UV固化原理-課件

UV固化原理1ppt課件何謂UV硬化製程？UV膠簡介UV燈源與系統(tǒng)簡介影響UV硬化的因素製程條件選擇及注意事項Outline2ppt課件何謂UV硬化製程紫外線固化是輻射固化的一類，利用紫外線能量引發(fā)化學聚合、交聯(lián)，迅速將低分子量物質(zhì)轉(zhuǎn)變成高分子量產(chǎn)量。體系中幾乎不含溶劑，因而液膜幾乎100%固化，VOC（揮發(fā)性有機化合物）排放量很低。紫外線固化技術(shù)被認為是一種環(huán)境友好的綠色技術(shù)，亦稱3E技術(shù)，即節(jié)能（energy）、環(huán)保（environment）、經(jīng)濟（economy）。3ppt課件何謂UV硬化製程傳統(tǒng)乾燥必須要在材料上加30%左右的溶劑，利用加熱或是在常溫下等待很長的時間，讓這30%的溶劑達到完全的揮發(fā)，而變成固態(tài)。UV硬化方式，則是100%的樹脂一但經(jīng)過UV光照射後，瞬間由液態(tài)變成固體。4ppt課件UV硬化材料環(huán)氧樹酯材質(zhì)壓克力材質(zhì)甲基丙烯酸甲酯環(huán)氧樹酯?自由基反應(yīng)配方?陽離子反應(yīng)配方5ppt課件UV硬化材料環(huán)氧樹酯材質(zhì)壓克力材質(zhì)?自由基反應(yīng)配方?陽離子反應(yīng)配方自由基反應(yīng)方式需要正確的光譜與均勻而強勁的UV光照射，讓膠材內(nèi)均勻分佈的光啟始劑能夠均勻的接收到UV光子。一但離開UV光照射，反應(yīng)便停止下來。所以讓正確光譜的UV光子均勻的照到UV膠材內(nèi)的光啟始劑是非常重要的。陽離子反應(yīng)方式與自由基方式不同。它有一種“暗烤”的特性。當它照射到正確的UV光譜後，一但離開UV光後，仍能繼續(xù)反應(yīng)直到完全硬化為止。因此要達到完全硬化，最好在UV光照射後再進入溫度烤箱烘烤。6ppt課件UV硬化材料一般紫外光硬化樹脂的組成配方可分為以下部份1.寡聚物(Oligomer)→約佔組成中的50%～80%不等

要求性質(zhì)有(1)低黏度、(2)無臭味，硬化性優(yōu)、(3)低毒性2.單體(Monomer)→約佔總量的20%～50%左右

要求性質(zhì)(1)具光反應(yīng)性、(2)良好的硬化速率、(3)良好的溶劑力、(4)揮

發(fā)性低等3.光起始劑(Photoinitiator)→約佔總量的2%～10%

要求性質(zhì)(1)能夠吸引紫外光輻射能，並能誘始聚合作用、(2)良好的熱安

定性4.添加劑(Additive)潤濕劑,消泡劑等界面活性劑5.顏料(Pigment)7ppt課件UV硬化材料一般紫外光硬化樹脂的基本功能區(qū)分以下部份名稱功能含量類型預(yù)聚物材料的主體，決定了其主要性能≥50%環(huán)氧丙烯酸酯，

聚氨酯丙烯酸酯，

其它光起始劑

（光敏劑）吸收UV，引發(fā)聚合≤10%自由基型

陽離子型單體

（活性稀釋劑）調(diào)整黏度參與固化反應(yīng)，影響固化膜性能30-50%單官能基

雙官能基

多官能基其它（顏（染）料、阻聚劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑等視用途不同而異

8ppt課件UV硬化步驟UV自由基固化經(jīng)過以下步驟︰（1）自由基光起使劑受到UV照射後，激發(fā)分解產(chǎn)生自由基︰（2）鏈引發(fā)︰起使劑的自由基引發(fā)樹脂和單體分子的不飽和雙鍵產(chǎn)生新的自由基。（3）鏈增長︰由樹脂和單體產(chǎn)生的自由基可以繼續(xù)引發(fā)樹脂和單體分子中的不飽和雙鍵產(chǎn)生自由基，進行自由基連鎖反應(yīng)。（4）鏈終止︰化學反應(yīng)中，由於自由基含有未偶化電子，非?；顫?，極易傾向于基他自由基偶合或發(fā)生酸化作用，使鏈反應(yīng)終止。上述反應(yīng)結(jié)果，生成高分子化合物，使膠液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。9ppt課件UV硬化步驟

