紫外固化原理及能量设置

什么是紫外固化？

紫外固化，或者叫UV固化 (UV curing) 是利用紫外线引发光化学反应，生成聚合物的交联网络的过程。UV固化适用于印刷、涂层、装饰、立体光刻以及各种产品和材料的组装。与其他技术相比，使用紫外线能量固化是一个低温、高速，并且无溶剂的过程，因为固化是通过直接聚合而不是蒸发进行的。紫外固化最初于20世纪60年代推出，已简化并提高了制造业许多行业的自动化程度。

紫外固化的原理

当暴露在紫外线光下时，光引发剂会发生化学反应，将独立的低聚物和单体键合成更复杂的链。这些链称为聚合物（polymers），这种粘合过程称为光聚合反应（photopolymerization reaction）。通过这种光聚合反应，您可以通过固化来干燥、粘合和涂漆物体和材料。这就是为什么紫外固化也称为紫外干燥（UV dryin）、紫外粘合（UV bonding）或者紫外涂层（UV coating）。

下图：紫外固化原理示意图

紫外固化的应用

紫外线固化用于需要转换或固化油墨、粘合剂和涂料的应用。紫外线固化粘合剂已成为两部分粘合剂的高速替代品，消除了溶剂去除、比例混合和潜在寿命问题的需要。紫外固化可用于柔版印刷、胶印、移印和丝网印刷工艺，其中UV固化系统用于在丝网印刷产品（从T恤到3D和圆柱形零件）上聚合图像。用于精细乐器精加工（吉他、小提琴、四弦琴等）、台球杆制造和其他木工艺行业。使用UV固化墨水可以在多种基材上进行打印，例如塑料、纸张、帆布、玻璃、金属、泡沫板、瓷砖、薄膜和许多其他材料。其他利用紫外线固化的行业包括医药、汽车、化妆品（例如人造指甲和凝胶指甲油）、食品、科学、教育和艺术。UV固化油墨已满足出版行业对各种纸张和纸板的要求。

紫外固化的优点

1. 紫外线固化大大提升了材料的加工速度。同时，因为制造更快，所以需要更少的空间来存储干燥步骤完成之前无法使用的物品。

2. 由于紫外线能量与许多不同的材料具有独特的相互作用，因此紫外线固化可以创造出具有通过其他方式无法实现的特性的产品。这使得紫外线固化成为许多制造和技术领域的基础，这些领域需要改变强度、硬度、耐久性、耐化学性和许多其他性能。

紫外固化需要多少紫外能量

在进行紫外固化时，关键是确保粘合剂或其他光固化材料接收正确的剂量或UV固化能量，以便尽可能完全固化。剂量是到达每单位面积表面的总能量，由光强度和曝光时间组成。术语“强度”表示到达每单位面积表面的辐照度或辐射功率，以W/cm²或mW/cm²为单位进行测量。

剂量和紫外强度的转换公式如下：剂量（J/cm2）=强度（W/cm2） x 时间（seconds）

那么紫外固化需要多少能量？ 首先，了解您的材料所需的最小剂量。例如，根据剂量水平的增加（改变强度和/或时间）测试粘合强度，直到强度停止增加。“完全固化”可以定义为，当能量增加而材料性能（硬度或粘性）不再改善。上海析浦科学仪器建议您以此为最小剂量，再加上安全系数（建议约25%）进行固化。

根据经验，我们建议的最小固化强度约为50mW/cm²。理论上，要达到相同的剂量，您可以使用较低的强度和较长的时间，或者更高的强度和更短的处理时间。上海析浦科学仪器建议您设置更高的强度和更短的时间。不建议长时间使用非常低功率的紫外线能量进行照射，因为能量不足可能会导致大多数工业级产品的固化效果不佳或不完全。

使用紫外交联仪进行紫外固化

上海析浦科学仪器生产的紫外交联仪是一台智能的紫外辐照设备，为研究人员提供了一种快速、安全、高效地将样品暴露于可控紫外线辐射的工具。析浦紫外交联仪可以测量和控制辐照室内的紫外线辐射的能量或时间，非常适合用于紫外固化。析浦8瓦紫外交联仪XEPU-1208系列和15瓦紫外交联仪XEPU-1215系列有三种操作模式：能量模式、时间模式和预设模式，满足您对紫外固化的各种照射需求。

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