浅谈UV照射装置

　　1 UV在印刷上的应用

　　近年来，利用光能产生物性变化的感光树脂不断地被开发出来，迅速地应用在印刷油墨、涂料、粘结剂或者光致抗蚀油墨等方面。随之而来的，是广泛应用的UV技术越来越向多个领域扩展。UV照射装置根据被照射物的种类和印刷涂布的条件的不同，其照射方式和照射条件完全相异。

　　紫外线通常称做UV，UV是Ultra Violet之略，属于电磁波(光波)的一种，一般系指10nm~400nm范围的电磁波。与可见光相比，其光子具有的能量高，照射到被照射物上，能量可将化学结合键切断或实现化学结合。

　　在印刷上使用的UV油墨的主要优缺点如下:

　　优点：油墨瞬间固化(生产效率提高)，可免喷粉;

　　墨膜强度与油性油墨相比高很多；

　　带异味的气体排放量小(无溶剂)。

　　缺点：油墨价格高；

　　需使用专用的印刷材料(墨辊、印版、清洗剂等)；

　　油墨对皮肤有刺激性。

　　2 UV灯的种类

　　UV灯根据点灯时灯内部的压力大小，可大致分为低压放电灯、高压放电灯和和超高压放电灯。这里介绍典型的高压放电灯，包括水银灯和金属卤素灯。

　　1)水银灯

　　其发出的照射光波波长范围在200~450nm，以365nm为主波长，在254nm、313nm、405nm和436nm处具有较强的线光谱。

　　2)金属卤素灯

　　根据灯中密封加入的碘化物的不同，可基本分为Fe系(A型)和Ga系(B型)。

　　Fe系金属卤素灯虽然与水银灯具有基本相同的照射能量分布，但在365nm处其照射效率得到改善，而在300nm以下照射效率不如水银灯。

　　Ga系是按照在400nm附近具有强照射能量的要求设计的。

　　根据发光灯管材料的不同，还可分为臭氧型金属卤素灯和非臭氧型金属卤素灯。220nm以下波长的UV光遇到空气中的氧气会产生臭氧。由于臭氧型金属卤素灯的灯管材料为普通石英材料，故220nm以下波长的光也可通过。而非臭氧型金属卤素灯其灯管采用特殊石英材料制成，对于230nm以下波长的光线禁止通过，从而可以控制臭氧产生。[next]

　　3 UV灯的选择

　　UV光波长越短照射穿透深度越浅，波长越长则穿透深度越深。此外波长越短的能量越大。

　　选择UV灯时，首先必须确认所用的油墨、涂料、粘结剂等UV固化涂料的主吸收波长是多少。一般来讲，不含颜料成份的光油等选择水银灯；含颜料成份的油墨等选择A型金属卤素灯；B型金属卤素灯常被用于制版等用途。

　　采用多盏UV灯的场合，为了提高UV固化后涂布材料的表面粘性，有时承印表面经A型金属卤素灯照射后还使用水银灯照射。

　　此外，一般采用对UV固化有利的臭氧型金属卤素灯，偶尔也有采用非臭氧型UV灯的(即当臭氧会对涂料及承印物造成不利影响的场合)。

　　上述做法是就一般情况而言的。近年来各种各样的固化涂料被开发出来，原料和固化条件不同就会出现与上述一般情况不同的做法。无论如何，必须要按照所用的固化材料，选择相应的UV灯。

　　4 UV照射装置

　　UV照射装置主要包括:①UV灯；②安放UV灯用的、带有反光板(反光板能有效提高UV光对被照射面照射效能)的UV照射灯座；③启动UV灯的电源装置；④冷却装置。此外，有时还包括作为附属器材的搬运装置。

　　1)UV照射灯座

　　UV照射灯座的作用已如前所述。选择UV照射灯座应根据UV灯的安装、UV光的强度、积分光量、被照射物温度条件、处理速度、利用附属器材实现的对UV装置的设置方面的制约条件等照射条件，来确定选用何种反光板、照射方式、冷却方式以及是否配置遮光闸(其作用是为使待机期间UV光线不照射到承印物上)等。

　　根据不同的照射条件以及照射冷却方式，UV装置的配置变化很大。反光板的种类等后面又讲述。

　　2)电源装置

　　电源装置分为两种，即常见的铜—铁变压器电源装置与变频器电源装置。

　　前者一般重量重体积大，后者则具有重量轻体积小、可连续调节光量等特点，但由于电子器件使用较多而惧灰尘及粉尘等。

　　3)冷却装置

　　冷却装置因所用的UV灯和电源等的不同而不同，但UV灯工作时其表面温度很高，产生大量的热量。UV灯及照射灯座如不进行冷却，则会产生热变形、破损、寿命变短，因此必须进行强制冷却。

