UV-LED技术提供了许多巨大的优势，如节能，长寿命，低热量，无臭氧和无汞。有了LED技术，我们依靠数千个小LED来充分固化涂层。如果沿着灯的宽度有偏差怎么办?如果一个零件坏了，如果一些光学元件损坏或弄脏了，这对固化和最终涂层的性能有什么影响?

本研究旨在确定什么程度的偏差会导致治疗不足的问题。为了防止固化不足的问题，EFSEN开发了一种名为ICAD®的专有技术，在生产过程中连续监测UV灯的输出。这不仅告诉我们完整的紫外线输出灯的宽度,还可以使用提取的信息调整功率任何不符合规范的部分(图1和图2)。这将提供保证,在真正的时间,所有段按照规范执行,同时也让用户知道直接损害时,灰尘或其它问题阻止一段执行标准。

充分固化反应性材料所需的照明是什么?

这是辐射固化过程中最基本的问题之一。虽然这看起来是一个简单的问题，但实际上它可能相当复杂。如果我们的固化系统尺寸不足，或者由于损坏、污垢、老化或缺乏维护而导致产量下降，那么就会出现问题。固化问题可能导致最终产品缺乏性能，如粘附失效，低划痕和耐化学性。运气好的话，偏差可以很快被发现，从而停止生产，并返工任何没有充分固化的零件。

然而，如果没有发现问题，就可能有大量的索赔，因为不合格的产品到达了消费者。更糟糕的情况是，生产者和消费者都没有意识到产品是不合适的，因为性能似乎是可以接受的。消费者可能会暴露在残留单体、引发剂或其他有害成分中，而自己甚至都没有意识到这一点。

设置和满足固化要求是防止这种情况的关键，并确保为消费者提供安全、耐用的产品。有很多事情要考虑。光源是否提供最佳的光谱分布?反应强度是否足够高，以确保反应有效?是否有足够的剂量达到所需的治愈速度?

向工业4.0过渡-精确固化要求

本质上，工业4.0是关于优化生产，利用技术消除错误和最大化灵活性。对于UV固化，向工业4.0的过渡要求我们能够设置准确的固化要求，并且我们有正确的方法来确保这些要求在任何时候都得到满足。我们必须建立一个精确的过程窗口，并确保我们不会偏离这个窗口。

我们在监测和控制紫外线系统方面走了多远，因行业而异。在许多过程中都使用辐射计实现传感器或测量程序进行频繁控制。当涉及到以输送带为基础的生产系统时，在每班开始时(或在每班期间进行几次)使用辐射计进行测量已成为行业标准。如果做得正确，这将有助于确认电弧或微波紫外线灯的表现，它应该。

新兴的LED技术已经被证明和实施在某种程度上与传统的固化装置相比有很大的不同。传统的灯通常使用一个灯泡来覆盖整个线宽，因此在这盏灯的一个点上测量就可以很好地了解灯在整个宽度上的表现，并向边缘减少。这与LED光源的情况不同。一个LED单元由多个光源组成，因此在一个点上测量无法让你全面了解该单元的工作情况(图3)。

波长的选择

尽管之前缺乏足够的固化控制，但LED单元在商业生产中已经有相当一段时间了。本研究旨在确定固化控制的关键程度，以了解是否有实施LED灯控制系统的迫切性，或者是否捕捉光源的偏差不是关键。为了找到答案，有几件事需要考虑。必须为我们的过程建立一个操作窗口，我们必须观察沿LED灯的变化如何影响沿宽度的每个点的输出。为了建立一个工艺窗口，需要建立一个测试来确定突破点——使涂层固化到达到要求的最小光量。

在确定所需的剂量之前，确保我们使用的光源具有最佳的光谱输出是很重要的。对于led来说，这基本上就是选择最佳波长。波长的选择主要受以下因素的影响:

·哪个波长与涂层中引发剂的吸收最匹配。·哪种波长具有最佳的渗透性能(对于深度固化应用)或克服氧抑制的最佳方法(对于表面固化应用)(图4)。

当然，重要的是要考虑在所选波长下系统的输出和长期性能。

LED系统在365,385,395和405纳米可提供高输出，体面的价格性能和寿命长。虽然较低波长的led在填补表面固化作用方面很有吸引力，但它们在商业上还不太可行。