I?OligomerMOligomerIMMMOligomerMOligomerMMIMOligomerMMMMOligomerMMI連鎖聚合形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達到了硬化過程自由基聚合產(chǎn)生原理光起始劑UV光產(chǎn)生自由基聚合過程

I?具官能基單體不飽和基

I?10ppt課件紫外光固化膠的組成預(yù)聚物是UV膠的骨架，它是具有活性的低分子聚合物，預(yù)聚物的主要功能是提供膠層的關(guān)鍵性能，例如︰黏度、抗張強度、剪切強度、硬度和柔順性等。在光固化自由基體系中使用的預(yù)聚物是一些含雙鍵的不飽和聚合物，主要有︰聚丙烯酸酯、環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、不飽和聚酯、聚烯烴/硫醇等，其中環(huán)氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯回應(yīng)活性高、原料豐富、品種多、價格適中，所以用量最多。紫外光固化膠的組成1、預(yù)聚物(Oligomer)11ppt課件紫外光固化膠的組成單體按官能度的多少可分為單官能單體、二官能單體及多官能單體單官能單體固化生成線型聚合物，它有利于提升膠層的柔韌性和附著；二官能和多官能單體不僅起回應(yīng)性稀釋劑的作用，而且起交聯(lián)劑的作用，它們對膠層的硬度、韌性和強度有重要影響。增加單體的官能度可加速固化過程，為適應(yīng)生產(chǎn)具有良好性能的粘合劑，常使用單官能、二官能和多官能的混合物。2、單體單體又叫活性稀釋劑，其主要作用是調(diào)節(jié)黏度和參加聚合回應(yīng)。12ppt課件紫外光固化膠的組成光引發(fā)劑是任何UV固化體系都需要的主要組分之一，對UV固化體系的靈敏度（固化速率）起決定作用。光引發(fā)劑有自由基光引發(fā)劑和陽離子光引發(fā)劑，分別應(yīng)用于自由基體系和陽離子體系。自由基引發(fā)劑常用的有羰基化合物、偶氮化合物、有機硫化物、氧化還原物質(zhì)、鹵素化合物、有機金屬化合物、增咸染料等。應(yīng)用較廣泛且效果較好的是羰基化合物，主要有聯(lián)苯甲、二苯甲酮、安息香及其醚化合物如安息香乙醚、安息香丁醚等。3、光引發(fā)劑13ppt課件UV燈源種類UV燈源種類電極式UV燈(ElectrodeArcLamp)中壓水銀燈高壓水銀燈金屬鹵素燈脈衝式氙氣燈無電極式UV燈(ElectrodelessLamp)14ppt課件傳統(tǒng)電極式UV燈源系統(tǒng)–燈管?UV燈管-中壓水銀燈?燈管直徑:23-25mm?內(nèi)部壓力:1–2大氣壓力?啟動氣體:氬氣?電極材質(zhì):鎢?燈管外壁:石英?內(nèi)部氣體:水銀或其他添加物?期望燈管壽命:1000小時?燈管功率:200W/in–800W/in?燈管長度:4–90英吋15ppt課件電極式UV光源(ArcUVLamp)一根石英管,抽真空後,注入水銀或填充一些特殊材料,二端各放置一個電極後封口.二端的電極再以陶瓷絕緣導線或直接以金屬接頭與電源供應(yīng)器相連接.特點:1)燈管長度從4英吋到90英吋2)燈管便宜,普遍性高3)設(shè)備較便宜4)單位強度:200;300;400……800W/inch..缺點:1)燈管放射強度容易衰減,燈管壽命較短.2)燈管較粗23~26mm直徑,故聚焦設(shè)計不容易,光反射強度較少.3)光譜選擇方便性低.