冷UV固化器的应用实例分析阜康PAR灯马桶盖支票打印精密仪器

冷UV固化器的应用实例分析

UV（紫外线）固化工艺在印刷中已得到普通应用，但该工艺应用在不耐温或热敏承印材料上，常会出现承印材料变形、变色等现象，原因主要是固化瞬间承印材料表面过热或受热时间过长。解决该问题要从两方面考虑。首先是采用冷光源（即冷型UV灯管），其次是在承印物固化处以及灯具旁加装风冷、水冷系统。下面结合实例具体讨论。

一、 冷光源的概念

在UV固化装置内部有3种形式的热运动。

第一种热运动是灯管热辐射。热辐射的特点是不需要介质就可传导。波长400nm以上的光波辐射都有热效应,红外线的热效应更强。被照物对这种辐射是选择性吸收的，吸收辐射能后会产生物理、化学反应。物理反应主要是引起分子或原子共振，加速分子运动，从而产生热效应。例如：中波红外线被普通胶印油墨吸收后会使油墨干燥速度加快。化学反应是分子吸收辐射能后重新结合，发生化学反应。例如：以二苯甲酮为光引发剂的UV油墨，接受240～340nm、峰值在280nm的UV随着经济的回暖光时，产生化学交联反应，油墨发生固化。但化学反应不一定释放热量。

第二种热运动是热传导。灯管表面温度升高将引起灯管周围的空气分子产生热运动，分子相互碰撞使能量传递出去，过高的能量传到纸张表面，就会引起纸张变形甚至燃烧。UV灯管传导热能对于被照承印物危害最大。因此，常在UV灯管与被照物之间加一块石英玻璃或通水石英管，使UV光可以穿过但热量却传不过去。

第三种热运动是对流。对流是分子的宏观运动，例如：高温热分子的定向流动。在UV固化装置中，散热风机使热空气排出、冷空气吸入的过程就是对流。

冷光源就是指UV固化用光源中表面温度低的光源。

从上述分析可以看出，当灯管发出足够的UV光时，灯管表面温度越低越好。

二、冷光源的选择

高压金属卤化物灯比高压汞灯的表面温度要低，例如：汞灯和钠－铊－成功举行中俄工业委员会设备组第2次会议铟灯比较，汞灯的表面温度较后者高约20％。

高压金属卤化物灯除具有表面温度低的特点外，还有利于提高固化效率。

UV固化中常出现灯管功率很高，但固化效果却不好的现象。主要原因是所使用的UV灯管其辐射光谱与UV油的吸收光谱对应不上。

以高压汞灯为例，屏蔽泵当灯内气压过强时，发出的辐射光中365nm和417nm的光波强度较大，而UV油中使用的二苯酮光引发剂其吸收峰值为280nm，只能吸收240～340nm光谱范围内的UV光。由于发射光谱与吸收光谱对应不上，固化效果就比较差，需要适当降低汞灯内的气压，使汞灯辐射的280nm光波增强。

最好的降低灯管温度、提高固化效率的办法是：使用金属卤化物灯，选择辐射波长与UV油吸收波长相对应的卤化物，这样不仅可大大提高固化效率，还可降低UV灯输入功率，使UV灯表面温度大大降低，同时也省电，能节约成本。采取该方法一般可节电25％左右，灯管表面温度也可相应降低25％以上。

三、降低被照物的温度

印刷中使用的被照物一般有纸和薄膜两车载台种。降温方法有以下几种。

1.减少纸或薄膜被照时间。例如15μm的PVC薄膜在120W/cm的UV灯下经过约10cm照射区域，当薄膜运动速度为20m/min时，热收缩率约为5‰；运动速度为30m/min时，热收缩率约为1‰。这是因为，虽然UV灯辐照区域内的静态温度很高，但瞬间辐射并被被照物吸收的热量很少。就如同手从火苗中迅速经过不会烤坏皮肤一样。

2.冷风吹被照物。可用常温空气风，也可用空调冷风，直接吹在UV灯辐照区域或辐照区域后的临近区域。

3.水冷。连续纸张（薄膜）可在UV辐照后缠绕在冷水辊上冷却，以恢复形变。

4.印刷速度与UV灯功率协调配合。印刷速度快，要选择高功率的UV灯管，反之亦然。

四、冷型灯具系统

冷型灯具有两个作用，第一个作用是阻挡热能，防止其辐射到被照物上。可从3个方面实现：

一是吸风散热。风机吸风量适当，在不抽灭灯的情况下尽量将热量抽出，使通过空气热传导作用到达被照物的热量降低。吸风散热的风路设计要合理，否则会只冷却灯罩而冷却不了被照物。

二是在UV灯与被照物之间安装隔热石英玻璃或通水石英管。这样可有效阻隔热气、吸收红外线，但却不能完全阻挡可见光、红外线。隔热石英玻璃或通水石英管对UV光的衰减视石英板的厚度和材质或水管的直径与壁厚而定，一般为8%～25%。

三是在反射罩内衬一反射镀膜玻璃。要求该膜对UV光的反射效率高，而对可见光、红外光的透射率高，这样就可将UV光反射到被照物上，而使可见光、红外光砻谷机透射到玻璃背后的铸铝表面，被铸铝吸收并向外散射出去。这种反射镀膜玻璃较贵，要求对UV光反射率大于92%，一般反射光谱在240～420nm，用这种方法减少辐射到被照物的热量约为15%。

冷型灯具的第二个作用是保护反射罩。从光学理论上讲，光的衰减与光程的平方成反比，也就是说，光走的路程越长，衰减就越多，这就要求灯的反射罩木工锯片要尽量小，以使光经反射到达被照物走的路程最短。但灯的反射罩小，距离灯就近，温度就高，而UV灯罩必须用铝制品，只能耐600℃以下的温度。因此，高功率密度UV灯反射罩的冷却是一个关键问题，冷却不加快龙头企业培养壮大够就会出现UV灯烤化反射罩的现象。

反射罩的冷却方法有风冷、水冷两种。随着技术的提高，现在一般都选择风冷，功率密度为320W/cm的UV灯都可用风冷方式散热。风冷的优点是设备简单、价格低廉、安全性好，缺点是需要足够的吸风空间。风冷UV固化器特别要注意风机出风管路通畅，不能阻风，不能使风路拐死弯，否则会将反射罩和灯箱烧毁。

水冷一般在风路狭窄的情况下采用。水冷设备比较复杂，价格高，安全性要求高，危险性大，一旦冷却水泄漏，会导致UV灯高压漏电。水冷不能完全解决被照物冷却问题，因此水冷灯的反射罩仍需配合风冷才能全面解决问题。图1为常用的水冷装置原理图。

综上所述，使用冷型灯具系统，目的是使被照物和反射罩的温度降低。从以上分析看，使用冷型光源（即：金属卤化物灯）是降低温度的最佳方法。但目前UV固化用金属卤化物灯只有进口产品，价格昂贵，寿命低，例如：德国产900mm长金属卤化物灯的价格约为1万元，寿命为1000小时。而德国产汞灯价格约为3000元，寿命长达15000小时。

另外，合理的风路设计、印刷速度与UV灯功率协调配合，也能起到良好的作用。而昂贵的玻璃反射罩，从性能价格比看，不必采用。

水冷应该说是不得已而为之，能风冷尽量不用水冷。即使用水冷，也应配备风冷装置，这样才能全面解决被照物和灯具的冷却问题。

来源《印刷技术》

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