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紫外線（UV）固化粘合劑、涂料、油墨、掩模和灌封材料早已成為快速、環(huán)保、具成本效益的生產(chǎn)固化方法之一。在適當(dāng)?shù)那闆r下，許多材料（單體-配體混合物）可以在一瞬間完全固化（聚合）！熟悉紫外線固化的工藝工程師一般都知道，穩(wěn)定、完全的固化取決于所使用的紫外線劑量（更恰當(dāng)?shù)恼f法是能量密度或輻射流量密度）。然而，許多人并不熟悉紫外線強(qiáng)度（更恰當(dāng)?shù)恼f法是有效輻照度）對固化強(qiáng)度的影響。

劑量還是強(qiáng)度？

紫外線劑量或能量密度通常以焦耳或毫焦為單位，是紫外線強(qiáng)度/輻照度與紫外線照射總時(shí)間的乘積。例如，將單體置于 300 毫瓦的紫外線輻照下 10 秒鐘，可獲得 3 焦耳的紫外線能量；將單體置于 3000 毫瓦（或 3 瓦）的紫外線輻照下 1 秒鐘，也可獲得 3 焦耳的紫外線能量。哪種方法更可??？紫外線燈系統(tǒng)在產(chǎn)生紫外線能量的同時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生紅外線（IR）能量形式的熱量。由于基底材料通常對熱敏感，許多感光聚合物化學(xué)家和工藝工程師認(rèn)為，較低強(qiáng)度和較長的曝光時(shí)間是處理熱敏感應(yīng)用的方法。事實(shí)上，如果采用正確的 “多重固化 ”方法，情況恰恰相反。但是，撇開熱敏因素不談，高強(qiáng)度短時(shí)間固化和低強(qiáng)度長時(shí)間固化的粘接或固化強(qiáng)度是否相同？

幾年前，S. Jonsson 博士等人進(jìn)行了一項(xiàng)具有里程碑意義的研究，該研究顯著強(qiáng)調(diào)了一個(gè)事實(shí)，即強(qiáng)度非常高（但曝光時(shí)間短）的固化物通常比相同劑量的低強(qiáng)度長固化物強(qiáng)度更高、聚合更完全。在一個(gè)模型評估系統(tǒng)*中，他證實(shí)強(qiáng)度增加 10 到 20 倍，聚合率幾乎增加 50%。測試結(jié)果表明，“通過使用高強(qiáng)度輻照裝置，生產(chǎn)速度可以提高 20 倍，而轉(zhuǎn)化率仍可提高 25%”。Jonsson 博士將大部分已證明的固化改進(jìn)歸因于一種我們現(xiàn)在稱之為暗固化的現(xiàn)象，即紫外線熄滅后固化仍在繼續(xù)。“特別是在較高強(qiáng)度下的較短曝光時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)在很明顯，聚合的暗色部分占總轉(zhuǎn)化率的 90% 以上！” 如果對吸管施加輕微的壓力或速度，即使壓力持續(xù)很長時(shí)間，也可能無法刺穿幾毫米。但是，如果你只是在一瞬間施加極大的壓力或速度，你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)吸管已經(jīng)刺穿了整個(gè)馬鈴薯。極強(qiáng)的力度會(huì)穿透得很深。

表面粘著和氧抑制 對于自由基引發(fā)劑化學(xué)成分（常見的）來說，極強(qiáng)紫外線應(yīng)用的另一個(gè)主要好處是可減輕因氧抑制引起的表面固化問題。簡而言之，除了“擊穿”深層固化機(jī)制外，極強(qiáng)紫外線還能有效地瞬間封閉表面，防止不必要的氧氣隨后擴(kuò)散到薄膜中。Jonsson 對這種高強(qiáng)度緩解的效果進(jìn)行了顯著的展示和記錄。在一項(xiàng)比較研究中，當(dāng)使用極高強(qiáng)度時(shí)，空氣中的初始聚合速率與氮?dú)鈨艋h(huán)境中的固化速率幾乎相等！** 當(dāng)然，低強(qiáng)度輻照的情況并非如此。

溫度控制

對溫度敏感的基材和化學(xué)物質(zhì)是各種涂層工藝和無數(shù)其他應(yīng)用中的常見問題。熱量控制的第一步是優(yōu)化紅外過濾，通常在紫外固化燈本身完成。二向色濾光片和反射器以及良好的燈管設(shè)計(jì)在這方面大有幫助。但是，即使是最好的紅外過濾，在紫外線強(qiáng)度極高的情況下也會(huì)產(chǎn)生大量熱量。這就是 “多重固化”。LESCO 率先采用了這種新穎的方法來應(yīng)對熱量上升的挑戰(zhàn)。多重固化 "允許在慢速、低強(qiáng)度工藝中累積相同的焦耳劑量，以多通道、短時(shí)間但極高強(qiáng)度的形式進(jìn)行應(yīng)用。聚合度最大，熱升溫最小。LESCO 第 107 號白皮書對此進(jìn)行了詳細(xì)論述。

特殊應(yīng)用

為了追求更高的產(chǎn)量和更低的成本，越來越多的工藝速度都在不斷提高。在磁盤驅(qū)動(dòng)器、噴墨墨盒制造、印刷電路板生產(chǎn)線以及許多其他工藝中，對速度的需求似乎永無止境。利用極強(qiáng)紫外線點(diǎn)固化技術(shù)，可以提供足夠的功率，使特殊的多芯光纖光源將紫外線傳送到高速生產(chǎn)線上多個(gè)離散的固化點(diǎn)。結(jié)果是次秒固化，受益于暗固化強(qiáng)度的提高和聚合作用的終止、完全的溫度控制以及所有的氧氣抑制問題。由于光源最初產(chǎn)生的大部分強(qiáng)度會(huì)因光導(dǎo)傳輸損耗和毛刺分裂而損失，因此點(diǎn)固化裝置本身必須盡可能達(dá)到最高強(qiáng)度。事實(shí)上，對于某些工藝固化，特別是涉及金屬基材粘接的固化，如果沒有極高的強(qiáng)度和隨后的暗固化，紫外線固化根本無法達(dá)到足夠的粘接強(qiáng)度。

結(jié)論

隨著越來越多的用戶了解到超高強(qiáng)度紫外線固化技術(shù)與低強(qiáng)度技術(shù)相比的優(yōu)勢，超高強(qiáng)度紫外線固化技術(shù)顯然將成為主流。雖然超高強(qiáng)度紫外線燈系統(tǒng)的初始成本較高，但在運(yùn)行第一年內(nèi)完全收回成本的情況并不少見。上述研究表明，超高強(qiáng)度紫外線燈系統(tǒng)在大幅提高工藝速度、提高固化強(qiáng)度和改善熱控制方面具有明顯優(yōu)勢。