且光譜會隨使用時間加長而平移.4)冷卻系統(tǒng)為上吸式,容易造成燈管及反射鏡罩污染.5)所放射出之UV光比率較低.IR(紅外線)光比率相對偏高16ppt課件無電極式UV光源是由一根石英管,抽真空後,注入一定量的水銀或填充一些特殊材料再封口而成.燈管內(nèi)沒有電極存在.UV光是由微波激發(fā)燈管內(nèi)的水銀或特殊材料而產(chǎn)生特點:1)燈管長度:6英吋和10英吋二種.可用串接式無限延伸而無強度均勻性的問題。2)燈管強度有:300,500,600W/inch等。3)燈管直徑:9mm;11mm和13mm.聚焦設(shè)計容易,可有75%以上的光反射強度。4)相同設(shè)備,只要變換燈管就可選擇不同的光譜放射來配合不同的UV材料變化。5)燈管放射強度穩(wěn)定,使用時間加長也不會影響其放射強度或光譜偏移.壽命較長可達3000小時以上。6)冷卻系統(tǒng)為下吹式,燈管和反射鏡罩的清潔比較容易管理。17ppt課件電極式與無電極式之比較特性無電極式Microwave電極式燈ArcLamp燈管壽命5000–8000hr1000–3000hr均勻性通常在10%或更佳燈管不衰減介於15%-25%,端損失影響均勻性輸出穩(wěn)定性/時間比90%以內(nèi)整個壽命期一般在壽命末期約50%在工作表面的紅外線強度56w/in(300w/in)125w/in(300w/in)點燈時間3–5秒70%以上功率15秒後達全功率數(shù)分鐘達全功率快門需求不需要需要快門控制UV光源18ppt課件傳統(tǒng)電極式UV燈源系統(tǒng)–燈組反射鏡罩快門電源供應(yīng)器遮光上吸式冷卻系統(tǒng)安全裝置19ppt課件傳統(tǒng)電極式UV燈源系統(tǒng)(ElectrodeLamp)燈管燈管材質(zhì)是石英玻璃，直徑約1英吋，內(nèi)含水銀與游離氣體。燈內(nèi)的水銀在室溫是液態(tài)，燈管兩端的電極通電後會產(chǎn)生電弧(Arc)。燈管的溫度隨著上升使水銀產(chǎn)生氣化，這段氣化時間，一般稱作暖機。暖機時間約從20秒到幾分鐘左右，且當關(guān)燈後無法馬上再開燈使用，必須要等15-20分鐘，讓燈管冷卻後，才能重新開燈使用。工作時，石英玻璃表面溫度介於攝氏700度至900度。另外還有一種是金屬鹵素燈(MetalhalideLamp)，一般而言金屬鹵素燈的壽命比中壓水銀燈管短，而且光譜容易產(chǎn)生偏移。在正常操作下前1000小時，會衰減約15%左右或更多。UV光的產(chǎn)生，是利用高電壓，將石英管中的化學物質(zhì)氣化而放射UV光。20ppt課件傳統(tǒng)電極式UV燈源系統(tǒng)(ElectrodeLamp)燈管的壽命，與每次使用的時間長短、點燈之次數(shù)、反射鏡罩內(nèi)溫度的控制、電源供應(yīng)器的穩(wěn)定性等因素都有關(guān)係。一般燈管都有約1000小時的保用時間，這是基於每次開燈後，必須使用四小時以上的累積時間而言。當然如使用不正確的反射鏡燈罩設(shè)計，和不適合的電源供應(yīng)器，以及開關(guān)過於頻繁而造成燈管的損害，是不在保用的範圍內(nèi)。高溫下，長電極式燈管容易造成中間部份下垂，無法保持在焦線上，會造成寬幅產(chǎn)品，無法均勻的硬化。21ppt課件UV燈源反射鏡反射鏡在工業(yè)用UV硬化技術(shù)是一個非常重要的角色.燈管直接照射到素材,只佔約30%,有約70%左右是靠反射鏡反射到素材一般工業(yè)用UV硬化應(yīng)用,UV燈源大部份採用橢圓形反射鏡.使用橢圓形設(shè)計的原因,是因橢圓形反射鏡基本上有二個焦點,燈管是裝置在第一個焦點

