UV(紫外光固化) 能量和强度.doc

图一阐述了处理窗口的概念，来说明任何紫外光固化过程都是按照“速度——能量”曲线来运行的。根据这个曲线，速度和能量成简单的反比关系。例如，如果速度加倍，工件表面所吸收的能量减少了一半。紫外光固化工艺曲线将适用于特定的紫外光油墨、基材和灯具中。随着速度的增加，能量减少，工件表面所接收的能量越来越少，最终将不足以进行完全固化。这个能量吸收量的临界点就是固化窗口的一个极限。图例中，能量是沿着水平轴线运行的。在很多紫外光固化过程中，能量密度或辐照甚至比能量本身还要重要。

辐照强度：包括最重要的峰值辐照。因为辐照强度的分布图形主要与灯具外形存在一定的函数关系，而且除非灯具被移出焦点，否则该函数关系就会保持不变。辐照强度的度量单位是毫瓦/平方厘米或瓦/平方厘米。辐照强度由灯具的电气输入功率、灯具功效、辐射输出、发射功效（由灯具的几何形状、灯管尺码和光线焦点等决定）等因素决定。

长波和短波紫外光
　　 可以在紫外灯管中添加物质而成为有时被称为“掺杂”或添加式灯管。被添加的物质也能被蒸发并达到等离子状态。紫外光一部分来自水银，一部分来自这些添加物。但添加物发射其特有的波长。从图2b和2c的D灯和V灯光谱分布图表中，我们可以看出添加物能改变灯管的输出。D灯在350~400nm范围的输出强。它也发射部分短波长紫外光，但在有时称作紫外“UVA”波段的范围内非常有效（有时候把紫外光波长分为“A”，“B”和“C”三个波段）。紫外“A”波段常常指320~400nm或300~450nm。紫外“B”波段常常指280~320nm，而紫外“C”波段指200~280nm。因为这种分类并不是很准确，我更愿意用长波、中波和短波来区分。
　　V灯添加了别的物质，它仍然发射短波，但不是很多。但它在400~450nm范围内有非常强、非常有效的输出。
人们可设计出在长波、中波或短波有强输出的不同的紫外灯管。然而却不能设计出在所有波段都有效的紫外灯管，而且这也不是我们所希望的，因为不能激活光引发剂的波段内的紫外光能是无效的、被浪费的能量。选择特定灯管的主要原因在于它所发出的紫外光能避免被待固化物质吸收，但其波长又能激活光引发剂。

白色怪物
　　现在，在图5中，“绘制”出了二氧化钛与众不同的紫外光吸收特性，二氧化钛是典型的常用白色颜料，它吸收几乎所有的紫外光并反射可见光。这使得白色难于用紫外光进行固化。白色物质有一个“窗口”，大约在400~430nm。如果我们使用长波长的V灯，这种灯在这个窗口范围内很有效，因此我们就能成功地固化白色油墨。这就是我们为什么要花大量篇幅说明灯管光谱分布与紫外固化物质吸收性相匹配的原因。

聚焦紫外光固化还有许多有待揭开的神秘：与灯管输出效果和光谱分布同样重要的是，灯管的焦距与反射罩的作用。
　　此刻，我们得将灯管发射的辐射能量与抵达工件表面的能量区别开来。可瞬间抵达表层的光称为辐照。辐照常常不准确地称为“强度”。下面对辐照与辐射作一个区别：用灯管来照亮墙壁。当灯管从墙壁处移开时，灯的辐射没变，但对墙壁辐照减少了。（你会发现，如果你不清楚我们谈论的是灯管强度还是到达表面的强度，那就可能造成混淆。）
　　精确使用反射罩能在不增加灯管输入功率的情况下增加工件表层的辐照。能量最聚集的那一点就是最高或峰值辐照所在的点。
　　图6阐述了反射罩将能量聚集在工件表面上。一些未聚焦的光线也能抵达表层，但它对油墨固化的效果不如聚焦的光线。用作说明的是一种椭圆形反射罩，它具有大约75%的能量收集效果（参见下问有关反射罩的内容）。换句话说，灯管发出的75%的能量将被反射罩收集并聚焦。

固化难关
　　我们用一种黑色的汽车玻璃丝网印刷油墨（它以难固化闻名）来做一个有趣的关于固化深度，以及辐照是如何影响固化深度的演示。用两只D灯来固化油墨，这两只灯仅仅在辐照上有差别，一个灯的辐照是另一个灯的两倍。使用第一个灯照射一次达到的固化深度是一密耳（mil）。再次照射并不能显著增加其固化深度。而另一个灯能发出两倍的辐射，它只照射一次达到的固化深度是前一个灯两次照射达到深度的两倍，尽管两者的辐射剂量是一样的。这里，我们应该清楚所说的辐射剂量指的是什么。剂量就是辐照乘以时间，或者累积的光能。放慢带速，剂量增加了，加快带速，剂量减少了。如果油墨暴露在灯管下的时间越长，油墨表层接收到的剂量越高，但辐照并不是越高。（我们将发现增加剂量不但没什么帮助，反而有害于热敏感性的基材）。
　　第二个灯管再照射一次——剂量加倍了——但并未显著增加固化深度。由此我们认识到通过多次暴光来增加剂量并不是令光子穿透油墨抵达底层光引发剂的有效方法。固化深度更受峰值辐射而不是剂量的影响。
　　这个事实有几个实用意义。正如我们注意到的，更高的灯管输出（不一定是W/in功率更高）、选择有效输出紫外波长合适的灯管以及更小直径的灯管都能显著增强辐照。多次照射、多灯逐一照射以及降低带速能增加剂量，但对增加辐照没什么意义。