爱蛙科技的个人空间 https://blog.eetop.cn/1796413 [收藏] [复制] [分享] [RSS]

空间首页 动态 记录 日志 相册 主题 分享 留言板 个人资料

日志

一文读懂紫外线固化(UV Curing)技术

已有 95 次阅读| 2025-7-13 21:51 |系统分类:芯片设计

在狭义上的解释,光是一种人类眼睛可以看见的电磁波(可见光谱).在科学上的定义,光有时候是指所有的电磁波谱。其中紫外线是为10nm~400nm(纳米)的光线。英语为ultraviolet(缩写为UV),紫外线的英文名是Ultraviolet,其中的ultra-意为“高于,超越”。太阳光谱上,紫外线的频率高于可见光线。可以分为UVA(320nm~400nm,低频长)、UVB(波长280nm~320nm,中频中波)、UVC(波长100nm~280nm,高频短波)、EUV(10nm~100nm,超高频)

NexOptica

01

UV固化原理

UV胶固化是紫外光固化材料中的光引发剂(或光敏剂)在紫外光照射下吸收紫外光产生活性自由基或阳离子,引发单体或者低聚物聚合、交联和接枝等化学反应,在几秒钟内从液体转变为固体。

每种UV都有不同的波长范围,这决定了它可以穿透基片的深度。根据所使用的基材和期望的固化效果,可选择合适的UV:

● UVC是一种短波紫外线(200nm-280nm),它在250 ~ 260 nm范围内提供强大的输出,但在空气中传播不佳。由于氧气可以阻挡UVC,许多应用涉及氮气吹扫环境的使用。主要用于顶部表面固化,产生表面硬度和耐磨性(UVC使涂料具有抗划痕性能)。常见用途包括:纸张和塑料表面的透明涂层光学和汽车镜片的硬涂层;消毒和杀菌应用;DNA交联;表面改性。
● UVB是一种中波紫外线(280nm-320nm),能够深度渗透固化,创造涂层和粘接韧性。常见用途包括:固化涂料、粘合剂和油墨,还包括:消毒、灭菌。
● UVA是一种长波紫外线(320nm-395nm),用于固化最深层,并提供附着力。常见用途包括:固化油墨、涂料和粘合剂;UV检验;UV荧光。

● UVV是一种可见光紫外线(395nm-455nm),它用于固化最深区域,并负责这些配方的粘附性能。UVV与白色和银色导电颜料的效果很好。常见用途包括:银导电油墨;二氧化钛颜料涂料;粘合剂和深层灌封化合物。

02

UV固化与热干燥

工业过程中的干燥/固化方法时,两种流行的方法是热干燥和UV固化。这两种方法都用于通过加热或紫外线辐射将液体或半液体材料转化为固体形式。虽然这两种方法都有固化物质的相同目标,但它们之间存在一些显着差异。
热干燥是一个对基材上的油墨或涂层施加热量来加速其硬化时间的过程,常用于环氧树脂、粉末涂料和某些类型的粘合剂等物质,也可用于环氧、聚酯、丙烯酸和聚氨酯等多种涂料,而这些涂层能应用于金属、塑料和复合材料等各种基材。热量一般通过大型燃气热烘箱、强制热风干燥器或红外灯提供,硬化过程的温度及持续时间取决于要固化的特定物质。并且根据油墨或涂料的目标生产速度和干燥时间要求,干燥线可以很长。此外,一些涂料可能需要特殊配方以保证在热干燥过程中能适当干燥,比如某些涂料可能需要添加干燥剂或促进剂来提高干燥效率或减少干燥时间。

UV固化优势:

在能源消耗和生产效率方面UV固化技术的能耗显著低于热干燥技术。UV固化技术的能耗仅相当于热固化工艺的 10%-20% 。这种巨大的能耗差距主要归因于UV固化技术的高能量转化效率。UV光源能够将大部分输入能量转化为可用的紫外光,而热干燥技术则需要大量的热能在传递过程中不可避免地散失。

UV固化技术在生产效率方面同样表现出色。其固化速度极快,通常只需要 0.1-10秒就能完成固化过程。相比之下,热干燥技术通常需要几分钟甚至更长时间才能达到相同的固化效果。这种时间上的巨大差异直接影响了生产效率,使得UV固化技术特别适合高速生产线和批量生产。

UV固化的涂层通常具有更高的交联密度 ,这直接导致了更好的机械性能和化学抵抗性。例如,UV固化的涂层通常表现出更高的硬度、更好的抗冲击性和优异的耐化学性。这些特性使得UV固化技术特别适用于需要长期户外使用的应用场景,如建筑外墙涂料或汽车零部件防护涂层。

