UV固化原理.ppt
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1、講師:洪伸宜2021/5/271何謂何謂UV硬化製程?硬化製程?UV膠簡介膠簡介UV燈源與系統簡介燈源與系統簡介影響影響UV硬化的因素硬化的因素製程條件選擇及注意事項製程條件選擇及注意事項2021/5/272 紫外線固化是輻射固化的一類,利用紫外線能量引發化學聚合、交聯,迅速將低分子量物質轉變成高分子量產量。體系中幾乎不含溶劑,因而液膜幾乎100%固化,VOC(揮發性有機化合物)排放量很低。紫外線固化技術被認為是一種環境友好的綠色技術,亦稱 3E 技術,即節能(energy)、環保(environment)、經濟(economy)。2021/5/273傳統乾燥必須要在材料上加30%左右的溶劑,
2、利用加熱或是在常溫下等待很長的時間,讓這30%的溶劑達到完全的揮發,而變成固態。UVUV硬化方式,則是100%的樹脂一但經過UV光照射後,瞬間由液態變成固體。2021/5/274環氧樹酯材質壓克力材質甲基丙烯酸甲酯環氧樹酯自由基反應配方陽離子反應配方2021/5/275環氧樹酯材質壓克力材質自由基反應配方陽離子反應配方自由基反應方式需要正確的光譜與均勻而強勁的 UVUV光照射,讓膠材內均勻分佈的光啟始劑能夠均勻的接收到UV 光子。一但離開 UV 光照射,反應便停止下來。所以讓正確光譜的 UV 光子均勻的照到 UV 膠材內的光啟始劑是非常重要的。陽離子反應方式與自由基方式不同。它有一種“暗烤”的
3、特性。當它照射到正確的 UV 光譜後,一但離開 UV 光後,仍能繼續反應直到完全硬化為止。因此要達到完全硬化,最好在 UV 光照射後再進入溫度烤箱烘烤。2021/5/276一般紫外光硬化樹脂的組成配方可分為以下部份1.寡聚物寡聚物(Oligomer)約佔組成中的約佔組成中的50%80%不等不等 要求性質有(1)低黏度、(2)無臭味,硬化性優、(3)低毒性2.單體單體(Monomer)約佔總量的約佔總量的20%50%左右左右 要求性質(1)具光反應性、(2)良好的硬化速率、(3)良好的溶劑力、(4)揮 發性低等3.光起始劑光起始劑(Photoinitiator)約佔總量的約佔總量的2%10%要求
4、性質(1)能夠吸引紫外光輻射能,並能誘始聚合作用、(2)良好的熱安 定性4.添加劑添加劑(Additive)潤濕劑,消泡劑等界面活性劑5.顏料顏料(Pigment)2021/5/277一般紫外光硬化樹脂的基本功能區分以下部份名稱功能含量類型预聚物 材料的主體,决定了其 主要性能50%環氧丙烯酸酯,聚氨酯丙烯酸酯,其它光起始劑(光敏劑)吸收UV,引發聚合10%自由基型陽離子型單體(活性稀释劑)調整黏度参與固化反應,影響固化膜性能30-50%單官能基雙官能基多官能基其它(颜(染)料、阻聚劑、稳定劑、表面活性劑等 視用途不同而異2021/5/278UV UV 自由基固化經過以下步驟(1)自由基光起使
5、劑受到UV 照射後,激發分解產生自由基(2)鏈引發起使劑的自由基引發樹脂和單體分子的飽和雙鍵產生新的自 由基。(3)鏈增長由樹脂和單體產生的自由基可以繼續引發樹脂和單體分子中的 飽和雙鍵產生自由基,進自由基鎖反應。(4)鏈終止化學反應中,由於自由基含有未偶化電子,非常活潑,極傾 向于基他自由基偶合或發生酸化作用,使鏈反應終止。上述反應結果,生成高分子化合物,使膠液轉變為固體。2021/5/279 IOligomerMOligomerIMMMOligomerMOligomerMMIMOligomerMMMMOligomerMMI連鎖聚合形成了網狀結構,達到了硬化過程自由基聚合產生原理光起始劑UV
