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UVLED固化技术及UVLED树脂介绍

发布时间:2023-03-14 人气:555

UVLED固化技术及UVLED树脂介绍

UVLED固化是UV固化的一种,是采用UVLED光源将UV油墨、UV胶水、UV涂层等固化。

众所周知,三十多年以前紫外线(UV光)被成功的推广到商业应用。各胶黏剂生产商针对UV光固化特性,研制出用于粘接、密封、印刷等系列UV产品,并广泛应用于通讯、电子、光学、印刷等众多领域。这些产品在UV光(一定波长及一定光强度)照射下,会固化或硬化(聚合),并且与传统产品-UV光固化更加快高效、节能环保。

近年来UVLED固化技术受到了全世界的高度关注,在许多应用领域中都逐渐采用UVLED光源取代传统的汞灯光源。UVLED是一种电致发光二极管,相比于传统的UV汞灯,更为环保、高效且能耗低,是真正面向可持续发展的绿色工业技术。

UVLED特点
以汞灯照射方式为主流的生产工艺被采用了很长时间。但由于设备价格昂贵、维护成本高、UV光照强度衰减快,被照射元件的表面温升高、体积大、耗材贵、汞污染等缺陷,业界一直致力于改进,但因原始硬件的局限性一直难以突破。

UVLED的问世,为UV固化行业带来了革命性的变化。其具有恒定的光照强度、优秀的温度控制、便携环保的特性,更有相对较低的采购成本和几乎为零的维护成本,对UV固化工艺的品质提升与节能降耗起到了推动作用。

UVLED点光源、线光源、面光源已开始应用于各个行业。我们相信,经过全行业的共同努力,未来的UV固化行业一定会拥有一番环保节能的崭新天地。

单波长,发光效率高,能耗低

UVLED能将电能直接转换成UV光,且发出的是单波段紫外光,光线能量高度集中在特定紫外光波段,现在市场上有成熟应用的是365nm、385nm、395nm、405nm这几个波段。而传统UV汞灯的发射光谱很宽,真正起有效固化作用的紫外光谱段只占其中的一部分,同时光电转换效率低,能源消耗大。

不产生红外线及臭氧

传统汞灯会产生红外线,并发出大量热量,易对热敏感基材造成损伤。而UVLED为冷光源,能有效避免基材因过热而产生收缩变形,对材料的适应性更广。同时用于紫外固化的UVLED通常是波长较长的紫外光,因此在固化过程中不会产生臭氧,能够保持良好的工作环境,相对传统汞灯更安全、更环保。

即点即亮,电子化控制

UVLED无需像汞灯那样预热,也不需要为了维持灯管寿命和工作效率而将灯管一直常开。UVLED可瞬间开(关)灯,输出的能量也可以自由设定,并可随机器速度而自动调整,非常节能,控制简单方便。

使用寿命长,维护成本低

LEDUV灯的使用寿命可达1万-5万小时以上,是传统汞灯的10倍以上,且光衰减得很慢,使用寿命不受开关次数影响。同时LED光源没有汞,也没有灯罩等附件,所以几乎不需要维护,降低了维护成本。

使用灵活性高,系统尺寸小

LED光源可分为点光源、线光源、面光源,可定制有效照射区域。光源设备尺寸小,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。这样的特点使其能够适应各类生产工艺,生产流程也更高效。

2011-2016年UVLED与传统UV汞灯设备的销售额对比

UVLED市场及前景
据TechNavio调研,UVLED市场最近七八年来一直保持着非常高速的增长,从2008年的2,000万美元增长至2014年的9,000万美元,复合年均增长率高达28.5%。2016年由于紫外光LED产品积极导入光固化、杀菌与净化市场等各项应用,预估产值将至1.66亿美元,其中LED应用于光固化市场产值将达到8,100万美元。而到2020年,全球UVLED技术市场的复合年均增长率将达39%。

2015年,紫外光固化市场占UVLED技术市场的48.14%。印刷行业对UVLED固化设备的需求增加,用于UVLED芯片的通量密度大幅改进使得紫外线固化占据了UVLED技术市场的很大一部分。同时印刷业已发展成为LED固化设备的一大用户。UVLED技术在喷墨领域取得了巨大成功,推动了UVLED技术在整个印刷行业中的应用。

