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关于固化灯,您需要了解这些内容
录入时间:2019/12/11 9:47:02

当需要快速且高效率地粘合各种组件时,光固化粘合剂通常是首选。这一类粘合剂可以在几秒钟之内完成固化,可在大规模生产中保障高产出量。而照射灯是优化固化过程极其重要的一步。

光固化粘合剂在消费电子产品领域应用广泛。在短短几秒钟之内,将小型扬声器的各个零件粘合完毕,或将显示器或微型开关密封不足为奇。不仅如此,在汽车工业内,如将电机的定子粘合到外壳上,使用光固化粘合剂便可以加快粘合过程。

光固化粘合剂的独特之处是它们的固化机理。这些粘合剂含有一种叫做“光触发剂”的化合物。通过吸收紫外线,这种化合物分解成多个官能团,触发聚合作用。在固化反应过程中,粘合剂中的单体组合成一种聚合物,形成紧密相连的结构。仅需施加不到一秒钟的光脉冲,即足以让粘合剂固化,长久地将粘附体粘合。

如今,高性能的LED灯主要应用于通过光固化的粘合剂。这种灯高效节能,被广泛应用于各种不同的照明区域。LED 固化灯的使用寿命通常在20000小时以上。比传统的灯具长20倍。汞灯需预先加热多可达20分钟,而LED在几毫秒内即可达到其最高亮度。发光二极管的发射光谱范围较窄而强度较高,因此能够在粘合剂与固化灯之间达到最佳的调整效果。

不过,若要从光固化粘合剂与高性能LED灯中获得真正的收益,您需要考虑一些重要的因素。

必须选择与粘合剂匹配的灯

引发光固化反应的关键标准是:固化灯的波长谱与光触发剂的吸收光谱产生交叠。



固化灯的波长必须与粘合剂的吸收光谱相符

光触发剂的吸收光谱范围通常到 370 至 480 纳米为止 (视化合物而定)。为了防止固化过程无法控制,通常需要选择特定的吸收光谱。例如:使得日光无法固化粘合剂,或者固化极其缓慢。LED 固化灯在波长为 365,400 或 460 纳米时释放光,近似粘合剂的吸收光谱。

必须选择与粘接元件匹配的灯

为了产生特定的光固化粘合过程,还要满足第二个重要的条件:要粘合的元器件之中至少有一件必须能够让粘合剂吸收范围内的光线完全透射。

举个例子:智能手机或者平板电脑的显示器通常装有一层“防护玻璃罩”。这些显示器防护罩可以用玻璃制成,或者用合成材料制成,例如 PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)或 PC(聚碳酸酯)。当光源发射出波长325纳米的光时,光线可以透射玻璃,而塑料则完全阻挡了这一波长范围内的光。例如,当使用聚碳酸酯材料时,只能在波长达到400纳米时才可以发生透射。因此,如果将PC暴露在365纳米的紫外线光源下,不会发生聚合作用,因为光线不会照射到粘合剂上。


各种不同材料的透射光谱。

此外还需要了解粘附体的透射光谱,从而选择合适的LED灯。您可以用合适的测量设备来测定光谱。

发光强度是如何影响固化过程的

固化过程还受到灯的发光强度的影响。商用的 LED 固化灯,例如 DELO 制造的固化灯,发光强度最高可达12000 mW/cm² 。

如此高的发光强度带来的主要优势是它们可以缩短加工时间——即使是粘合工序难度较高:例如由于设计的原因,光源与元件之间的照射距离较远,或者需要快速固化较厚的胶层。它们甚至可以固化仅部分透明的元件,而在此情况下,透射的光线只有初始强度值的10%。

这还不是高强度灯的唯一优势。如果固化过程在较低的光照强度下完成,不需要LED达到最高强度 (例如 2000 mW/cm²),那么固化灯的使用寿命甚至可以超过制造商提供的参数。通过预设功率的方式,可以将LED灯的强度连续地在0 和 100 %之间调节。