6、UV光產生自由基聚合過程 I具官能基單體不飽和基 I2021/5/2710預聚物是UV 膠的骨架,它是具有活性的低分子聚合物,預聚物的主要功能是提供膠層的關鍵性能,如黏、抗張強、剪強、硬和柔順性等。在光固化自由基體系中使用的預聚物是一些含雙鍵的飽和聚合物,主要有聚丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、飽和聚酯、聚烯烴/醇等,其中環氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯回應活性高、原豐富、品種多、價格適中,所以用最多。紫外光固化膠的組成1、預聚物 (Oligomer)2021/5/2711單體按官能的多少可分為單官能單體、二官能單體及多官能單體單官能單體固化生成線型聚合物,它有于提升膠層的柔韌性和附著;二
7、官能和多官能單體僅起回應性稀釋劑的作用,而且起交劑的作用,它們對膠層的硬、韌性和強有重要影響。增加單體的官能可加速固化過程,為適應生產具有好性能的粘合劑,常使用單官能、二官能和多官能的混合物。2、單體單體又叫活性稀釋劑,其主要作用是調節黏和加聚合回應。2021/5/2712光引發劑是任何UV 固化體系都需要的主要組分之一,對UV 固化體系的敏(固化速)起決定作用。光引發劑有自由基光引發劑和陽子光引發劑,分別應用于自由基體系和陽子體系。自由基引發劑常用的有羰基化合物、偶氮化合物、有機化物、氧化還原物質、鹵素化合物、有機屬化合物、增咸染等。應用較廣泛且效果較好的是羰基化合物,主要有苯甲、二苯甲酮、
8、安息香及其醚化合物如安息香乙醚、安息香丁醚等。3、光引發劑2021/5/2713UV UV 燈源種類電極式UV UV 燈(Electrode Arc Lamp)(Electrode Arc Lamp)中壓水銀燈 高壓水銀燈 金屬鹵素燈 脈衝式氙氣燈無電極式UV UV 燈(ElectrodelessLamp)2021/5/2714 UV UV 燈管-中壓水銀燈 燈管直徑 :23-25 mm23-25 mm 內部壓 :1 2 1 2 大氣壓 啟動氣體 :氬氣 電極材質 :鎢 燈管外壁 :石英 內部氣體 :水銀或其他添加物 期望燈管壽命 :1000 1000 小時 燈管功 :200W/in 800W
9、/in200W/in 800W/in 燈管長 :4 90 4 90 英吋2021/5/2715一根石英管,抽真空後,注入水銀或填充一些特殊材料,二端各放置一個電極後封口.二端的電極再以陶瓷絕緣導線或直接以金屬接頭與電源供應器相連接.特點 :1)燈管長度從 4 英吋到 90 英吋2)燈管便宜,普遍性高3)設備較便宜 4)單位強度:200;300;400 800 W/inch.缺點 :1)燈管放射強度容易衰減,燈管壽命較短.2)燈管較粗 23 26 mm 直徑,故聚焦設計不容易,光反射強度較少.3)光譜選擇方便性低.且光譜會隨使用時間加長而平移.4)冷卻系統為上吸式,容易造成燈管及反射鏡罩污染.5
10、)所放射出之 UV 光比率較低.IR(紅外線)光比率相對偏高2021/5/2716是由一根石英管,抽真空後,注入一定量的水銀或填充一些特殊材料再封口而成.燈管內沒有電極存在.UV 光是由微波激發燈管內的水銀或特殊材料而產生特點 :1)燈管長度:6 英吋和 10 英吋二種.可用串接式無限延伸而無強度均勻性的問題。2)燈管強度有:300,500,600W/inch 等。3)燈管直徑:9 mm;11 mm 和13 mm.聚焦設計容易,可有 75%以上的光反射 強度。4)相同設備,只要變換燈管就可選擇不同的光譜放射來配合不同的 UV 材料變化。5)燈管放射強度穩定,使用時間加長也不會影響其放射強度或光
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