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UVLED固化技术发展及优劣势分析

发布时间:2023-03-18 人气:798

UVLED固化技术发展及优劣势分析

今年辐射固化领域两大重要论坛先后召开,5月在美国芝加哥召开的北美辐射固化会议(RadTechNA2018)和9月在长沙由中国感光学会辐射固化专业委员会主办的“2018中国辐射固化年会”。在这两次会议上,UV-LED成为最热的话题,预示着其已经成为辐射固化界最关注的技术。

UVA(315nm-400nm)的典型应用为紫外固化、紫外配墨打印、光催化、防伪识别等。光固化主要使用波长365-400nm之间的紫外光。紫外光固化应用包含在显示屏、电子医疗、仪表等行业的UV胶黏剂固化;建材、家具、家电、汽车等行业的UV涂料固化;以及印刷、包装等行业的UV油墨固化等。

目前有多种方法可以固化形成涂层、薄膜或油墨,比如热固化,蒸发固化,氧化固化(空气干燥)等。UV固化是一个新的方法,时间短,产能高、总工序成本低、挥发性有机化合物/溶剂使用少、设备小。UV固化的原理是使用一种化学反应,使多种化学成分的混合物聚合,如单体、低聚物和光引发剂。这些材料可能是涂料、粘合剂、油墨、复合材料等。UV固化系统由UV灯、反光镜、电源/转换器和外罩组成。

UVLED固化:无法替代的优势

UV之所以受到业界如此重视,一方面是由于政策环境的推动,另一方面更是由于其相较于传统紫外辐射固化技术的优势显著。

1、更高的效率:UVLED可瞬间开(关)灯,传统UV光源需预热1分钟之后才能启动,冷却4分钟之后才能关闭。为提高工作效率,很多操作人员通常会一直开着UV光源,从而造成很大浪费。而LED-UV光源能在印刷时瞬间开启,工作效率大幅提升。同时,UVLED消除了使用传统汞灯出现的意外线路停工,减少JIT的维护和故障排除,确保短期运行和更换工作,产量增加10%至30%,减少浪费和废料,更多的按压时间。

2、更高的可靠性:维护成本更低;快速更换作业;即开即关能保证短时间运行;UVLED的输出更稳定一致;更好的粘着力。

3、更高的一致性:UVLED的固化一致性更高,是可控,可预测的,耐候性更好,而且灵活性更高,LED-UV光源采用点光源,可结合纸张尺寸,分级设置照射范围。

4、更高质量的印刷:色差更小;更好的固化附着力;白色不透,金属色更正,荧光色更亮。对印刷对象更少的热传递,发热量小,LED-UV光源的光电转换效率高,灯管表面温度仅为60℃左右,能有效防止印品因过热而产生收缩变形,从而达到较高的套印精度。

5、更经济:UVLED能耗更低,有效发光效率高,能够减少70%~80%的能源消耗。使用UVLED设备损耗更小,使用寿命长,LED-UV光源使用寿命可高达2万~3万小时,是现有高压汞灯和金属卤素灯(1500小时)的十几倍,可大幅减少光源更换次数。

6、更环保:能降低空气交换,粉尘传播,无汞污染,无UVB和UVC,无臭氧。LED-UV光源不会产生短波紫外光,因此在固化过程中不会产生臭氧,无需安装除味装置或排风管道等辅助装置,能够保持清洁的工作环境,这使得LED-UV固化装置在周围建筑物密集的工厂也可采用。

UVLED固化的局限:在发展中解决问题

同时,现在价格、配套光引发剂、表面固化、短波长LED的研发,UV-LED功率的提高,以及和传统汞灯的竞争,都是UV-LED需要面对的问题。

1、表面固化问题:照射强度较弱,若印刷速度过快,易导致油墨固化不彻底。针对某些UV涂料,LEDUV固化会出现表面粘手的现象,这是由于空气中的氧气会阻碍自由基的反应,影响表干,导致粘手;汞灯UV固化时,由于汞灯含有低波段紫外线,会将氧气反应成臭氧,隔绝了UV涂料和氧气的接触。

2、只能发出长波紫外光,不能发出短波紫外光,因此不利于UV光油的固化。同时,由于没有UVB、UVC和红外,LED波长更适合深层次的固化,而汞灯能覆盖所有层次和区域。

3、LED-UV光源价格偏高。

4、现有印刷机改造困难,这是因为LED-UV光源照射距离短,必须与承印材料表面近距离照射,才能保证油墨的良好固化,因此对现有印刷机的改造带来了极大不便。

5、配套引发剂的问题:对LED-UV光源发出的紫外光发生反应的光引发剂较少,因此需要精选出反应性能优异的光引发剂。LED-UV油墨的光引发剂不仅需要对LED-UV光源发出的窄波段紫外光能具有很强的吸收力,而且必须实现墨层表面和内部同时固化。因此,在选择LED-UV油墨的光引发剂时,应保证光引发剂在LED-UV光源的特定波长下具有最佳的吸收特性,同时还应开发出配比最佳的光引发剂组合,以尽可能地吸收有限的紫外光能。特别是对于透明类光油而言,必须在有限种类的光引发剂范围内,找到能使光油黄变性和固化性达到平衡的光引发剂。

UV固化的发展路线:随着技术的进步定制化程度越来
UV固化的发展路线:随着技术的进步定制化程度越来越高

■2010-2013年只有弧光灯的标准模块的可供更换

■2013-2015年开始根据客户的需求进行定制

■2015年-至今为了更好的利用LED技术优势,根据客户的实际使用需求(工艺、油墨、速度、基板等)进行充分定制

■2009-2011年发展重点在于推广展示紫外LED固化的好处

■2012-2014年发展重点在提升辐照强度

■2014-2016年发展重点在于提升系统使用寿命

■2015-2017年发展重点关注流程优化

从大趋势来看,UVLED被认为是下一代光源之一,UVLED的前景不仅为LED业界所看好,也被辐射固化业界视为未来的趋势。加上水俣公约、节电优惠等政策推广助力,国内外企业加速布局,UVLED市场即将爆发,未来五年将进入快速成长期。据Yole数据,2023年,UVLED的固化应用市场规模约为1.6亿美元(器件价值)。

具体分析请继续关注我们即将推出的UVLED固化系列报告二:UVLED在辐射固化应用方向的市场规模和前景分析

UVLED固化系统制造商来自不同的背景。许多厂家都可以制造UVLED固化系统。这主要依赖于装配专业知识。大多数UVLED固化厂商是新的制造商或打印机制造商;因为市场非常年轻,所以紫外LED固化系统行业现阶段并没有完全稳固成型,所以UVLED固化市场是一个不断增长的市场,对新进入者非常有吸引力。

具体分析请继续关注我们即将推出的UVLED固化系列报告三:一张图看UVLED的辐射固化产业链

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