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传统UV灯及UV LED灯技术的性能及原理对比分析

  2014-12-26

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 UV光固化技术是一项绿色工业的新技术,曾被北美辐射固化委员会评为具有“5E”特点的工业技术,充分展现出了该技术的特点。所谓5E,即Efficient,高效,UV固化可以在数秒之内实现完全的固化,生产效率更高;Energysaving,节省能源,UV产品是常温快速固化,其能耗一般只有热固化的1/10~1/5;Environmentalfriendly,环境友好,紫外光固化材料中不含或只含少量溶剂,同时紫外固化所用能源为电能,不燃油或燃气,无CO2产生,故紫外光固化被誉为“绿色技术”;Economy,经济,紫外固化装置紧凑,流水线生产,加工速度快,因而节省场地空间,劳动生产率高,紫外固化工艺保证膜层更薄,并有优良的性能从而减少原材料消耗,有利于降低经济成本;Enabling,适应性广,该UV产品可适应于多种基材,如纸张、木材、塑料、金属、皮革、石材、玻璃、陶瓷等几乎所有的硬质材料和软质材料。

    即便UV光固化技术具有如此多的优点,但也存在一些不可回避的缺点,(1)UV汞灯的使用寿命有限;(2)UV汞灯的能耗较大,但有效利用的能量却不高,输入能量中只有大约20%的能量产生紫外线,而有20%是可见能源,40%是热量,从图4的光谱图上我们也可以看出,除了常用的起有效固化作用的300~400nm波段以外,还有许多其他的波段,其中发射出的红外线将会使基材的温度升高,这也可以较好地解释传统的UV汞灯不太适应于热敏材料的原因;(3)虽然UV汞灯相对于溶剂型油墨来说,由于没有VOC的排放而具有环保、环境友好的特点,但UV汞灯也存在一些隐性的污染,例如由于汞灯的高压、高温和强辐射,很容易使周围的氧气分子发生化学反应而生产臭氧,而臭氧不但对大气层有不利影响,而且对身体健康也具有较大的影响。

    与普通UV汞灯相对,LED-UV的优势在于:

    (1)冷光源、无热辐射,被照物品表面温升低,解决光通讯、液晶生产中长期存在的热伤害问题,特别适合液晶封边、薄膜印刷等要求温升小的场合适用。发热量小,可解决汞灯喷绘设备发热量大、工作人员难以忍受的问题。并且,LED-UV光源,发出的是高纯度单波段紫外光,几乎没有红外线的输出,它属于冷光源,加工件不会因受热而变形。

    (2)效率高:LED-UV的光线能量高度集中在具有有效固化作用的某紫外光谱段,实际使用效果和光强为1000~2000mW/cm2的传统高压汞灯UV光源的固化效果不相上下,从而使固化时间缩短。传统的汞灯UV光看上去亮度很高,但热量很高,因为它的光谱很宽,真正起有效固化作用的紫外光谱段只占其中的一部分能量,有相当大一部分是在可见光段(杂光)和红外光谱度(导致热量产生),对操作者的眼睛损伤严重并且容易使加工工件热变形。

    (3)超长寿命:LED-UV灯的使用寿命是传统汞灯的10倍以上,且使用寿命不受开关次数影响。

    (4)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。

    (5)能量高,光输出稳定,照射均匀效果好,提高生产效率。

    (6)可定制有效照射区域,长度从20mm到1000mm。

    (7)不含汞,也不会产生臭氧,是替代传统光源技术的一种更安全、更环保的选择。

    (8)能耗低,耗电量仅为传统汞灯式固化机的10%,能节约90%电量。

    (9)维护成本几乎为零,采用UV-LED固化设备每年至少节约10000元/台的耗材费。

    (10)由于紫外线照射装置与相关配套装置非常紧凑,无需以往那种较大的机械安装空间以及管道施工,设置简单容易。可以说LED-UV固化系统进一步增强了传统UV固化系统的环境协调性。LED-UV技术是原有UV技术的升级。

    LED-UV光源作为一种新技术就目前而言也存在一些问题,(1)由于LED-UV的关键技术为国外所控制,所以目前国内的LED-UV灯的价格相对较高;(2)由于技术特点的限制,目前的LED-UV灯的光强度不高,以至于在一定程度上影响固化速度等。

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