但是,UV固化技术在某些特定应用中可能存在局限性。例如,在处理较厚的涂层时,UV固化可能会面临固化不均匀的问题,因为UV光的穿透能力有限在这种情况下,热干燥技术可能更适合,因为它能够更好地处理较厚的涂层。

同时,热干燥技术正在向新兴领域拓展。例如,在新能源材料制造中,热干燥技术可用于电池电极材料的干燥,确保材料的均匀性和导电性。

总的来说,热干燥和紫外线固化之间的选择最终取决于具体应用,并且应考虑速度、耐用性和环境影响等因素。

03

UV固化胶粘剂

UV胶由预聚物、活性单体、光引发剂(光敏剂)、交联剂等材料配制而成,在未经紫外线照射前一般呈黏性液体的状态。当紫外光照射到UV胶时,其中的光引发剂的键吸收能量断裂,分解成活性自由基,活性自由基引发单体聚合、交联反应,使UV胶在数秒钟内由液态转化为固态,是树脂聚合并成型的过程。

1)UV压敏胶(PSA)

现PSA目前都是经过溶液涂布、干燥和化学反应制得,超过60%的溶剂要挥发、燃烧掉,排放高、生产过程长、效率低,产品中还可能残留溶剂等有害化学品。用UV固化方式生产PSA,将无溶剂的液态成分涂布在基材上后,用UV光照射进行光聚合就制成,无需热烘道,生产线简化,生产过程环保,几乎零排放,生产效率也大大提高。PSA的产品形式多样,从装饰膜、各种保护膜到工程结构胶带,用途非常广,在广告板、电子产品到高端包装盒中都要用到。

2)UV复合胶

食品、饮料和一些生物医药制品需要高阻隔软包装,包装材料的阻隔性决定和影响可食用的时间。高阻隔包装材料由塑料薄膜与纸张、金属膜复合制成,具有强度高、隔氧和隔水性好、安全卫生无毒、适应印刷的特点,能耐冻和耐120℃高温。

目前软包装行业的复合胶几乎都是溶剂型粘合剂,溶剂的质量>70%,复合过程经由涂布、溶剂挥发、复合、存放和熟化的工艺步骤,除了易燃、易爆,排放高、生产过程长、效率低,复合膜中还残留有溶剂。当精美包装需求旺盛、交货急的节日时段,许多复合包装膜并没有充分反应和彻底挥发干净溶剂就交付使用,残留的溶剂和未反应完全的化学物质可能渗透、污染食品,这是目前仍有不少医药和食品包装物的健康指标不达标的一个主要原因。水性粘合剂虽然无溶剂,但干燥慢、生产效率低,对塑料的粘接性能也不理想。

用UV粘合剂取代溶剂型粘合剂,不仅复合膜的生产效率将会大大提高,由原来的几小时的生产过程减小到一分钟就可完成;UV粘合剂不含溶剂,无挥发,无有害残留物,更可以保证复合膜达到食品、医药等包装材料的健康和卫生要求。等溶剂挥发几个甚至几十个小时,在此期间施工场所不能使用,若使用光固化粘合剂则不存在这样的问题,可以先将光固化胶涂布在地面上,自流平后用紫外光照使其固化,表面具有粘性,然后将PVC地板铺上即可立即使用,不仅大大缩短了施工周期,而且整个生产过程没有溶剂挥发,不污染室内空气。

3)UV建筑胶

安全玻璃主要采用聚乙烯醇缩丁醛胶片为粘接材料,经过真空脱气和热压的工艺将玻璃片粘接而成,总生产时间需要约十多个小时。采用封边、灌胶、自然光下存放数十分钟完成光聚合的液态粘贴方式生产夹胶安全玻璃,也已经有较长的时间,但目前还是非主流产品,主要用在低端安全玻璃市场。液态粘接方式不能广泛接受的原因,主要是UV胶的性能还不足,安全性缺乏可信赖的数据。UV胶在建筑领域的增长势头良好,商店厨窗和装修、彩色玻璃都在使用UV胶。随着性能的提高,UV建筑胶将有很大的发展。

 近年来PVC石塑地板的应用在国内得到快速发展,施工方法是先在施工地面上刮平一层粘合剂,然后将PVC地板粘接上去。PVC塑料地板胶主要可分为水乳型、溶剂型、反应型3大类。水乳型胶粘剂以水为分散介质,产品无毒,成本低。但耐水性差,一般经水浸泡后,粘接力大幅下降,如水性丙烯酸酯。溶剂型胶粘剂主要是聚醋酸乙烯系和氯丁橡胶系胶粘剂。反应型则有聚氨酯系列胶粘剂。这类粘合剂施工后都需要。

4)UV电子胶

电子产品领域已经大量使用UV胶,包括排线定位、管脚密封、液晶面板的制备、手机按键等,UV固化粘接是电子产品制造中必用的技术手段。随着电子产品的薄层化以及有机光电子器件、柔性可弯曲显示器件的出现,适应卷对卷工艺的UV粘合剂有巨大的需求。UV固化的高效、快速、及时、可控制性的特点将充分显现。

