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1、UV印刷技术讲习班讲座内容第二部分 - 27 -第一章 UV固化设备（见书的第四章） 第一节 UV固化光源一、UV灯管的结构及材料特性（一）UV灯管的结构：如图4-1所示 观察灯管质量第一步从外观上看以下几处（1） 灯管直线度：用车床烧出来的灯管直经度高；（2） 圆度：灯管排气时要用火烤灯管，边烤边排气清洗，烤的温度不均匀会出现蛇形；（3） 焊封钢片：看钢片较厚，双面焊接，焊口光滑。钢片是电极与导线连接体。（4） 引线：引线用耐高温度由压导线，阻燃。接线端子用镀银，镀镍也可以。（二）石英管壁 基本要求：（1） 透UV光高，表4-1所示，红外低透 表4-1 透明石英玻璃UV光透射率波长/nm透射
2、率/%波长/nm透射率/%波长/nm透射率/%波长/nm透射率/%2176.023441.925262.027691.222010.123641.925673.028091.622421.223841.326082.029092.022628.024041.326487.530091.822824.024241.926890.035092.023038.024443.527291.040092.423240.924850.9（2） 热膨胀系数低，一般为510-7。如图4-4（3）石英纯度：最有害物质：羟基 钠、钾属碱性物质，而石英为酸性物质。国产长管卤素灯不易启动是因为羟基含量高，开始点能着，
3、高温下生成卤化氢捕捉电子，点几次就点不着了。短管可点着是因为管压降高。总结：（4）石英质量会给UV灯造成如下损坏 灯管弯曲悬垂：杂质含量高、耐温低； 灯管壁发污白：高温下石英挥发； 灯管中间部位发黑：羟基含量过高，高温下生成水； 卤化物灯难点着，最终点不着：羟基高，钠钾含量高。（三）电极，如图4-6所示1、电极材料：钍钨功函数2.6eV 工作温度2200-2500 钡钨功函数1.63-2.07eV 工作温度1500-1900 功函数低工作温度易启动，但耐温低灯的寿命低。2、电极结构：如图4-6所示。一般用储备式电极。 芯杆是发射电子外，顶端温度最高，直径计算1.5A/m2m。顶端尖放电好，灯易
4、启动，但耗较大。一般用圆头边缘无毛刺。 如图4-7所示。由外螺旋给芯杆散热，同时内部储存电子粉Ba3WO6补充芯杆蒸发掉的Ba，如补充不及时则电子溅射纯钨使电极附近处发黑，补充过快则很快Ba用完，减少灯寿命。 补充速度决定于芯杆及螺旋体的温度，而电极温度与下面几个因素有关。（1）芯杆直径（2）螺旋体直径长度（3）芯杆从螺旋体伸出的长度购买灯管进仔细观察电极以下部位：（1）芯杆直径（2）芯杆螺旋体端头光滑否（3）芯杆从螺旋体伸出长度（4）芯杆螺旋光亮，外表有漏出的电子粉（四）UV灯发光物质汞金属卤化物1、光谱概念（1）连续谱汞 （2）线光谱金属2、汞特征光谱254、297、303、365、404
5、、435哪条线强由灯内汞蒸气压决定气压高红移，因为短波被吸收。黑光灯低压灯254、313强杀菌固化灯中高压灯303、365强马路灯高压灯可见光较强3、金属卤化物灯卤化物是稳定金属，卤族不发光金属灯内汞（减少自吸收）根据油墨吸收谱选择不同金属发光物质，如深色或厚油墨用铅汞灯，光谱如图4-11所示350-420nm较强，一般光油用二苯甲酮作光引发剂、引发光谱280nm左右，用锑灯。4、金卤灯应注意问题金属含与石英反应，金属发光时在灯管中心区，不会碰玻璃，低温时复合为卤化物，因此管壁要低温，此处已复合为卤物，一般灯管直径大些。5、UV灯内的启动气体UV灯启动过程如图 轰击热电子 氩气 泵 金属6、灯
6、管内气体放电过程灯中心向外辐射 外一层辐射（内辐射被吸胶） 最外层辐射到灯管外，灯管直径大则辐射到外面的面积较大，灯管壁负载小，如图412，254nm实验，D728nm时辐射下降。灯管内温度分布如下图，中心温度中心温度散不出去，高功率灯需D大，保证管壁处800,T800,否则灯管不耐用。UV灯电泵蒸发后为非饱和气体使得每个分子都发光，保持灯电压不变。二、UV灯电参数及启动过程1、气体放电的全伏安特性曲线，图414，OA段 点火电压Vz作用下，个别电子产生小电流，此时电压最高，电流最小。AB段 氩气电离前，滤出电子在正作用下运动形成电流很小。BC段 雪崩段、氩气电离形成电流。CD段 雪崩使汞或金
