學結合。
在印刷上使用的uv油墨的主要優缺點如下:
優點：油墨瞬間固化(生產效率提高)，可免噴粉;
墨膜強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：油墨價格高；
需使用專用的印刷材料(墨輥、印版、清洗劑等)；
油墨對皮膚有刺激性。
2 uv燈的種類
uv燈根據點燈時燈內部的壓力大小，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燈。
1)水銀燈
其發出的照射光波波長范圍在200~450nm，以365nm為主波長，在254nm、313nm、405nm和436nm處具有較強的線光譜。
2)金屬鹵素燈
根據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系金屬鹵素燈雖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附近具有強照射能量的要求設計的。
根據發光燈管材料的不同，還可分為臭氧型金屬鹵素燈和非臭氧型金屬鹵素燈。220nm以下波長的uv光遇到空氣中的氧氣會產生臭氧。由于臭氧型金屬鹵素燈的燈管材料為普通石英材料，故220nm以下波長的光也可通過。而非臭氧型金屬鹵素燈其燈管采用特殊石英材料制成，對于230nm以下波長的光線禁止通過，從而可以控制臭氧產生。[next]
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uv光波長越短照射穿透深度越淺，波長越長則穿透深度越深。此外波長越短的能量越大。
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采用多盞uv燈的場合，為了提高uv固化后涂布材料的表面粘性，有時承印表面經a型金屬鹵素燈照射后還使用水銀燈照射。
此外，一般采用對uv固化有利的臭氧型金屬鹵素燈，偶爾也有采用非臭氧型uv燈的(即當臭氧會對涂料及承印物造成不利影響的場合)。
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出來，原料和固化條件不同就會出現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光對被照射面照射效能)的uv照射燈座；③啟動uv燈的電源裝置；④冷卻裝置。此外，有時還包括作為附屬器材的搬運裝置。
1)uv照射燈座
uv照射燈座的作用已如前所述。選擇uv照射燈座應根據uv燈的安裝、uv光的強度、積分光量、被照射物溫度條件、處理速度、利用附屬器材實現的對uv裝置的設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(其作用是為使待機期間uv光線不照射到承印物上)等。
根據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。
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不同的冷卻方式對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缺點。
1)空冷方式
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優點：維護簡單、設備便宜。
缺點：有時對被照射物溫度上升控制尚需另尋對策。
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流動實現間接冷卻的方式。雖然也有冷卻水非循環流動的方式，但近年來一般均采用冷卻水循環方式。為了防止套管中結水垢，冷卻水使用純凈水。如果水垢附著在套管內壁上，則會顯著降低uv光的透過率。有時會在套管中設置可見光截止濾鏡。
優點：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：由于必須對冷卻水進行管理，設備投資費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，構成組合冷卻方式(圖6)。
優點：能實現uv照射燈座的小型化。
缺點：與水冷方式相比無須水冷卻設備，而與空冷方式相比設備費用增大。[next]
5 反光板的種類
與選擇適當的uv燈的情形相類似，反光板也必須根據所用的固化材料、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度的uv能量，同時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行多層鍍膜制成的反光板，反射uv光并吸收不需要波長的光，適用于冷鏡方式不能滿足要求的場合(高輸出低溫照射)。該方式能夠獲得高的紫外線照射強度并降低被照物溫度，但由于相應的冷卻方式局限采用空氣—水冷卻方式，水冷卻設備必不可少。
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uv燈的間接光線照射。在空冷方式中，該方式的反光板對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，由于沒有直射光，uv照射強度也大幅降低。這是對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應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生差異，因此希望能找到一個完美的標準。
7 被照射物條件的明晰化
如上所述，引進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)，處理條件(印刷速度、印刷方法等)、uv性能(uv強度、積分光量)等。接下來確定uv裝置規格:以實際的業績基礎和已有的數據等為基礎來確定配置規格，或者對于不確定的因素預先進行大量試驗，然后確定其規格。
此外在有關uv照射強度和積分光量的測量儀方面，由于廠家和型號不同導致分光感度存在差異。既使在同樣的照射條件下進行測定還是會出現這種差異。因此當要預先指定油墨固化所必須的uv照射強度和積分光量時，必須確定測量儀的廠商和型號。
8 uv照射裝置規格的確定要素
由被照射物的幅面和處理速度來決定uv光波長、uv燈輸出功率和燈的數量。為了增加通用性，一般采用水銀燈和金屬鹵素燈兼用方式。
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應，但有時會因照射燈座安裝空間的關系而不得不采用水冷方式。
當出現因安裝空間因素使uv照射燈座不能設置在靠近承印物的地方而令照射距離過長時，為避免uv照射強度大幅下降，必須要考慮選擇相應的反光板；相反，當承印物因不能耐受高溫時也會加長照射距離。作為承印物耐熱對策有時采用安裝冷風吹咀來冷卻的辦法。很多時候在uv照射燈座設置遮光閘，待機時不用關掉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，會對安裝空間帶來大的影響。
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