Урок 5: Оборудование для УФ- и электронного отверждения *

Как уже было отмечено в первом уроке, для того, чтобы перейти на технологии отверждения УФ-излучением или электронного отверждения и начать пользоваться преимуществами этих технологий, необходимо изменить как химический состав наносимого материала, так и сменить применяемый источник энергии. При УФ-отверждении для сушки отпечатка вместо нагревания или обдувания воздухом используется облучение светом УФ-лампы. При электронном отверждении (отверждении электронном пучком, ЭП) для быстрой сушки нанесённого материала применяется генератор электронного пучка. При выборе между этими двумя технологиями (УФ- и ЭП-отверждения) придётся учесть много факторов. Есть много преимуществ, которые присущи обеим этим технологиям, но у каждой из них есть и свои собственные преимущества.

При УФ-отверждении используются лампы различных типов. Самый старый и, вероятно, самый распространённый тип — (паро) ртутные дуговые лампы среднего давления (см. рис. 1). Светоотдача лампы может составлять до 800 ватт на дюйм. На рынке есть такие лампы самой различной длины. Среднее время их работы обычно составляет около 1 тысячи часов.

За счёт ввода специальных веществ внутрь колбы/трубки лампы корректируют спектр её излучения (см. рис. 2); на рынке есть лампы с различными вариантами спектра излучения.

Ещё один вариант дуговой лампы — безэлектродная «микроволновая» УФ-лампа (см. рис. 3). Источником энергии для неё выступает высокочастотное/микроволновое излучение. Высокочастотные лампы имеют значительно больший срок службы — обычно около 8 тысяч часов. Кроме того, лампы этого типа отличаются стабильностью спектра излучения на протяжении всего срока их службы. На рынке есть лампы с различными спектрами испускания. Кроме того, излучение мгновенно выходит на рабочие характеристики по принципу «включено-выключено».

В последние 10 лет значительно вырос объём производства ещё одной разновидности источников излучения для УФ-отверждения — светодиодных УФ-ламп (UV-LED или LED UV). В этих устройствах используются светодиоды — полупроводниковые диоды, которые излучают свет при пропускании через них электрического тока (см. рис. 4). Они похожи по конструкции на светодиодные осветительные устройства, которые широко используются в домах и на производствах. Но в случае УФ-устройства требуется внесение изменений по сравнению с устройством видимого света, чтобы сместить излучение в УФ-диапазон. За этим исключением, в остальном светодиодные УФ-устройства почти не отличаются от светодиодных аналогов видимого света.

Светодиодные УФ-устройства обладают рядом преимуществ, которые обеспечили им успех на рынке. Основные их преимущества состоят в следующем:

• меньшее выделение тепла;
• прекрасно «держат» длину волны;
• прекрасно «держат» мощность излучения;
• большой срок службы;
• более низкое энергопотребление.

Технология электронного отверждения (отверждения электронным пучком/лучом, ЭП-отверждения) принципиально отличается от описанного выше отверждения световым излучением. Технологии с использованием электронного пучка применяются в промышленности уже больше четверти века, и за это время они доказали свою надёжность и безопасность. В устройстве-генераторе электронного пучка на катоде в условиях вакуума создаётся поток электронов. Электроны разгоняются и проходят через тонкую фольгу, попадая на отверждаемое покрытие уже при атмосферном давлении. За счёт своей большой энергии электроны разрывают двойные связи в молекулах акрилатов, входящих в состав отверждаемого материала. В результате образуются свободные радикалы, запускающие реакцию полимеризации. Схема ЭП-устройства показана на рис. 5.

В зависимости от энергии генерируемого пучка электронов ЭП-устройства обычно подразделяют на устройства низкой энергии (энергия пучка менее 300 кэВ) и устройства высокой энергии (энергия более 300 кэВ). Выбор устройства обычно зависит от того, что необходимо отверждать. Например, электронный пучок низкой энергии используется для закрепления тонких покрытий и красочных слоёв, а пучок высокой энергии — для отверждения толстых слоёв нанесённого материала и для образования поперечных связей в материале на каучуковой основе.

* * *

Благодарим вас за проявленный интерес к курсу по химическим основам УФ- и электронного отверждения. В следующем уроке мы рассмотрим вопросы экологичности, эксплуатации и безопасности. Более подробные сведения о технологии УФ- и электронного отверждения приведены на сайте http://www.radtech.org.

Советуем посетить выставку Radtech 2018, которая состоится 7–9 мая в Чикаго (Rosemont). На ней можно будет узнать больше о технологиях УФ-отверждения, 3D, струйной и других видов печати, производства упаковки и многом другом. Кроме того, на выставке можно будет установить контакты с многочисленными компаниями-участниками. Более подробная информация будет приведена на сайте http://www.radtech.org.