亚洲市场的UVLED技术

TechNavio预测,未来亚太地区的UVLED技术市场增长最快,UVLED技术在亚太地区的复合年增长率将达39.31%。主要因为该地区对UV固化设备和技术的大量需求。中国和印度是新兴市场,由于政府倡导节能光源并支持对工业、医疗和科学部门进行管控,这些政策鼓励UVLED制造商增加UVLED的生产。LED光固化应用目前主要集中于木器、油墨和UV胶三大领域,在未来几年中会有较大涨幅。

欧洲市场的UVLED技术

欧洲UVLED技术将从2015年的3,628万美元增长到2020年的1.902亿美元。欧洲对有害物质实行环境监管和对汞灯的禁止使得欧洲市场成为全球UVLED市场收入的重要贡献者。由于UVLED为环保型且耗电量少,在欧洲的医疗、粘合剂、印刷固化市场有着大量应用,这些应用也成为欧洲市场增长的一大重要因素。

北美市场的UVLED技术

UVLED技术占北美市场份额的26.8%。TechNavio预测,北美UVLED技术市场将从2015年的3,433万美元增长到2020年的1.7906亿美元。由于市场快速增长,北美洲的平面艺术行业正越来越多地使用紫外固化设备和技术。其他UVLED光固化应用涉及医疗保健行业、通信设备行业、汽车行业、建材行业等。

UVLED树脂
由于UVLED为单一波段的UV光源,引发剂吸收光谱需要与LED发射光谱匹配,目前市场上针对LED光源开发的引发剂不多,可量产化的就更匮乏了。因此引发剂的匹配问题一直是LED光固化的难点,目前可使用的光引发剂有TPO、TPO-L、ITX、DETX、BAPO等。而这些引发剂在365nm、385nm、395nm、405nm的波段并没有非常强的吸收峰,因此引发效率不高。同时与传统汞灯相比,其功率较低,辐照能量不高,尤其是油墨类有色体系,若印刷速度过快,易导致油墨固化不彻底

鉴于引发剂匹配度和设备功率这两方面的问题,用于LED固化的光固化树脂就必须有非常高的反应活性,才能避免固化不良等问题。目前市场可供选择的UVLED固化树脂很少,主要受制于反应活性和稳定性这两大问题。

固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性的平衡

固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性,是UV光固化技术中很重要的三个方面,单独实现相对容易,但如果三者都要兼顾难度就很大。润奥化工的科研人员通过大量的实验工作,采用创新的方法对树脂结构进行了改变,并采用辅助手段,特别开发了三款不同应用体系的UVLED固化树脂,完美地达到了固化速度、抗表面氧阻聚和储存稳定性三者的平衡,从而很好地解决了实际应用问题。

木器及塑胶涂料方向

SK8370是四官能特种改性聚酯丙烯酸酯,专门开发应用于LED木器及塑胶涂料。该树脂低能量固化速度极快,转化率高,硬度高,有着出色的耐磨性和耐水煮性。实验时,采用光强只有200mw/cm²的395nm点光源照射10秒即可表干。SK8370不仅有着突出的反应活性,其储存稳定性也十分优异。在有引发剂的配方中,放入60℃烘箱2周,黏度基本无变化,热稳定性优异。

UV胶方向

SK8376是两官能特种改性聚氨酯丙烯酸酯,专门开发应用于UVLED胶黏剂体系。该树脂固化速度快,低收缩,有着优异的内聚力和耐水性,对塑胶基材的粘接强度高,其伸长率为130%,有着出色的回弹性。

油墨方向

SK8374是两官能特种改性聚酯丙烯酸酯,专门开发应用于UVLED油墨体系。该树脂固化速度快,柔韧性佳,有着优异的颜料润湿性,柔韧性佳,对塑料、金属、玻璃都有较好的附着力,适合多种承印基材。良好的印刷适性也使其适用于胶印及丝印工艺。