本文选取白色底涂层的LED固化作为工艺步骤进行评价。这是一种常见的产品，在木器涂料市场上大量生产。在评价基层涂层时，主要关注的是深度固化，因为表面固化通常是不需要的。波长越长越好;因此应选择395或405纳米。观察Irgacure 819(一种常用的着色涂料引发剂)的吸收，395 nm的LED比405 nm的略好。

然而，考虑到二氧化钛的苛刻吸收，405nm成为最吸引人的选择，如图5所示。

由于透明度的变化非常大，波长的变化只有10 nm，因此知道所选光源的实际峰值波长是很有用的。LED的峰值波长通常是+/- 5 nm，这本质上意味着405nm的单位在低宾二极管中可能接近400 nm，或在高宾二极管中接近410 nm。这种波长偏移的影响是复杂的，因为它取决于许多不同的因素，对不同的应用是不同的。这可能很有意义。

试验设置和执行-剂量和峰值要求

指定波长后，就可以确定剂量和峰值要求。为本文执行的评估着眼于恒定速度下的变化输出。重点是剂量作为主要限制因素，因为LED单元提供了高强度(在窄波长带1000 + mJ/cm²L405，这个因素比弧光灯提供的要高得多)。

选择一种商用LED固化底漆进行评价。工厂运行该产品的条件被复制，但使用不同的LED功率水平(图6)。目的是了解哪个水平的偏差是可接受的，并确定固化不足的断点。选择的产品是一种中间涂层，一种基础涂层，在表面密封后应用。

这种底漆的主要目的是建立木质家具的不透明度和颜色。它通常被涂在三层，每层约10微米的薄膜重量，并具有很高的颜料负载，约40%的二氧化钛。如果固化不充分，则会影响深层固化，造成粘连失效。选用胶带、横切+胶带、Hamberger - Hobel等测试方法评价粘接性能。Hamberger Hobel是经典硬币测试的改良版，在这种测试中，硬币被一个切割头取代，切割头在恒定的压力下被推到硬币表面。Hamberger Hobel的一个不错的结果是可以承受至少10nm的压力;宜家的最高标准需要20 N(这只适用于某些高级表面)。

首先评估的是所有三层基漆的固化水平相同。选择涂料供应商指示的剂量作为起始点，逐步减少剂量，直到粘附失效。还对高于指示的固化要求的剂量水平进行了评估，以确定更高的剂量是否会带来好处。令人惊讶的是，当剂量减少到固化规格的50%时，观察到粘连仍然是可以接受的。用高于规定剂量的固化没有任何好处(图7)。

监控LED阵列全宽度的重要性

可以认为涂料供应商选择的剂量规格过高。然而，今天有许多LED系统在运行时没有完全实施控制系统，因此合理的做法是添加大量的安全裕度，以确保即使LED阵列会出现故障的部分，或损坏/脏的镜头，也能得到充分的修复。这种推理确实导致了明显更高的能量消耗(比本例所需的能量消耗高100%)。此外，运行高输出的led对寿命有显著影响。

另一个有趣的问题是相邻的LED线段在多大程度上有助于固化，它们是否可以补偿阻塞或不活跃的LED线段。这是通过测量沿LED头的输出水平与不活跃或表现不佳的段(图8)。

很明显，相邻的LED确实有贡献，但即使对于一个有很多裕度的LED阵列，相邻的LED也很难将固化保持在操作窗口的边缘。实际上，在本文前面提到的评估基层涂层固化要求的情况下，这种偏差肯定会导致粘附失败。这说明了监控LED阵列的全宽度的重要性，以保持所需的固化所需的涂层性能。连续监测也可以减少固化要求，因为任何LED偏差都可以立即识别。

要成功地用辐射计手动测量LED阵列的每个部分，需要每2-5厘米测量一次，这取决于所需的精度。在本文讨论的应用程序中，这将转化为每个阵列大约50个测量值以获得较高的精度，或者至少20个测量值才能捕获偏差。除此之外，还需要记录和检查数据。这样的程序将是非常耗时的手动执行定期的基础上。

内联连续自动动态紫外线监测

EFSEN开发了ICAD，这是一种专有的在线传感器，在生产过程中在LED阵列下移动，连续监测每个LED段(图9)。

这也允许收集固化历史，以高效地记录固化数据。任何偏差都会自动检测到，并在可能的情况下调整到正确的水平。当不能达到最小输出电平时，可以设置警报或自动线路停止。

如需更多信息，请发送电子邮件david@efsen.dk．

所有照片和插图均由EFSEN制作。