5)UV光学胶

触摸屏目前是UV光学胶的最大单一应用。触摸屏中的UV光学胶有3个功能:粘接、增加透光性和提高抗冲能力,需要满足严格的性能要求,包括颜色、耐候和环境稳定性、电器性能、光学性能等。触摸屏贴合涉及的粘接材质主要有:玻璃、ITO导电层、PET、 PMMA、PC等。当触摸屏采用蓝宝石用后,为提高透光性将需要更高折射率的UV胶。

目前用于触摸屏的有液态(LOCA)和固态(OCA)光学胶,前者用程序控制点胶机点胶,盖上玻璃盖板、流平和充满后透过盖板固化,具有填充性好、施胶方便的优点,但需要做溢胶清理;OCA是无基材的双面PSA,上下都是离型膜,使用时先去除轻离型膜进行贴合,然后去除重离型膜再与另一粘接面贴合。早先的触摸屏采用的液态胶是热固化,生产过程长,效率低,现在已经全部转变为UV固化胶。目前的OCA还是采用传统的溶剂型胶经过涂布、干燥、热交联工艺生产,烘道长,灰尘等引起的瑕疵多。改用UV固化工艺将大大提高生产效率、降低设备投入和生产成本。

6)UV医用胶

 UV胶在医疗领域有极大的增长空间,例如医用压敏胶或胶带改为UV固化制备,可以形成系列产品。

04

UV LED与传统汞灯固化

UV LED与传统汞灯固化都是依靠光照射激发光引发剂,进而促使流体中所包含的单体和预聚物通过聚合反应结合,形成硬化的膜层。

  • UV-LED与UV固化相比,只需要其1/4的电能消耗,大大减少了能源消耗和CO2的排放量。
  • 传统汞灯的辐射水平很容易超过10W/cm2,用于表面固化很容易发热,而UV-LED辐射能量可控制,发热少,对于塑膜等耐热性差或热敏感承印材料的印刷热影响小,只需对印刷精度稍作调整即可。
  •  UV-LED光源元件寿命约为UV光源元件寿命的12倍,光源更换频率大幅降低,器材耗用随之减少。
  •  UV-LED可做到瞬间开启或关闭,无需UV固化所必需的预热及降温时间,作业效率得到提高。
  •  UV-LED方式无臭氧的产生,改善了工人的工作环境,无需再安装捕捉和焚化设备来消除臭氧的危害。
  •  由于UV-LED光源设备与相关配套装置非常紧凑,设置简单,节省空间。从上述各种优势可见,UV-LED固化系统不仅明显降低成本而且还减少了对环境的污染、能源的损耗。

但是相对于传统的UV固化利用了200~450nm的整个紫外光谱来说,UV-LED灯只集中在紫外光谱中一个狭窄的范围,通常是395~405nm。目前UV-LED固化体系虽然有一些是在365nm处固化的,但大多数还是集中在395nm左右,是UV-LED固化常用波长。

05

UV固化的广泛应用

1)印刷行业
纸品印刷:在书籍、杂志、包装盒等纸品印刷中,UV 固化灯用于固化油墨。比如高档包装盒上的彩色印刷图案,通过 UV 固化灯快速固化油墨,不仅能使色彩迅速干燥固定,呈现出鲜亮、饱满的色泽,还能提高印刷生产效率,减少等待干燥的时间,实现快速连续印刷。像一些具有特殊工艺要求的艺术纸印刷品,利用 UV 固化技术可以更好地展现细节和质感。
标签印刷:无论是纸质标签还是塑料薄膜标签,UV 固化灯都起着关键作用。像饮料瓶、日化产品瓶身的不干胶标签,在印刷文字、图案和商标时,UV 固化油墨配合 UV 固化灯,能瞬间干燥,确保标签在后续粘贴等工序中不会出现油墨蹭脏、掉色等问题,而且可以精准地呈现出细腻的图案和清晰的文字效果。

塑料卡片印刷:像银行卡、会员卡、身份证等各类塑料卡片,表面印刷信息时采用 UV 固化技术。UV 固化灯可以让卡片上印刷的数字、图案、防伪标识等快速固化,满足大批量快速生产的需求,同时保证印刷质量的耐久性和清晰度,使其能经受住长时间的使用和不同环境的考验。

2)涂装行业

木器涂装:在家具生产中,对木质表面进行涂漆等处理时,UV 固化灯可用于固化木器漆。比如实木家具的桌面、柜门等部位,使用 UV 漆并通过 UV 固化灯照射,能够快速形成坚硬、耐磨且光亮的漆膜,大大缩短了涂装时间,提高了家具生产效率,并且环保性相对较好,减少了有机溶剂挥发带来的污染。