　　不同的冷却方式对被照射物的散热效果明显不同，成本也高低不等。冷却方式可分为以下3种。无论何种冷却方式均各有其优缺点。

　　1)空冷方式

　　利用气泵对灯和照射灯座排气或吹气进行冷却的方式(图4)。采用吹气冷却的场合，有时设计有局部排气(排臭气、热风)装置。

　　优点：维护简单、设备便宜。

　　缺点：有时对被照射物温度上升控制尚需另寻对策。

　　2)水冷方式

　　这是一种在UV灯上套上一套管、通过冷却水在套管中循环流动实现间接冷却的方式。虽然也有冷却水非循环流动的方式，但近年来一般均采用冷却水循环方式。为了防止套管中结水垢，冷却水使用纯净水。如果水垢附着在套管内壁上，则会显著降低UV光的透过率。有时会在套管中设置可见光截止滤镜。

　　优点：由于通过水来吸收热能，因而能够抑制被照射物温度的上升。

　　缺点：由于必须对冷却水进行管理，设备投资费较其它两种方式偏高。

　　3)空气—水冷却方式

　　在反光板保持座中有水流过，以此来降低灯周围的温度；再加上气泵式空气冷却方式，构成组合冷却方式(图6)。

　　优点：能实现UV照射灯座的小型化。

　　缺点：与水冷方式相比无须水冷却设备，而与空冷方式相比设备费用增大。[next]

　　5 反光板的种类

　　与选择适当的UV灯的情形相类似，反光板也必须根据所用的固化材料、被照射物的耐热条件、用途等来加以选择。

　　1)铝镜方式

　　采用反射率高的高亮度铝材制成的反光板，无论空冷方式还是水冷方式均可采用。虽然是针对油墨固化效率高的一般印刷来使用，但因在空冷方式下铝镜反光板对被照射物的温度降低最为不利，因而不能用于必须降低其表面温度的被照射承印物。

　　2)冷镜方式

　　这是一种在玻璃上镀上金属氧化物薄膜制成的反光板，反射UV光，而让一部分可见光通过。采用该反光板能获得高强度的UV能量，同时可以降低被照射物的温度。

　　3)冷滤镜方式

　　这是将一种镀有多层金属膜的玻璃(可将红外线和可见光截止而让UV光通过)安装于灯座下部，以抑制被照射物温度上升的方式。与冷镜方式等组合使用可进一步降低被照射物的温度。如果有安装空间的话，作为选择组件安装很容易。不过与反光板不同的是，由于该冷滤镜置于被照射物附近，墨雾及来自来于被照射物的气体等，容易附着其上。

　　4)金属冷镜方式

　　这是一种在金属反光板上进行多层镀膜制成的反光板，反射UV光并吸收不需要波长的光，适用于冷镜方式不能满足要求的场合(高输出低温照射)。该方式能够获得高的紫外线照射强度并降低被照物温度，但由于相应的冷却方式局限采用空气—水冷却方式，水冷却设备必不可少。

　　5)双冷镜方式

　　该方式中，UV灯不直接照射，承印物仅受到来自UV灯的间接光线照射。在空冷方式中，该方式的反光板对于控制承印物温度升高是最为有效的。在降低温度效果明显的同时，由于没有直射光，UV照射强度也大幅降低。这是对于必须低温照射的承印物(感热纸等)采用的方式。[next]

　　6 被照射物温度上升的比较

　　上述不同的反光板和冷却方式与对应的温度上升情况的比较。不过就温度条件而言，由于反光板的形状、照射距离等条件不同产生差异，因此希望能找到一个完美的标准。

　　7 被照射物条件的明晰化

　　如上所述，引进UV照射装置首先必须明确的是，被照射物的条件(材料、耐受温度、尺寸)，处理条件(印刷速度、印刷方法等)、UV性能(UV强度、积分光量)等。接下来确定UV装置规格:以实际的业绩基础和已有的数据等为基础来确定配置规格，或者对于不确定的因素预先进行大量试验，然后确定其规格。

　　此外在有关UV照射强度和积分光量的测量仪方面，由于厂家和型号不同导致分光感度存在差异。既使在同样的照射条件下进行测定还是会出现这种差异。因此当要预先指定油墨固化所必须的UV照射强度和积分光量时，必须确定测量仪的厂商和型号。

　　8 UV照射装置规格的确定要素

　　由被照射物的幅面和处理速度来决定UV光波长、UV灯输出功率和灯的数量。为了增加通用性，一般采用水银灯和金属卤素灯兼用方式。

　　此外要考虑被照射物的耐受温度、照射灯座安装位置限制尺寸、照射距离等，以此来决定采用何种反光板及冷却方式。即使从被照射物温度条件来看，采用空冷方式能够与之相对应，但有时会因照射灯座安装空间的关系而不得不采用水冷方式。

　　当出现因安装空间因素使UV照射灯座不能设置在靠近承印物的地方而令照射距离过长时，为避免UV照射强度大幅下降，必须要考虑选择相应的反光板；相反，当承印物因不能耐受高温时也会加长照射距离。作为承印物耐热对策有时采用安装冷风吹咀来冷却的办法。很多时候在UV照射灯座设置遮光闸，待机时不用关掉UV灯而使UV光射不到承印物上，但带遮光闸的UV照射灯座体积大，会对安装空间带来大的影响。