虹科案例|高功率多波段UV-LED在紫外固化领域的应用

 

 

紫外固化

背景提要

 

紫外固化技术指的是通过一定波长的紫外光照射，使液态的树脂高速聚合而成固态的一种加工工艺。固化原理如下：紫外固化材料中的光引发剂（或光敏剂）在紫外线的照射下，吸收紫外光后产生活性自由基或阳离子，引发预聚体和活性稀释剂发生连锁聚合、交联化学反应，使粘合剂在数秒钟内由液态转化为固态。通过这种光聚合反应，可以利用固化技术来干燥，粘结和涂漆，用于各种产品，包括粘合剂、树脂、油墨，以及涂料。紫外线是波长为100至400nm的光束，波长越短，对生物体的能量和破坏力越高。根据波长的长度，它进一步分为A，B和C。UV-A长波长紫外线320-400nm，UV-B中波长280-320nm，UV-C短波紫外线100-280nm。其中光刻技术主要使用UVC甚至更短波长的紫外光，而光固化体系中多用UVA与UVB波段。

紫外固化原理图

 

在过去的几年里、UV-LED固化和光固化粘合剂或涂层在汽车、电子、半导体、制药和光学制造领域的应用取得了长足的发展。UV-LED技术已被证明可以提供更快、更一致、更可靠的固化结果。在满足粘合强度高质量标准的同时、大批量生产过程中具有挑战性的周期时间不断推动对极其可靠的大功率光源的需求。相较于传统汞灯，UV-LED具有更稳定、对环境友好的突出特点。虽然仍然有传统的汞灯正在使用，但现在越来越多的固化设备正在转向UV-LED技术。
 

 

 

 

大功率多波段UV点光源

液体光导输出

 

传统的LED曝光光源只有单一波长，光谱很窄，只能够适用于特定固化材料，对固化应用也不具有普遍适应性。虹科UV-LED曝光装置可以进行多波长设置，可以单一或同时利用多个波段的紫外光。

虹科UV-LED曝光装置同时具备365/385/405/435nm的光谱输出，特别适用于具有厚感光材料层的固化应用。较高光谱范围（约405 nm或435 nm）UV辐射进入粘合剂，而较短波长（约365 nm）的UV辐射到固化表面层。通过灵活多光谱光源，可以更好地适应各种胶粘剂和涂层。此外，虹科的宽频带输出可为您提供更高强度、更快更可靠的固化应用。

 

虹科UV-LED的光谱与固化原理

除此以外，虹科UV-LED曝光装置还提高了光强度和均匀性。通常、LED阵列用于暴露更大的UV辐射区域。然而，当涉及到固化更大的区域，同时对设计包络线有严格限制时，与高度柔性光导耦合的光源是首选工具。

为了在曝光平面上实现足够的强度和极好的均匀性，通常需要一个高功率点光源。结合高性能光学器件，虹科的光纤耦合UV-LED点光源在30×30mm区域（工作距离：120mm）的强度约为1500mW/cm²。采用液体光导输出的大功率UV点光源系统，通过更换匀光接头可以快速实现多种固化场景的应用。

 

液体光导输出的大功率UV点光源系统

 

 

 

 

紫外固化案例

应用优势

 

NO.1

制药/医疗行业：针头粘接

 

不锈钢针管和塑胶针栓之间的装配是医用一次性注射器的稳定性和安全性在生产中面临的挑战之一。该接头对注射器的安全性至关重要，尤其是用于皮下注射和活组织检查的针头、注射器、蝶型针头的输液装置、采血针和其他相关器械。上述应用中，针栓和针管装配不良可能导致体液外流、药物失效，甚至是医疗器械的损毁，这些情况对患者和医护人员都极度危险。注射器的损毁会导致患者注射时产生强烈痛感或出血、使用过程中密封性失效、注射无法完成以及其他危险的并发症。市面上大部分针栓和针管连接的设计都使用了高粘接力、粘接效果牢固的胶粘剂。以往，制造商们使用复杂且极度耗时的工艺制备注射器，如采用闭锁以及嵌入设计，但是均不能杜绝药液泄漏现象，且外观不佳。现在注射器生产则普遍适用光固化胶粘剂，通过较为简单的紫外固化工序即可实现针头粘接的良好密封性。目前紫外固化方法中传统采用的光源多为汞弧灯，虽然可以提供紫外波段的光，但是汞弧灯使用寿命短、耗电高，并且在使用过程中会挥发出对环境有害的汞蒸气。UV-LED是传统汞弧灯的优势替代光源。虹科多波段(365/385/405 nm)UV-LED系统能够代替200W汞弧灯，多波段的设置有利于提高固化可靠性，具有质量保证要求低、使用寿命长、无需更换灯体的明显优势，是医疗固化领域的可靠光源。