UVLED在光固化中的应用
UV喷墨

目前,市场对UVLED固化技术的关注度很高,其中喷墨领域的创新最多,而UVLED固化的优势恰好能满足这一领域的需求。

UVLED喷墨优势:节能、高效、分辨率高、适应多种基材。应用领域:工业或装潢印刷、大幅面喷墨印刷、标签及包装印刷。

UV胶印

LEDUV胶印与普通的UV印刷相比,在整个印刷生产过程中,更节能环保,寿命长,可以减少高达70~80%的能源消耗,且对承印材料有着出众的适应性。

PCB行业

元件(电容,电感,各种插件,螺丝,芯片等)固定。

防潮灌封和核心电路、芯片保护,抗氧化涂层保护。

电路板保型(角)涂层。

地线,飞线,线圈固定。

波峰焊通孔掩膜。

木器行业

和传统的涂装方法相比,UVLED不会对基材含水率产生影响,而且从封闭底、底漆、修色、面漆全面实现UVLED快速固化的施工工艺,省去了传统木器底、面漆漫长的干燥固化时间和低固含多道喷涂施工的繁杂工序,能够实现全线机械化、流水线式作业,对于工厂产能的提高有着极大的促进作用。

UV胶黏剂

使用UVLED固化胶水有很多优势,比如低放热,更低的能量需求,节省固化时间和位置,提升生产率,更容易自动化。因此被广泛用于微电子行业及医疗器械领域中,起到粘接、固定、保护等作用。

UV甲油胶

采用低功率的LED灯固化,使用过程放热低,UV甲油胶固化效果佳,可以保持长时间亮丽如新。

UV涂料

LED优势:冷光源、污染少、固化快、耗能低、成膜性能优越。

应用领域:手机、汽车涂料、光学透镜、塑料涂层、光纤涂层。

使用寿命
相对于传统UV固化设备,其汞灯使用寿命只有800-3000小时,采用UVLED紫外固化系统的使用寿命达到20000-30000小时。LED方式可以仅在需要紫外线时瞬间点亮,按DUIY=1/5(准备时间=5照射时间=1)时,LED方式的使用寿命相当于汞灯方式的30-40倍。减少了更换灯泡的时间:提高了生产效率,同时也非常节能。而传统汞灯方式固化设备在工作时,由于汞灯启动慢、开闭影响灯泡寿命,必须一直点亮,不仅造成不必要的电力消耗而且缩短了汞灯工作寿命。

无热辐射

高功率发光二极管没有红外线发出。被照射的产品表面温升5°C以下,而传统汞灯方式的紫外线固化机一般都会使被照射的产品表面升高60-90°C,使产品的定位发生位移,造成产品不良。UV-LED固化方式最适宜塑料基材、透镜粘接及电子产品、光纤光缆等热敏感、高精度的粘接工艺要求。

环保无污染

传统的汞灯方式固化机采用汞灯发光方式,灯泡内有水银,废品处理、运输非常麻烦,处理不当会对环境产生严重污染。而LED式固化机采用半导体放光,没有对环境造成污染的因素。因此使用LED式固化机更加环保。

超强照度

采用大功率LED芯片和特殊的光学设计,是紫外光达到高精度、高强度照射;紫外光输出达到8600mW/m2的照射强度。采用最新的光学技术和制造工艺,实现了比传统汞灯照射方式更加优化的高强度输出与均匀性,几乎是传统汞灯方式照射光度的2倍,使UV粘合剂更快固化,缩短了生产时间,大幅度提高了生产效率。

传统的汞灯方式点光源固化机在增加照射通道时,通道的增加会造成单个照射通道的输出能量减少。而采用LED式的照射,各个照射头独立发光,照射能量不受通道增加的影响,始终保持在最大值。

因其超强集中的光照度,与汞灯相比,UVLED缩短了作业的照射时间,提高了生产效率。

能耗低

UVLED方式较汞灯方式有效发光效率高10倍以上。

同时,汞灯方式无论是否进行有效照射,汞灯都需要连续点灯工作,电力一直处于消耗状态。而UVLED方式只在照射时才消耗电力,而在待机时电力消耗几乎为零。可以做一个简单的计算,每台点光源固化机节省的电能:

270(瓦特)*8(小时)*365(天)=800(千瓦时)

由此可见,每台每年仅耗电费用就可以省千元。不仅如此,通过节省电能,每台每年可间接减少二氧化碳的排放量1.4吨,相当于一辆轿车一年的排气量。

安装简单,节约空间

LED固化机的体积只有传统固化机的1/5大小,使设备的安装更加简单,减少了生产现场的场地占用面积

   

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