.另一個焦點是預(yù)硬化物的位置22ppt課件影響硬化完全的因素UV光譜的分佈光照射強度UV光吸收劑量氧氣的影響紅外線照射塗膜厚度影響硬化完全的因素23ppt課件UV光譜的分佈24ppt課件UV光譜的分佈一般我們所稱的紫外線(UV)，是指光譜中波長為200-400nm範圍的光線而言-波長280nm以下遠紫外線，又稱殺菌波(Germicidal)或UV-C-波長280-320nm中紫外線，又稱紅斑波或(Erythermal)或UV-B-波長320-400nm近紫外線，又稱黑光波或(Blacklight)或UV-A-波長400nm以上範圍為可見光,又稱UV-V25ppt課件UV光譜的分佈UV的穿透率比較依上例圖UV短波對材料表乾有影響，而長波對材料深處有影響。失去短波會使表面黏黏的，失去長波其密著性會變差。26ppt課件波長(Wavelength)27ppt課件波長(Wavelength)釘釘子理論28ppt課件UV光照射強度UV光照射強度UV光照度的表示單位:mW/cm2或W/cm2聚焦或非聚焦素材表面UV光的強度燈管和反射鏡幾何形狀的特性不受速度(照光時間)影響29ppt課件UV光照射強度第二釘釘子理論30ppt課件UV光照射強度為何要聚焦(Focus)?UV的穿透更深改善素材/油墨界面的硬化對素材有較好的黏著性有更均勻的硬化程度31ppt課件累積照度(Dose)累積照度(RadiantEnergyDensity)或稱輻射能量密度到達塗佈表面的總能量單位表示J/cm2或mJ/cm2=照度(W/cm2)或(mW/cm2)x時間(sec)mW/cm2xt=J/cm2受速度(照光時間)影響32ppt課件累積照度(Dose)累積能量速度-成反比燈源功率-成正比燈排數(shù)-成正比33ppt課件累積照度(Dose)UV光吸收劑量有很多不同的照射方式可以得到相同的吸收劑量:1,000mJ/cm2=100mW/cm2x10sec.=200mW/cm2x5sec.=500mW/cm2x2sec.=1,000mW/cm2x1sec.上項累積量都一樣，但得到的硬化結(jié)果卻有很大的不同34ppt課件累積照度(Dose)35ppt課件累積照度(Dose)36ppt課件紅外線照射Stefan-Boltzmann公式

P=e*σ*T?

*AP:放射出來的熱 e:石英玻璃常數(shù) σ:Stefan-Boltzmann常數(shù) T?:表面溫度 A:燈管表面積紅外輻射主要是由UV源的石英泡發(fā)射出來的紅外能量。37ppt課件塗膜厚度與UV能量關(guān)係膜厚比膜薄需要更多的UV能量膜厚度多寡與所需的UV能量不是呈線性關(guān)係內(nèi)塗層UV能量隨深度呈指數(shù)降低如果增加一倍的塗佈厚度會怎麼樣？38ppt課件塗膜厚度與UV能量關(guān)係在這一個例子中，塗層厚度增加一倍到2μm,需要增加到10倍的紫外光照射才能達到和1μm厚度一樣的固化效果。39ppt課件硬化條件何謂“硬化條件”?硬化UV材料，主要的硬化條件，其考慮的因素有:1.UV照度

燈管輸出強度，反射鏡的設(shè)計，照射距離，塗膜厚度。2.UV累積能量

生產(chǎn)效率，溫度。3.UV光譜分佈

燈管種類的選擇。以上三個因素的適當搭配所提供的“UV光”，照射UV材料，使UV材料硬化，而達到業(yè)者產(chǎn)品規(guī)範的要求。我們稱此“UV光”為合適的“硬化條件”。40ppt課件硬化條件41ppt課件UV製程的注意事項1.光源的穩(wěn)定性2.反射鏡的乾淨度3.石英玻璃的清潔度4.其它UV光所經(jīng)路徑的影響5.冷卻系統(tǒng)的管理6.塗佈製程的管理(膜厚,溶劑殘存….)7.氧氣濃度的管理42ppt課件UV固化製