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UV固化设备在丝网印刷行业中的应用

2022-04-28 来源:九江农业机械网

UV固化设备在丝网印刷行业中的应用

没有人会否认中国的丝网印刷行业正进入快速发展时期。新技术、新工艺不断涌现,并将保持持续发展的势头。对于中国丝网印刷业界来说,UV固化技术本身并不算是新鲜事物,但迄今为止它的主要应用范围还只是局限于某些特定的领域, 包括最为常见的三个用途,即印制各种视听光碟、瓶子印刷和特殊效果的包装印刷等。

许多业内人士预言UV固化技术在国内广告行业(P-O-P)、贴花行业和普通图片印刷行业中的应用将会有强劲的增长。与欧洲及北美洲相比,目前UV固化技术在中国这些行业中的应用还只是处于隔靴搔痒的阶段,远不够深入。随着市场对这些行业日益增长的需求, 亟需丰富生产工艺和提升生产速度,将会推动中国UV固化技术的发展。由此我们也可以预见到未来行业内对这方面基础教育和先进技术信息交流的巨大需求。在国际丝印行业内,丝网印刷的操作人员尽管有不同的国籍及文化水平,却似乎都有着相似的个性,他们在追求学习新的制作工序时,全都喜欢先亲自动手,通常在接受更加正规的教育培训前,就渴望可以获得新设备和新材料,以新制作工序开始着手工作。

鉴于操作员有上述特点,我们将正规教育培训的顺序稍作调整,暂时绕过一些基本理论的学习,或许会是一种明智又可取的做法。首先我们可以仔细考虑P-O-P行业对固化技术的要求范围和那些已应用UV固化技术较多的领域是如何的不同,了解一些相关的技术参数和专业术语,然后再运用这些知识看看应该如何根据不同的使用范围来检测固化装置。对于一位急于以UV制作工序开始着手工作的操作员来说,选择这种方法肯定是一个明智的起步,并且将会有成功的学习经验。

首先,重要的是请大家记住UV固化技术的三个基本要素:

1、成功的固化作用要求光线能完全穿透油墨层,并取得最佳固化效果。尽管我们用肉眼无法观察到在电磁光谱中那些活跃部份的固化作用,它们却是确实存在的,并且与可见光一样,受相同的物理法则所支配及影响。

2、油墨的种类及其使用范围都会对固化能力提出不同的要求,颜料量(色彩浓度)、颜色深浅、透明度和油墨层的厚度等都会直接影响光线穿透油墨层的效果。

3、为了产生这种肉眼看不见的UV能量,固化装置同时也会产生所有的可见光谱和红外线能量,结果产生了热力,由此所产生的对承印物的影响在生产时需要注意。

因为种种原因,目前在中国应用的UV固化技术无论在固化参数的要求或种类上比起典型的P-O-P印刷来说都较低。UV固化在包装领域的应用主要是使用不同种类的光油印制特殊的包装效果或给包装上印刷保护层。由于光油涂层不含任何颜料,光能量可以轻易全部穿透,所以与有颜色的涂层或油墨相比光油的固化所需要的能量最小。

印制各种视听光碟时可以使用体积很小但能量输出高的固化设备。设备体积小相对来说控制热量也较为容易。另外,碟片的金属表面具有反射的功能,可以反射穿过油墨层的能量,有助于提高油墨固化的效率。在印刷瓶子时,瓶子的厚度使其比平面(或卷曲)的材料更耐热。通常在瓶子上印刷的油墨块面积很小,且其中大部分是文字或一些很小的图形(视听光碟的情况与此类似)。由于光能量会在油墨印制的很小的图形的边缘曝光,所以与油墨大面积印刷时仅能从其表面吸收光能量的情况相比,印刷小图形或字符时光能量的饱和度更高也更容易固化。

基于上述考虑,不同应用范围的油墨应采用不同的配比来满足其固化的需要。与之相对应的,还必须考虑P-O-P印刷时承印物、图形及最终用户要求等一系列因素。这些不同的因素对固化成功提出了不同的要求,并且今后这些多样化的需求还会日益增加。随着中国市场P-O-P印刷的不断增长,承印物的种类也会大大增加。在其它国家的市场上,每种用于普通图形印刷的油墨都要尽可能满足多种不同的需求。为了达到这个目的,就会考虑在油墨的配方上为适应不同的使用功能而作些妥协,但是不可能用一种油墨可以十全十美地满足任何需求。由于不同油墨和承印物的组合对固化能量的水平要求不同,要想在最大程度上满足这些需求而取得固化成功,固化装置的性能参数可以调校是非常重要的。

这就是为什么要想取得固化的成功,正确地选择固化设备十分重要的原因。UV技术的要求看似简单,固化装置单从结构上看又都很相似,这就很容易让人误以为只要有一台设备,不管什么型号,只要将湿的承印物从一边放进去,再从另一边拿出来,固化就能完成。事实上,尽管固化设备外表都很相似,但它们在功能特性上却有着天壤之别,实际了解这些不同点非常重要。要想测量固化设备的特性,我们需要了解两个关键的术语及他们之间的关系。

当我们讨论UV固化能量时,通常从两个不同的角度对它进行描述,即传递到承印物上的总能量和传递过程中能量达到的峰值强度。对于这两个方面,都有专用的术语和相应的单位进行描述:

术语单位

能量多少辐射量 毫焦耳(mj 或mJ)

能量强度峰值功率毫瓦(mw)

注意此为公制单位,当数值小数点位置不同时也可用焦耳和瓦特作单位。

下面举一个易懂的例子,打开水龙头用一个水桶在下面接水,我们把辐射量比喻为水龙头里流出的水量,而强度比喻为水压。引伸来讲,在某些情况下,我们关心是否有足够的水来工作(例如固化光油);而在另一些情况下,比如洗车时,我们知道水压越大(如使用水喉),完成工作的效率越高(相当于需要更高的功率来穿透和固化高遮盖力白油)。

通常UV油墨的固化参数对固化设备的要求,体现在低、中、高瓦数档的设定上,有时也用75,120和200w/cm(瓦/厘米)来表示。 这些数字仅表示灯管的理论输出值。实际上,这些设定方法与在承印物上测得的光输出值没有什么关系。如果有关系,也只是巧合。同样,不同品牌之间,甚至同一品牌的不同设备之间,在相同的功率设定下,灯管的实际输出值也并不相同。在很多情况下,较简单的办法是干脆忘掉那些设定的具体数值,只记住这个值是低、中和高就行了。除功率设定外,另一个对固化要求的传统表述为传送带速度,如20-30m/min(米/分钟),它可以更准确地讨论所需要的mj或mw。仅仅参考传送带速度和操作时的瓦数还不能证明不同设备在相同瓦数设定下,其实际的照度不同。不管你用什么方法来表述对固化的要求,在丝网印刷中仅用某一个特定数值来表述都是不切实际的。这是由印刷工序以及固化设备性能的多样性决定的,所有的答案必须能够代表绝大多数的印刷情况。将固化曝光的各种因素综合考虑才是最重要的,准确地说,即是结合特定的印刷条件,将辐射量、照度、功率的设定和传送带速度等因素一并考虑。灯管的功率决定着照度,传送带速度决定了承印物的曝光时间和它所能接收到的光的辐射量的多少。回到我们之前所举的水流与水压的例子,我们可以调节水龙头来控制在特定时间内的出水量(相当于调节灯的输出功率),或者改变在水龙头下放置水桶的时间来控制取水量(相当于调整传送带速度)。还可以换一种说法,当我们调节水龙头时,相当于我们在调整用水桶接水的时间;与此相似,如果我们调整灯管的输出功率(照度),也就相当于我们可以通过改变传送带速度来改变承印物的曝光时间以获取同样多的能量(辐射量)。

当我们考虑调整固化装置时,请记住以下几点:

1、改变灯的瓦数不仅会改变灯的功率(mw)还会改变光的辐射量(mj),这是因为灯的能量输出改变。

2、改变传送带速度只能改变辐射量(mj),而功率(mw)是不会改变的。

辐射量与照度之间的关系是油墨生产商们还在研究和摸索的事情,许多生产商近五年才开始关注它,还没有足够的测试技术或数据来决定用哪些不同的参数来分别描述它们,及在不同的条件下用数字来描述它们之间关系的最佳方法。目前所能做到的最好的办法就是将直接观测固化效果与用常规测量方法取得操作参数一并使用,以得出最易为人接受的结论。

有一点可以肯定的是,油墨的遮盖性越高或油墨块的面积越大,需要的照度就越强。据实际观测北美生产的多种油墨系列,发现绝大多数油墨系列中的特黑或特白色在正常印刷参数条件下当功率达到600 mw或更高时固化效果最好。而随着油墨遮盖性的增加或为满足某些特殊应用的要求,比如使用工业覆盖油墨时,这个数值还会升高。例如,一些用于薄膜开关上的高遮盖力油墨在不同的应用领域所需要的最佳功率甚至会跳升到800或1000 mw。

固化装置间的不同表现会受到许多因素的影响,其中影响最大的是灯管及反射罩的设计及安装位置。关于这一点完全可以做个专题讨论。可以肯定的是,当不同的固化装置使用相同输出能量的灯时,不同的反射罩会大大改变传递到承印物上的光的照度。这主要是因为反射罩会决定能量在承印物上的聚集。在实测中我们会发现,在相同的能量设定条件下在不同的设备上操作,测试值之间的不同可以超过100%。

固化设备之间的另一不同之处是它们所产生的热量不同。一些固化设备由于光的输出量大会产生更多的热量。因红外线是UV灯输出紫外线时的副产品,并会产生额外的热量传送到承印物上,虽然也只是在承印物经过UV灯下很短的一段时间内。过量的光照时间往往会导致承印物尺寸的改变。因此在对某些由温度敏感材料制成的承印物进行固化时,固化装置产生的热量水平成为设定固化参数的一个决定因素,在这种情况下固化设备的性能就成为一个主要的考虑因素。

在固化能量输出时,UV灯的安装及反射罩的设计都会影响产生的热量。不同的安装和设计产生的能量聚集效果不同,使得其副产品红外线的发热效果不同,因此当承印物转动时聚集在上面的热量也不同。人们尝试用不同的方法来限制红外线照在承印物表面。一些生产商曾在UV灯及传送带间放置石英片来阻隔红外光,并声称不会阻碍UV能量

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