紫外光固化技术在家具与木制品表面装饰中的应(3)
UV-LED 的波长范围为260 ~ 400 nm,是单波长的不可见光,一般在400 nm 以下[15-19]。UV-LED不像传统UV 汞灯有较宽的波长(光谱)范围。目前 ,用 于 UV-LED 固 化 的 主 要 有 365、385 和395 nm,尤其以395 nm 为主,以满足不同UV 涂料或UV油墨在不同材质上的要求[18]。
UV-LED 光源根据不同的应用领域,一般可分为:UV-LED点光源、UV-LED线光源和UV-LED面光源3种,就光强度而言,三者依次递减。通过专门设计可使UV-LED发出一个完整连续紫外光带(图5),满足涂层的固化需要[18]。
图5 UV-LED灯Fig.5 UV-LED lamps
2.2.2 UV-LED的特性
采用UV-LED 光源的紫外线辐射固化具有以下优点[18]:
(1)LED 灯泡使用寿命长。相对于传统UV 汞灯固化设备,汞灯使用寿命只有1 000 ~3 000 h;而UV-LED 灯在发光过程中不会产生大量热量,其使用寿命达到20 000 ~30 000 h,是传统汞灯的10 倍以上;LED 可以瞬间点亮工作,其采用点控方式的使用寿命相当于汞灯方式的30 ~40 倍。而传统汞灯由于启动慢,经常开闭会影响寿命,所以需要一直开启,因而寿命短、耗能大。
(2)无热辐射,产品质量好。UV-LED没有红外线辐射,属于冷光源,照射表面温升不超过5°C,不会影响产品质量;而传统汞灯照射产品后,一般会使表面温度升高60 ~90°C,会影响产品质量。
(3)超强照度,生产效率高。UV-LED具有大功率LED芯片和特殊的光学设计,能实现了比传统汞灯照射方式更加优化的高强度输出与均匀性,使紫外光达到高精度、高强度的照射,能量高、光输出稳定,照射均匀效果好;与传统汞灯相比,可减少灯泡的更换次数,维护简单方便,生产效率可提高20%。
(4)发光效率高,能耗成本低。UV-LED的有效发光效率比UV汞灯高10倍以上;而且,UV-LED可以瞬间开关,不需要预热即可达到最大功率紫外输出,关闭后可以瞬间重新开机,只在开机照射时才有电力消耗,因而其耗电量仅为传统汞灯的10%~20%,可节能80%~90%,而且能源衰减率只有1%,维护成本较低,可节省70%左右的运营成本;而汞灯使用时需要连续点亮,不管其是否进行有效照射,都一直有电力消耗。
(5)二极管发光,环保无污染。传统的UV汞灯的灯泡内有水银,如使用或废品处理不当都会对环境造成污染;而LED 不会对环境产生污染,同时,UV-LED的亮度低于传统灯泡。因此使用UV-LED式固化机更加环保。
总之,UV-LED 光源辐射固化是高纯度紫外线照射,是线光源,使用寿命长,寿命不受开闭次数影响;是冷光源,能量高、照射均匀;超强照度,发光效率和生产效率高,电能消耗成本低;不含汞、无臭氧,无毒无害无辐射。因此,UV-LED 光源与传统UV汞灯的固化相比,其更快速、更高效、更安全、更环保、更绿色。
3 UV-LED固化技术在表面涂装中的应用
由于传统UV 涂料的涂装是靠汞灯进行光固化,在生产过程中,会有臭氧产生、有辐射污染、电能消耗高、汞灯寿命短、报废处理难等问题,近年来,UV-LED 涂装技术已受到行业的关注,相比传统汞灯的UV 固化技术,UV-LED 涂装固化技术有能耗低、寿命长、效率高、易维护、更环保等的巨大优势。
3.1 UV-LED涂装的类型
(1)UV-LED涂料种类:从涂料种类上主要有溶剂型UV-LED 涂料、水性UV-LED 涂料;从涂料用途上主要有UV-LED腻子、UV-LED底漆、UV-LED面漆等。
(2)UV-LED涂装方式:从涂装设备上主要有辊涂机辊涂、淋涂机淋涂、喷涂机或人工喷涂(包括往复喷、静电喷、真空喷)等;从应用范围上主要有木地板涂装、木门涂装、木家具涂装、板材涂装(预油漆)等。
3.2 UV-LED涂装的固化装置
目前常见形式是定型的往复式UV-LED 固化机(图6)[18],也有直接在原有的UV 涂装生产线(或设备)中改装UV-LED光源,常与辊涂机、淋涂机、水平往复式喷涂机等配套,适合于木地板、木门、家具板件、装饰板材等较为规则的板式部件的光固化。
图6 UV-LED固化机Fig.6 UV-LED curing machine
近几年来,鉴于LED 的小尺寸和灵巧性特征,UV-LED面光源体系可以依据客户要求加工成任意形状,主要有吊线UV-LED 固化系统、地盘线UVLED固化系统、辊筒线UV-LED[4],可以与垂直往复式喷涂机、机器人(或机械手)喷涂机、人工喷涂等配套,特别适合于具有异型非规整零部件或产品的光固化。
3.3 UV-LED涂装的技术前景
随着我国环保政策和法律法规相继颁布实施,家具与木制品涂装的技术改造、技术升级已经越来越受到关注,其中,随着LED 技术的不断发展和股份应用,UV-LED 涂装固化技术必将是一个重要的选择途径。
文章来源:《电镀与涂饰》 网址: http://www.ddytszz.cn/qikandaodu/2021/0330/458.html
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