汽车涂装:部分汽车零部件,如轮毂、内饰塑料件等会采用 UV 涂料并借助 UV 固化灯来固化涂层。对于轮毂而言,UV 固化涂层可以提供良好的耐腐蚀性、耐磨性以及美观的外观效果;而内饰塑料件通过 UV 固化可以获得耐刮擦、质感好的表面,提升车内整体的品质感,同时也符合汽车行业对高效生产和环保的要求。

3D 打印后处理:在 3D 打印领域,一些打印出来的物件需要进行表面处理来提升其性能和外观。使用 UV 固化涂料配合 UV 固化灯,可以对 3D 打印的塑料、树脂等材质的模型进行快速固化处理,增强模型的强度、硬度,改善表面的光滑度和色泽,使其更接近最终产品的要求,也拓宽了 3D 打印在更多实际应用场景中的使用范围。

3)电子电器行业

线路板制作:在印刷线路板(PCB)生产过程中,需要对线路板上的阻焊油墨、字符油墨等进行固化,UV 固化灯可以精准、快速地完成这一任务。它能保证油墨固化完全,使线路板具备良好的绝缘性、耐腐蚀性等性能,对于高精度、高密度的线路板制作来说尤为重要,有助于提高线路板生产的良品率和生产效率。

显示屏制造:像液晶显示屏(LCD)、有机发光二极管显示屏(OLED)等制造过程中,涉及到一些光刻胶、密封胶等材料的固化,UV 固化灯能够提供合适的固化条件,确保胶层性能稳定,对显示屏的显示效果、密封性以及使用寿命等方面都有着积极的影响,保障显示屏的高质量生产。

电子元器件封装:对于一些小型电子元器件,如芯片、二极管等,在封装过程中采用 UV 固化材料结合 UV 固化灯,可以快速形成牢固的封装保护结构,提高元器件的防潮、防尘、抗冲击等性能,并且可以实现快速自动化封装,满足电子行业大规模、高效率生产的需求。

4)医疗行业

医疗器械制造:例如一些塑料材质的医用导管、注射器外壳等,在表面处理时使用 UV 固化涂料并通过 UV 固化灯固化,可以使表面具有良好的生物相容性、耐化学腐蚀性以及易清洁等特点,符合医疗器械在使用过程中的卫生和安全要求,同时提高生产效率,便于大规模生产这类医疗器械产品。

牙科材料固化:在牙科修复领域,像光固化树脂材料用于补牙、制作牙冠等,UV 固化灯(通常是特定波长的光固化灯)可以在短时间内将树脂材料固化成型,精确地修复牙齿的形状和功能,操作方便快捷,而且能让树脂材料与牙齿结构更好地贴合,保证修复效果的持久性和美观性。

5)建材装饰行业

木地板涂装:木地板表面的漆层固化常采用 UV 固化技术,UV 固化灯能快速固化木地板上的耐磨漆、UV 漆等,增强木地板表面的硬度、耐磨性和抗污性,延长木地板的使用寿命,同时可以实现连续化的快速涂装生产,提高生产效率,满足市场对于木地板美观和耐用的双重要求。

玻璃装饰:在玻璃制品上进行彩绘、镀膜等装饰处理时,UV 固化灯可用于固化相应的涂料、油墨或薄膜材料。比如建筑玻璃上的艺术彩绘,通过 UV 固化灯固化后,色彩持久鲜艳,图案牢固,或者在玻璃表面镀上一层具有特殊功能(如防紫外线、隔热等)的 UV 固化薄膜,利用 UV 固化灯快速成型,提升玻璃的功能性和装饰性。

人造板材装饰:像三聚氰胺板、防火板等人造板材,在表面装饰层的固化方面,UV 固化灯可以让表面的装饰纸、浸渍纸等通过 UV 固化胶与板材更好地贴合,固化形成美观、耐用的表面,提升人造板材的品质,使其广泛应用于家具制造、室内装修等领域。



点赞

评论 (0 个评论)

facelist

您需要登录后才可以评论 登录 | 注册

  • 关注TA
  • 加好友
  • 联系TA
  • 4

    周排名
  • 8

    月排名
  • 0

    总排名
  • 0

    关注
  • 0

    粉丝
  • 0

    好友
  • 0

    获赞
  • 1

    评论
  • 24

    访问数
关闭

站长推荐 上一条 /1 下一条


小黑屋| 手机版| 关于我们| 联系我们| 隐私声明| EETOP 创芯网
( 京ICP备:10050787号 京公网安备:11010502037710 )

GMT+8, 2025-7-14 09:34 , Processed in 0.027376 second(s), 14 queries , Gzip On, MemCached On.

eetop公众号 创芯大讲堂 创芯人才网
返回顶部