固化不佳？ 不总是涂料的问题

作者 Bob Blandford，总裁，Miltec UV公司，马里兰州，Stevensville

收到投诉从来都不是一件有趣的事。化学家们在努力为涂料或粘合剂开发正确的配方，但当它们无法正常固化，从产品中剥落或分离时，无论是在生产过程中或生产完成后，则是您的公司首当其冲，声誉受损，承担了责任的主要部分。

虽然质量检验员会在生产过程的开始、中间和结束阶段定期检查样品，生产操作人员也会进行辐射计测试，但最终产品必须均匀、固化一致，因为在生产开始时看起来正确的东西在结束时可能会看起来非常不同。如果您运气好发现了问题，您只需要向客户解释产生了少量的浪费，但如果产品已交付，但质量达不到客户的期望，您可能就要面临较大的风险了。

客户忠诚度已今不如昔，获得新客户的成本是维护现有客户的5-25倍。

那么，您如何确保您的客户满意度并总能提供稳定可靠的产品呢？在回到旧的观念之前，让我们先看看您的UV固化设备。有四个主要方面会影响并帮助UV系统正常运行：

• 具充足空气流动的合适的灯冷却系统
• 反射罩的状态
• 灯的维护
• 适当的光遮蔽

密切关注驱动UV系统中的这些因素，可以解决UV固化过程中存在的问题，或帮助预防问题，确保系统以较好的性能水平来运行。

冷却和气流

UV灯在非常高的温度下工作（灯泡表面温度约为800°C或1500°F），以便在紫外灯内部保持一致、完全的汞等离子状态。更先进的UV灯系统需要一个冷却系统，这个系统不仅能保持灯在该范围内的稳定性，而且还能保护灯在运行状态下的金属构件的完整性。

最常用的冷却UV灯的方法是使空气流过其外壳、UV灯和反射罩。UV灯要达到恰当的空气冷却效果，确实有一个“冷却窗口”。冷却过程有可能冷却过度或冷却不足。更复杂一点讲，送往通过UV灯所需冷却空气的量，将取决于UV灯的操作功率水平。

目前，大多数UV线灯系统由可变功率镇流器供电，该镇流器向灯提供20%至100%的功率。如此宽的功率调节范围可允许灯从约130瓦/英寸到约650瓦/英寸之间改变。

对于某些UV系统，功率设置由前控制面板进行调整，但对于其他更复杂的UV系统，灯功率通过客户提供的0-10-VDC或4-20毫安的信号，来根据线速度自动进行调整。随着灯功率的增加，它需要更多的冷却空气输送到UV灯上，以防止UV灯泡过热。反之，当灯的功率降低时，必须减少冷却空气，以确保灯不会过冷。

因此，为了避免灯的冷却问题，冷却系统必须可以自动调整，以匹配灯的功率和热负荷，保持灯的稳定性，并确保其在适当的温度范围内运行。在“过热”条件下工作的灯将导致灯的寿命缩短，从而可能导致灯的膨胀或翘曲，对UV的输出和均匀性产生不利影响。

在“过冷”条件下运行的灯，也会使灯的寿命缩短以及紫外线输出过低。当灯过度冷却时，它无法产生正确的电压，会维持很高的电流（安培），长期处于这种状态，电极会出现不良损耗。大多数情况下，当灯过度冷却时，汞等离子体将开始变得不稳定，灯有可能忽然熄灭。只有当灯始终在正确的冷却参数内运行时，才能使UV灯的寿命实现最大化，并实现UV灯一致的UV输出。

反射罩的状态

UV系统的另一个关键部分是反射罩的状态和性能，它必须要进行良好的维护，以确保UV固化系统的正常运作。该反射罩通常呈半椭圆形或抛物线形，环绕在灯泡的上半部分，并覆盖整个工作的UV灯的长度。

灯反射罩是UV灯系统的重要组成部分，因为它们通常负责将UV灯泡发出的约65%的UV能量反射到客户的产品上。反射罩的弯曲形状通常被设计为将光线集中（或聚焦）到非常小的区域，从而在客户的产品上产生极高的UV峰值辐照度，这是UV固化的关键之一。当反射器未能适当冷却时，它们会因热膨胀而弯曲和起皱（图1）。

失去弯曲形状的反射罩，会使反射到客户产品上的光线变成散射或漫射，从而对其固化能力产生负面影响（图2）。

反射罩的弯曲形状在灯工作期间不发生变化是至关重要的，这样才能保持这些UV光的聚集模式。此外，当反射罩在一段时间内变脏、被污染或变暗时，光的反射率将显著降低，从而降低传递到客户产品上的UV能量和强度。

反射罩状态不佳将导致客户的产品无法完全固化。反射罩被视为是所有UV系统的消耗部件，并且需要对它保持关注，进行定期维护（或定期清洁），以帮助确保UV灯系统输出的良好、一致性。

