当UV固化设备及组成部分的工作原理一

UV固化设备及组成部分的工作原理(一)

随着UV油墨的应用越来越广泛，其固化工艺及相关设备也就成为了印刷业界希望了解的问题。本文我们主要介绍UV固化设备及其组成部分的工作原理和特点。

UV固化单元的主要作用是产生特定波长的光，并以足够的辐射密度促使墨层固化，因此，明确什么是UV射线是非常必要的。UV射线是一种电磁能的形式，像可见光、X射线和无线电波一样，是由大量的具有微小能量的光子组成的。每个光子都有不同的波长，其能量受波长的影响，波长越短，能量越大。光子是按照电磁波波长分布的，其波长为纳米级，1nm等于1.0×m，波长约在100～450nm之间的光子就是UV射线。UV能量可以按照光子的波长分成很多种，如图1所示，用于UV印刷中油墨干燥的最主要的波段是在UVC、UVA和UVV波段，UV油墨中的2014 年黑龙江省石墨产业发展计划取得通过光引发剂对这些波段的光子有反应，能够释放出足够的射线使油墨固化。

(一)UV固化设备的类型及组成

UV固化设备能够发射波长在200～450nm的光子，并可以根据光波的连续性进行分类。连续型固化设备能够连续地发射UV射线；闪烁型固化设备发射简短而强烈的UV能量，如相机的闪光。最常用的固化设备是连续型的，它以水银蒸气为介质，能够提供最合适的输出功率，常用固化设备有以下3种主要的设计。

(1)专用UV固化设备：一种自由固定的设备，通常安装有两个UV灯，它只能用来固化UV油墨，而不能用于干燥溶剂型油墨。

(2)组合型固化设备：是一种UV固化和干燥剂喷射组合型设备，它能够用于干燥UV油墨和溶剂型油墨。安装这种设备要比专门的UV固化设备需要更大的空间和更高的成本，但是用途也更广泛。

(3)桥梁型UV固化设备：是一种小型的，相对比较简单的设备，安装有1个或2个UV灯，可以通过一根直杆加装在已有的干燥剂喷射装置上。该类设备具有强大的固化能力，但是通常需要在高温下运转，但固化热敏膜片时容易导致很多问题。该类型设备只能固化UV油墨。

所有的UV固化设备都由一个或多个UV灯组成，每个灯又是由灯泡(UV光能量的来源）、反射体(将UV光聚焦在感光材料上）和冷却系统(减少到达感光材料的热量）组成的。这里的“灯”指灯泡和反射体，为了避免混淆，我们将UV光源定义为“灯”，是“灯泡/反射体集合”的缩写。

1.固化灯

UV固化设备包含1个或多个水银灯，灯是长度为0.2cm～2.5m的石英电子管，电子管中包含了少量的水银和惰性气体，如氙气。高压电流通过灯泡的末端导生水银气体，并在挥发状态下发射出光子，其波长在UV光能量波长范围内。通常，UV灯发射出的光子越多，油墨固化的效率就越高。

灯泡有能量级别，一般通过电弧的长度即功率来区分灯泡的电流能量，最常用的灯是80W/cm集中气力调和解决重点问题或120W/cm，灯的功率越高，发光的能量就越大2） 工作电压：市电210⑵40V,50HZ 5HZ；。然而，能量级不能直接影响UV光源的输出能量，也不能影响能量输出效率，效率受光引发剂的影响，要与其匹配。灯的能量决定于发光量，即发光量、光通量和光谱分布。

发光量是衡量到达油墨表面UV光能量的密度，即发光强度。它由以下几点来决定：首先是灯的功率，功率越高，发光强度越高；发光强度随着灯使用时间的加长而减少；第二是灯的直径，直径越小，发光强度越高；UV光能量越集中，则发光强度就越高；第三是反射体对UV光的反射率。

当油墨通过固化设备时，UV光是变化的，在灯的垂直下方或是UV光集中的地方，发光强度达到顶点，光线的能量由灯距而定。通常光越强，固化效果就越好，同样，发光强度增加，油墨中光引发剂的的活性也就增强了，从而加速了固化。如果固化速度太慢，即使将印品通过固化设备很多次，油墨也不会干燥。因此，确定油墨有效固化并保证墨膜附着牢固所需要的最低光能量是非常重要的。

光通量是衡量油墨通过固化设备时所接受到的UV能量的尺度，在一些特定的光波下，光通量值将依赖于传送带的速度和通过固化设备的数量。降低传送带的速度或是把印刷品多次通过固化设备都会增加到达印品表面的UV光能量，但不会增加UV光的密度。

为了增加油墨的固化深度或固化反应程度，增加发光量（UV光能量密度）比增加光通量（油墨接受到的UV总能量）更有效，因为增加光辐射量的同时还增加了承印物上的热能。表1解释了发光效率对固化速度的影响，可见，增加发光强度或增加光通量值都是获得快速固化的最好方法。

可见，光通量对于保证油墨的完全固化非常重要，因此，要保证光源发光波长范围及光能量的正确结合。使用时要按照油墨制造商的推荐数据，并在使用过程中随时观察其变化。

2.反射体

反射体可以确保灯泡的能量尽可能多的到达承印物表面，实际上，在固化过程中，承印物表面要反射大约60%的UV光能量（最多是80%）。反射体还能控制UV光能量的分散，无论是正好落在承印物表面，还是均匀的分散开，UV光的能量总数是不变的，设计反射体的关键因素是椭圆度和 抛物线形的确定。

椭圆形反射体有两种形状的设计，即“椭圆线形”和“渐曲线形”。椭圆形反射体的特征是表面具有高金属光泽度。

①椭圆线形反射体：通常在椭圆形反射体的一个焦点上安装灯泡，把光集中起来，通过一条狭窄的途径到达第二个聚焦点，灯泡和反射体的位置必须确定好，所以第二个聚焦点必须准确地落在承印物表面上，这样的设计可以得到比其他设计更多的光。如图2所示。

②渐曲线形反射体：这种形状的反射体也是在一个焦点上安装灯泡，然而，反射体曲线是位于灯泡与印品中间的第二个聚焦点上，在印品表面上产生一个更宽的能量区。如图3所示。

反射体相对来讲应用便当就像平面反射镜，在很广泛的一个区域内散射能量，但这通常会降低能量，而且只能产生很少的集中的热量，不过对于热敏材料来说，这是有利的。

(待续)