7、属电离，此时发光物质增多，灯电电阻减小，C点开始汞发光Vz点火电压，变压器需提供高电压Vz使之点火，可用触发器也可用漏磁变压器实现，从D点电压降低电阻小。此时为辉光放电（发兰光）。EF段 维持正常辉光放电，电极并未全部发射电子，此时电压不变。FG段 阴极全部参与发射，电流增大，F点后V升形成异常辉光放电。GH段 电流再增加，电极温度上升形成热电子发射，电阻减小，管压下降，形成弱光放电段。负VA特性，UV灯工作段，变压器反电动势有镇流作用，灯维持在该段工作。2、UV灯管参数（1）UV灯功率密度P0 W/cm。低密度4080W/cm。中密度80120W/cm。高密度120W/cm以上，GE无极微波
8、灯400W/cm。根据油墨性质，机器动转速度。（2） 工作电压V 决定电子分子碰撞速度。 由发光物质蒸发后气体密度决定。形成的密饱和气体蒸发后导电率或电阻不变，一般V0 915V/cm，根据灯管直径及灯管冷却方式，水冷毛细灯400V/cm。V0 大则点灯快，但影响寿命，还会产生湍流，谱线也不同。P（3）工作电流I0 。 I0 = 。 热电子汞分子流量I0 大管壁负荷大，V0温度高，一般控制在1.52.5A/cm2。（4）UV灯点火电压Vz （前述）。（5）UV灯管壁负荷 W/cm2 ，一般15W/cm2灯管石英纯度高可达300W/cm2，再高需水冷管壁，总结，V0 I0 不同光谱分布不同，哪条
9、线强弱不一样。第二节 UV灯具结构反光、冷却、隔热系统灯具结构是UV设备的核心部件，科技含量最高。一、 UV反光罩的光学原理及结构1、 UV灯罩反光原理反光原理也可理解为材料不吸收某波段光将其反射线透射过去，取决于反光板材料。而反射的方向由反光罩的几何结构决定，微观反射方向则取决于反光板表面性物质。表44列出不同材料对UV254nm光反射基本类同于365nm。表4-5说明反射板表面晶体结构对UV光反射、氧化后晶体结构变化了。表44看出，亮亮的镀镍，对UV光反射系数低于白灰和漆。表4-4 某些材料对紫外线和可见光的反射系数 材 料对紫外线波长254nm的反射系数（%）对可见光的反射系数（%）表面
10、未处理的铝40-6060-75表面处理的铝60-9090白搪瓷5-1090-95白 漆4690白 灰4080白磁砖4.775氧化镁80-9396氧化锌2.588镍3888表4-5 经过氧化抛光的铝表面对不同波长的紫外线反射率（波长）（nm）254288365316357420550A（反射率）（%）83858887888990图416实验，反光板表面平滑则反射光聚焦,而粗糙表面产生漫反射不聚焦，在焦点光强弱，反射率并未改变。反光板光滑与粗糙各有不同用途，例如光油不需聚焦，油墨要聚焦。2、 UV灯反射罩几种基本结构三种。图417所示三种结构注意：几何光学说焦点是依据点光源或线光源为基础的，而UV
11、灯管非线性，因此这里焦点概念不准确。光衰减与灯具结构关系 I0I r2I0灯管表面光强I到达被照物光强。图418光程r=a+ b，当灯罩开口小时a小，则灯管距反光板很近，灯罩易被烤化。（1） 聚焦型：厚墨或遮盖墨，焦点处T高。（2） 散光型：透明或薄油墨，焦点处T低。（3） 低温灯罩，用隔热方法，反射板透红外法，前隔热玻璃法，前置水套法，好灯管最重要。二、 UV灯的冷却系统 冷却系统任务：1、灯管表面，2、灯具，3、被照物，前述所知UV灯管表面温度6001000，否则金属会凝结不参与发光。1、 风冷却系统风机、风道、灯箱内风路风机：参数、风量、风压、风速（功率）、噪声、风量决定于灯管功率，主要由电机功率决定，风压、风速与风路长度，通风面积、灯具结构相关，风压、低、中、高风机，由电机转速及风机叶片整体入出排风路图421所示。2、 风机参数选择3、 风路设计原理为了使风机有效工作，风机风路基本原则：出、入口面积大于风机处面积。（1）入风路设计原理入风是风机产生负压将风吸入，风管内中心风速大，根据流体力学原理， p，中心压强低，风管壁有摩擦风速低，风从中心走空气分子与壁碰 V撞少，可用软管，拐弯不限。（2） 出风路设计原理出风是正压，可视为空气分子小球发出，与壁产生碰撞，要求壁光滑，虾米弯，出风口无风阻，如外排时有障碍物或反向