一些UV系统使用可更换的反射罩衬里，它通常带有薄抛光铝材料保护涂层（看起来很像传统的镜面漆），并且通常预先进行弯曲和切割，以安装在灯罩内的反射支架中。

更先进的UV灯使用“冷镜面”反射罩，它也是薄的，是预先弯曲和切割好的铝或玻璃反射罩。冷镜面反射罩在反射面上涂有特殊涂层，其设计用于有效反射UV光，但会吸收UV灯发射出的红外能量（热量）。冷镜面反射罩将减少客户产品在通过UV灯下时所承受的热量，从而减少对基材可能的热损伤或金属、木材和塑料基材的膨胀和收缩。

无论反射罩类型如何，重要的是要保持反射罩的清洁度、光亮的外观和较好的状态。如果反射罩开始看起来变得暗淡或脏污，则表明它需要进行清洁或更换了。可以使用无绒布和异丙醇或不留下薄膜的表面清洁剂来清洁反射罩。不建议使用含氨的清洁剂。

如果在清洁后，反射罩仍然显得暗淡或脏，则应更换。在几乎所有情况下，脏或暗的反射罩对UV输出减少的影响比旧的和性能差的UV灯泡更大。测量UV的输出也有助于诊断反射罩的状态。

灯的维护

大多数UV灯都在不理想的工业环境中作业。尽可能保持灯的清洁是十分重要的，可以帮助确保紫外线输出的一致性，并延长其使用寿命。疏于维护的灯会加速老化、过早失效并使UV输出的能量变低。

保持紫外灯清洁的最简单方法，是使用指定的紫外玻璃灯泡清洁剂和无绒布来清洁，清洁频率将根据其工作环境的不同而变化。长时间运行的脏的和受污染的UV灯更容易过热，然后膨胀或翘曲。

如果UV灯发生膨胀或翘曲，将对灯的UV峰值辐照度输出和UV灯系统的固化性能产生负面影响（图3）。一旦UV灯出现膨胀或翘曲，则表明应对其进行更换。如果使用空气过滤器来保持灯的冷却空气的清洁度（这是微波驱动的UV灯系统的常见做法），那么需要定期更换这些过滤器，以帮助确保进入灯壳并经过UV灯（和反射罩）的冷却空气是清洁的。

保持空气过滤器的清洁也将有助于确保输送至灯具的空气量保持在要求的规格范围内。在空气过滤器脏污和/或堵塞的情况下操作UV灯系统几乎总是会导致UV灯泡过热并显著缩短UV灯泡的寿命，导致需要更频繁地更换UV灯泡。

任何紫外固化系统的核心，都是驱动UV灯的昂贵的电源部分。无论使用传统的铁芯和铜芯镇流器还是固态功率单元，输送到镇流器的适量过滤冷却气流对镇流器的健康和预期寿命以及镇流器外壳内的其他电气部件，都至关重要。在肮脏或过热环境中运行的电源将过早老化或失效，导致紫外输出能量变低或产能的损失。

维持空气过滤器的清洁，以及适量的空气流到镇流器，才能确保镇流器得到适当冷却，并保持清洁。根据环境的不同，应按需经常更换空气过滤器。如果镇流器和其他内部电源部件（如电容器）被污垢或灰尘覆盖（如图4所示），则强烈建议您做以下两件事：1、检查空气过滤器，必要时进行更换；2、用清洁、干燥的压缩空气吹净镇流器和所有其他内部组件，然后用真空吸尘器清除沉淀的灰尘。

光的遮蔽

保持健康的紫外线固化系统的最后一个要素是遮光。遮光的主要目的是保护人员免受任何直接紫外线的照射。UV灯壳内部和周围的适当遮光将保护灯模块组件及其安装的生产机器。操作员看到的光线越多，暴露的危险性就越大。

正确设计的遮光罩将防止UV灯附近的任何机器硬件达到不安全的温度，或因直接暴露于紫外线而加速老化。遮光罩的第二个功能是，以一种能够有效固化客户产品的方式对紫外灯外壳进行有效支撑。如果为了维护生产设备而从机器上拆下遮光罩，则必须将遮光罩安装在机器上的相同位置和方位，以确保UV灯相放置在了正确的位置和方向上。

遮光罩的第三个功能是其有助于适当的空气冷却。一些遮光罩可能具有进气孔或百叶窗，允许空气进入遮光罩内部，来进行灯的冷却、基材的冷却和/或遮光罩的冷却。如果进气口被灰尘或污垢堵塞，则可能导致UV灯、遮光罩和客户基材温度的升高。结果可能使得紫外灯表现不佳、灯泡寿命变短或客户基材过热。

应进行例行预防性维护，比如定期用刷子和真空吸尘器清理遮光罩上的这些进气孔（或百叶窗），或用干燥的压缩空气吹净这些地方。

结论

如您所见，通过保持UV固化系统所有组件的清洁、冷却和定期维护，您可以使您产品的固化获得一致性，减少诸多问题，降低废料的产生，并获得客户的满意度。

了解更多信息，请访问https://www.miltec.com/en/?utm_source=p-cimagazine。

参考资料

1 https://hbr.org/2014/10/the-value-of-keeping-the-right-cus-tomers

本文收录在《PCI中文版》2022年9月刊中