PDF《UV• LED 固化技术》

U 作者:美国锋翔科技公司(Phoseon Technology) 市场公关专员Stacy Hoge UV? LED 固化技术 图1:UV LED固化工艺 在各种生产工艺中,UV LED固化正在迅速成为一种 被接受的用户友好的技术 V LED固化是指将来自发光二极管(LEDs)的 紫外(UV)区光谱的 能量 输出来处理涂 料、胶粘剂、油墨等紫外光固化材料的一种技 术.

由紫外光产生的能量会引发自由基聚合反应,导致湿 的原料发生聚合,从而使材料硬化(或固化)(见图1). UV LED固化技术利用半导体发光二极管,当有电流 通过时会发出紫外光.当一个LED正向偏置时,电子能够 与设备内的电子空穴复合,这样以光子的形式释放能量. 发出光的颜色或光子的对应能量是由半导体材料的能隙决 定. UV LED固化有很多优点并值得注意.相比传统的灯 具,UV LED是一个冷光源,主要是由于在红外光谱范围 内没有输出.这样可以不再使用那些复杂的冷却设备,例 如冷却辊和遮光布,因而能用于热敏感的基材.紫外发光 二极管(UV LED)的电-光转换效率要好得多,能节约 50%~75%的电力.此外紫外发光二极管对环境更友好, 因为它们不产生臭氧,并且不含水银. 技术模块 UV LED固化灯由多个子组件构成,当最佳组合时能 提高系统的性能.UV LED光源的重要组成部分可分为四 类:LED灯、阵列、光学元件和热. LED灯LED灯是由掺杂有杂质形成p-n结的半导体材料构成. 电荷载流子,即电子和空穴,从具有不同电压的电极(阳 极和阴极)的交界处流入.当电子遇到空穴时会进入较低 能量的状态,从而导致能量以光子形式释放. 发射的光的波长取决于形成p-n结的材料(掺杂剂) 的能隙.LEDs的正确组合,能够使总的紫外光能量最大 化. 阵列 陈列是各个LEDs的组合或聚集.LEDs的数量、类型 和大小,包括阵列的形状和LEDs的电连接方法都会对阵 列有影响.阵列结构是由空气冷却或水冷却而决定.目标 用途确保了系统的最优性能和对生产商的可信赖性. 光学元件 通过各种光学元件的排列组合能使从光源跑出的光子 最优化.用光学元件来使UV LED光反射、成型、导向和 修整来使到达固化材料的能量最大化,从而使紫外光固化 材料达到最佳固化.对用户来说使用光学元件有三个好处: ・提高照射到材料上的紫外光能的效率 ・降低由阵列产生的热量 ・提供最佳的系统定价 热 如果维持在适当的工作温度下,UV LEDs可以持续使 用长达20000小时及以上.当LEDs发出更多的能量时,它 们也会产生更多的热量,这些热量需要进行处理.热处理 技术能从系统中除去多余的热量,同时对二极管提供一致 稳定的操作温度,以使其达到最佳的性能,延长灯的使用 寿命. 基材基材涂覆液体: 油墨、涂料、胶粘剂 曝露于UV LED 引发光化学反应 液体硬化, 使成品紫外光固化

32 | 2014年9月・www.adhesivesmag.com 波长 UV LED灯输出单波段不可见光,集中在特定波长 的±5.0nm上.LEDs是一种固态装置;

它们可以由各种 波长的发光二极管构成,波长包括但不限于

365、

385、

395、405和410nm(见图2).这与传统UV灯发出的宽 的光谱不同.这种单色分布需要新的化学配方来确保紫 外光固化材料的正确固化. 商业用途 UV LED最早的一些商业用途是小面积的胶粘剂和 粘接用途,如应用于医疗设备组件、低端热喷墨印刷, 如标记、编码和可变数据印刷和玻璃纤维复合材料的现 场修补.这些早期的用途利用了UV LEDs的外形优势( 轻便小巧)、彻底固化的能力,以及由于固有的较长波 长而使安全性提高.事实上,许多早期的应用是在可见 光波长范围内. 目前,UV LED固化在各种涂料和胶粘剂领域的生 产中获得了认可.UV LED固化技术对于许多装配用途 是一种非常适合的,更高的生产能力、可控的过程重复 性和对操作人员的安全性.制造业正在将UV LED固化 灯推向各种新的具有挑战性的应用领域. 涂料 目前,全世界范围内大量的涂料都在采用UV LED 光源固化,应用范围从传统的材料,如地板和木工家具 到先进的电子设备.材料开发和长期的性能测试将进一 步打开汽车、电子产品、住宅和商业建筑材料等领域的市 场. UV LED固化技术非常适合木器涂料行业的施工, 如边缘涂装、辊涂和数字印刷.UV LED技术大大减少 了能量消耗,显著降低了工件表面的温度.另一种新兴 的用途是手机、OLED电视和触摸屏显示器的生产.UV LED技术非常适合,具有更高的一致性,排放更少热量. 胶粘剂 紫外光固化胶粘剂是现代化装配和生产过程中的一 种有益工具,采用UV LED的电子控制和稳定方式,能确 保在各种UV LED胶粘剂应用邻域中获得优异的结果,范 围从医疗设备到最先进的电子消费产品. 胶粘剂的UV LED固化在医疗和制药领域中有一定的 优势,因为它们外形小巧、易安装,并尽量减少热量产 生.由于部件非常小,问题在于使用UV LED光,只能使 胶粘剂在小区域中固化,从而使组件机械连接在一起. 大量生产的电子消费品正受益于UV LED固化系统的 耐久性、可靠性和可重复性.UV LED始终以最佳的水平 发挥作用,即使是在长时间的、大批量的工作中――在 固化非常敏感的产品时,同样能提供稳定的能量输出― ―使UV LED技术成为众多市场中有效的解决方法. 越来越多的认可 UV LED固化正在迅速成为各种生产过程中公认的用 户友好的技术,因为它能为各种生产工艺提供重要的优 点.从传统固化技术转变为UV LED固化,能为生产商提 供较低的运营成本和更高质量的产品,同时赋予产品新 的功能. 环境监管也正在逐步推进.汞灯目前被欧盟的RoHS 法规(有害物质限制法规)豁免.对于大规模和小规模 的使用情况,该豁免将在2016年7月复审.正如LED灯正 在替换白炽灯,这是由于LED灯的能源效率和无有害物 质,随着UV LED灯的快速增长,类似的限制可能会推向 汞灯. 图2:波长和相对强度 相对强度LED 385/395/405nm LED范围 LED 365nm 汞灯 相对强度只有LED 波长(nm) 波长(nm) ・ 2014年9月・Adhesives &