紫外光固化技术在家具与木制品表面装饰中的应(2)
2 紫外光(UV)光源及辐射装置
目前,主流的紫外光(UV)固化的方式有UV汞灯与UV-LED两种光源,其原理都是通过发射出一定的紫外光波段,对涂料(油漆)、油墨、胶粘剂(胶水)等进行引发聚合交联固化[15-17]。这两种固化方式最大区别在于:UV 汞灯是光导管输出;UV-LED是直接的照射头。
2.1 UV汞灯
(1)UV 汞灯的种类:UV 汞灯又称 UV 灯管或UV水银灯(图3),UV固化常用弧光放电灯,是在真空石英管中加入定量的高纯汞(水银),通过对两端电极提供电压差引起离子放电,从而产生紫外光线辐射[12,17]。
图3 UV汞灯Fig.3 The UV mercury lamps
UV 汞灯按波段的不同可分为UVA、UVB、UVC,各具有不同的用途。同时,也可分为低压汞灯和高压汞灯两种[18]。其中,低压汞灯是指水银(汞)的蒸气压力小于1 个大气压的汞蒸气弧光灯,其发射波长在UVC 区,主要波长范围为200 ~270 nm,其中,主射线或中心波长为253.7 nm,主要用于杀菌消毒等,因而又称“杀菌灯”;低压汞灯光强低,光固化速度慢,发热量小,有时也用于树脂或涂膜的预固化。高压汞灯的水银(汞)蒸气压为2 ~5 个大气压,其发射波长在UVB 和UVA 区,固化用的高压汞灯的能量主要集中在UVA波段,主要波长范围为350 ~400 nm,辐射峰值以365 nm 为中心,主要应用于UV涂料(油漆)、UV油墨、UV胶黏剂的固化等,这类高压汞灯又称“固化灯”。
(2)UV 汞灯的特性[4,18]:UV 汞灯的 UV 点光源需要UV光导管的传输,再好的UV光导管的光传输率都达不到100%,一般为60%~80%。另外,UV汞灯的光看上去亮度很亮,热量很高,其实UV汞灯发光不是纯紫外光,其波长范围(光谱)很宽,真正起有效固化作用的只是其中一部分的紫外光波段,而大部分是可见光段(杂光),会对操作人员的眼睛有损伤,并且如果照射时间稍长,温度就会过高,不仅会影响涂层固化质量,也容易使加工工件产生热变形,因此不适合用于固化热敏材料(如薄膜、塑料等)上的涂料或油墨。
UV汞灯的使用寿命是指其能维持足够的能量进行正常工作的时间。由于UV汞灯的能量会随着工作时间的增加而逐渐衰减,所以常用的标准UV汞灯的使用寿命短,一般只有可正常使用的时间约为1 000小时,因而需要经常更换灯管,损耗大。
UV 汞灯一般都会有一定的紫外线辐射逸出;同时,UV 汞灯在一定波长下还会有臭氧产生。因此,在使用紫外光干燥固化设备时必须保证紫外线辐射不会从设备中逸出,必须抽除产生的臭氧,以免危害操作人员的人身健康。
目前,UV 汞灯仍是UV 固化的主流光源,也被使用了很长时间。但由于UV固化的高压汞灯一般都会有光能衰减快、使用寿命短、耗电量较大、光效率不高、固化速度慢、稳定性较差、对人有伤害、设备体积大、使用成本高等缺陷或问题,所以其使用也逐渐受到一定的局限,尽管业界一直致力改进,但一直难以突破。
(3)UV 汞灯的辐射固化[18]:在家具与木制品涂饰中,UV固化干燥装置常设有两个区域,前端为预固化区,由几十支低压汞灯按一定方式配置而成;后侧为主固化区,由几支高压汞灯构成。如图4 所示为UV汞灯辐射固化机及其示意图。
图4 UV汞灯辐射固化机Fig.4 UV mercury lamp radiation curing machine
已涂上涂料的板式部件由传送带运送到紫外线辐射装置的预固化区,通过低压汞灯照射几分钟,使光敏涂料的涂层预固化,接着再通过主固化区由高压汞灯所产生的紫外线辐射,经几十秒钟即能使涂层达到充分固化,整个涂层干燥过程仅需5~7 min。此外,也有的固化装置只有几支高压汞灯组成主固化区,没有预固化区。一般常用的紫外线光固化设备均包括淋涂(淋涂机)和涂层固化(干燥装置)两部分。
目前,常用的UV 高压汞灯会有60%的功率属于红外辐射,其灯管表面温度可达700 ~800 ℃。因而,在UV固化装置中一般会采用高功率UV汞灯或多灯系统,以及风冷却、水冷却、加装光学片和加装反射灯罩等多种防护措施来调节辐射温度,既要避免使基材过热,又要有利于涂层固化。
2.2 UV-LED光源
2.2.1 UV-LED的概念与类型
UV-LED 又称紫外发光二极管(ultraviolet light emitting diodes),是LED的一种(图5),采用LED发光方式[15-19]。LED的主体是一块电致发光的半导体材料,电流越强、发光越强。LED 光源以“节能、环保、高效”著称,是替代传统UV 汞灯光源技术的一种更安全、更环保、更经济的选择。
文章来源:《电镀与涂饰》 网址: http://www.ddytszz.cn/qikandaodu/2021/0330/458.html
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