 

NO.2

汽车行业生产线

 

随着人们生活水平提高，汽车已经成为了我们生活出行中不可缺少的一部分。受汽车减重和节能省油的需求影响，汽车行业越来越倾向于使用轻型材料，如碳纤维、塑料、复合材料等，因此对胶粘剂的需求持续增长。

汽车的紫外固化应用，除了要求优良的粘接性能外，还必须保证不能释放挥发物，保障人体健康。所以，越来越多厂商开始在汽车生产中应用UV胶（紫外光固化胶粘剂），这类胶粘剂具有无VOC挥发物、不含溶剂、可燃性低、耐久性好等安全环保特性，适用于汽车零部件粘接等。

当然，UV胶的使用需要搭配高功率、高均匀度的UV光源，在汽车产线中大多是用单一波段的UV-LED固化系统，存在固化不合格率高、吞吐量低的缺点。

虹科多波段(365/385/405 nm)UV-LED系统可以代替单波段UV-LED，有效提高固化效率。较高光谱范围（约405 nm或435 nm）UV辐射进入粘合剂，而较短波长（约365 nm）的UV辐射到固化表面层，提高了固化的可靠性与固化胶的材料性能，降低了产品的不合格率。同时多波段的选择使用还可以适用于更多种类的固化胶，无需更换LED光源，实现更高的吞吐量。

 

 

NO.3

电子产品保形涂层生产线

保形涂料是涂敷在已焊插接元件的印刷线路板（PCB）上的很薄的保护材料。它可增强电子线路和元器件的防潮防污能力和防止焊点和导体受到侵蚀，也可以起到屏蔽和消除电磁干扰和防止线路短路的作用，提高线路板的绝缘性能。此外，涂层保护膜也有利于线路和元器件的耐摩擦和耐溶剂性能，并能释放温度周期性变化所造成的压力，提高电子产品的稳定性，延长使用寿命。

保形涂料按照固化方式分为UV固化、热固化、潮气固化、电固化和空气固化，其中UV固化性的保形涂料具有固化速度快、适用于热敏性的底材、初始投资低、减少溶剂挥发、操作成本低和节省空间等优点。另外光固化保形涂料符合环保要求，因此发展迅速。同样，UV固化保形涂层需要搭配紫外固化光源使用。利用虹科多波段（365/435nm)UV-LED点光源，液体光导将产生的辐射高效地传输到应用点、不需要复杂的光学器件，设备可轻松安装在传送生产线上。点光源的设置允许小面积的选择性固化，比如构件下固化灯。多波段适合多种固化胶的使用，在生产线中可以减少处理时间，实现分配后直接固化。

 

 

产品特点小结

虹科多波段大功率UV-LED固化光源具有以下突出特点：

• 通过提供最强大的UV-LED点光源输出（高达30W）、提高了吞吐量并节省了时间。
• 属于具有多波长设置（365/385/405/435nm）的定制光谱组分的新型固化过程。
• 通过我们的光纤耦合UV-LED光源可轻松集成新配置和现有配置中的强光辐射。
• 具备基于半导体行业标准的空前工艺稳定性（闭环反馈）。
• 灵活性：液体光导将产生的辐射高效地传输到应用点，不需要复杂的光学器件，更容易为LED光源找到合适的位置以适合制造设备。