为了正确地选择光强等级,请您务必仔细观察整个加工过程。照射灯的强度并不总是越高越好,因为过高的强度可能会令固化过程发生错误。整个加工过程中需要考虑到工作距离、粘接元件的透射率、以及胶层的厚度。举个例子,光源与待粘接元件之间的距离,决定了照射的光强。照射距离越短,照射强度分布区域越小,或者说,光强越高。用点光源固化灯替代面光源灯时,这一效果更为显著。两毫米的距离差别足以展现不同的效果。一般的经验法则是,如果工作距离翻倍,则强度减少为原來的四分之一。

必须选择大小合适的灯

 

在工业领域内采用两种不同类型的灯:点光源固化灯和面光源固化灯。点光源固化灯用于点状或线性粘合,常用于生产微电子器件。面光源用于分批照射大面积的粘接元件(例如显示器),或者同时照射大量元器件(例如:密封多个微型开关)。因此,为了达到最佳效果,需要根据用途选择不同的固化灯。

均质化固化各种表面

面光源可以同时照射面积较大的表面,)或者连续照射较长的生产线。使用面光源时,如果外壳大于照射面积,那么可能产生阴影。所以我们建议您在设计生产线时,以模块式在各个方向上排列面光源,确保不会产生阴影。 DELOLUX 20 与 DELOLUX 202 这两种不同型号的面光源拥有极薄的边缘,照射范围分别为 100 x 100 mm² 与 200 x 50 mm²,完美地符合这一要求。


紧凑的紫外线面光源能够令粘合剂均质地固化。
(图片来源: 德路(DELO)

在整个过程中应当用相同的光强度照射整个要粘合的表面。如果要照射的面积较大,那么必须确保粘合剂在固化时应力均衡,以免发生翘曲。只有均匀地照射,才能确保每一个部位的粘合剂平整且完全固化,从而达到该应用领域要求的各种性能。

低质量灯采用廉价的光学器件与LED,因此光照不均匀。中央区域光强度最高,而边缘部位的光强度骤降。这样造成的结果就是粘合剂性能无法令人满意,甚至导致粘接元件破损。 

精确地固化

如果需要可靠地照射的区域仅有几平方毫米那么小,通常选用点光源固化灯。大多数点光源固化灯使用螺纹紧固的聚焦透镜,便于用户灵活地选择。例如 DELOLUX 50 固化灯就是如此。它可以让照射点的直径保持在1到10mm以内,光强度最高可达 12000 mW/cm²(根据特定的应用领域选择最合适的强度)。点光源固化灯通常采用被动冷却; 不过DELOLUX 80固化灯 (照射面积直径23 mm)具有一项特殊的功能,通过固定安装的、无需维护的水冷却系统,对LED进行冷却。


DELOLUX 50点状固化灯
(图片来源: 德路(DELO)

质量控制

多种因素会对LED灯的强度产生负面印象:脏污(即使是微量的)、错误地更改参数、或者一件LED灯损坏。为了让照射灯持久均匀地照射,保障高质量的粘合,您需要定期检查各种灯头的强度。为此,可以使用专门的测量仪器,例如 DELOLUXcontrol光强测量仪。

结论

光固化粘合剂与高功率的照射灯一同使用,可以加快固化过程——前提是正确地设置各项参数。为了让加工获得预期的最佳效果,请务必审视整个加工系统,包括粘合剂、固化灯(波长,强度与类型)、粘附体、以及生产线本身。此外,建议您在选择照射灯时,考虑到该照射灯是否能够允许您按需求扩展生产线,从而不限制生产线设计方面的灵活度。

可选的信息框

-        UV灯珠的波长必须与粘合剂的吸收光谱相符

-        要粘合的元器件之中,至少有一件必须能够让粘合剂吸收范围内的光线完全透射

-        不同类型的照射灯,可以满足不同应用领域的照射要求

-        照射分布与光照强度随着工作距离的改变而变化(尤其是在使用点状固化灯时)

-        为了让大面积表面固化时应力均衡,均匀的照射至关重要

-        为了保障高质量,需合理控制光照强度

-        LED 灯的使用寿命可达 20000 小时以上

-        要选择最合适的UV灯珠,需要始终考虑到整个加工过程

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作者

Robert Saller,  DELO 工业粘合剂有限公司 董事总经理


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