UV油墨固化质量怎么控制？光强、能量和印刷线速的关系

UV油墨固化质量怎么控制？光强、能量和印刷线速的关系

UV光照射后，油墨中的光引发剂会吸收特定波长的紫外光，产生自由基，从而引发树脂单体发生聚合反应，使液态油墨变成固态膜层。在实际印刷生产中有时候会遇到UV油墨表面发粘、附着力不足，或同一批产品不同位置固化效果不同的问题。一般情况下可以调整UV灯在照射位置的光强、整个固化过程的累计UV能量、以及照射时间来改善固化效果。

一、UV光强是什么？为什么影响油墨固化速度？

UV光强是单位面积接收到的紫外功率，表示UV光瞬间输出的能力，常用单位mW/cm²、W/cm²等。当UV灯距离太远，或者灯管老化功率下降时，虽然照射的时间没有改变，但是在固化过程中进入油墨的总紫外能量减少（能量=功率*时间），就可能会出现油墨硬度不足、附着力下降、表面干燥但内部未完全固化的情况。

那么只要保证总紫外能量相等，固化效果就一样吗？也不一定，高光强和低光强的固化效果可能会有差异。高光强能够快速产生大量活性自由基，部分自由基和油墨表面氧分子反应生成过氧自由基，剩余的自由基可以顺利引发聚合，完成固化。低光强自由基产生的速度比较慢，大量活性自由基和氧分子反应，氧阻聚明显，降低了表层聚合反应速率。因此即使100mW/cm²固化10秒，和20mW/cm²固化50秒的能量都是1000mJ/cm²，固化效果也可能不同。

二、UV能量是什么？为什么生产关注累计能量？

UV能量是整个固化过程接收的总紫外剂量，通常用mJ/cm²或J/cm²等表示。UV固化能量影响油墨的固化深度和最终交联程度，油墨厂家通常会给出推荐的最低固化能量、照射光强和最大允许线速等。例如Nazdar 1500 UV丝网油墨给出使用中压汞灯固化时推荐固化条件为：累计UV能量175～250mJ/cm²，峰值光强不少于600mW/cm²。厂家说明了欠固化可能导致附着力和耐磨性下降，如果能量mJ/cm²不足可以降低传送带速度来增加照射时间补足；光强mW/cm²不足需要提高UV设备的功率，单纯增加照射时间不能补偿光强不足的问题。这也说明了只控制UV能量不能保证固化效果一定能达到要求，除了最低光强，生产线上通常还需要控制UV灯光谱和油墨厚度。如果光谱不匹配，没有覆盖油墨光引发剂吸收范围，例如油墨需要365nm，而UV灯主要集中在395nm，就可能出现仪器检测到UV能量但有效固化能量不足，出现油墨固化效果不佳的情况。油墨厚度也会影响固化效果，同样1000mJ/cm²薄油墨完全固化，厚油墨内部可能仍然没有固化。

三、印刷线速如何影响UV油墨固化？

在UV印刷设备中线速越快，产品通过UV灯的时间越短，接收到的UV能量就越少。例如，UV灯有效照射区域是50cm，印刷线速每分钟10m，照射时间大概有3秒；将印刷线速提高到每分钟20m，照射时间就只有1.5秒，最终累计UV能量大约减少50%。如果想要提高生产速度，就需要提高UV光强，可以增加UV灯的功率、降低UV灯和材料的距离或增加UV灯的数量。

四、UV光强、能量和线速之间的关系

UV能量=光强*照射时间，而照射时间受到印刷线速的影响。

UV能量和油墨固化程度正相关，能量越高固化程度越高，可以通过增加光强或照射时间提高能量。但是超过固化所需工艺要求后继续增加能量提高效果就不明显了，还可能会引起材料老化。

UV光强增加能够提高单位时间紫外输出，固化速度更快，可以在满足最低照射时间的前提下适当降低印刷限速。

加快印刷线速，照射时间就会减少，需要提高UV光强来补足，例如加大UV灯功率或增加UV灯数量等。但并不是UV光强足够高就可以随意加快印刷线速，光照速度太快光引发剂可能来不及反应，因此油墨印刷通常也有印刷限速要求。Nazdar 2800 UVLED油墨推荐使用395nm UV LED设备，峰值光强不小于4W/cm²，线速要求每分钟15~30m之间。

五、实际生产中如何检测UV油墨固化状态？

实际生产中通常使用同时带有辐照度/光强和能量检测功能的UV能量计检测印刷UV光强和累计UV能量，例如林上LS120检测高压汞灯，LS128检测UV LED灯。

建议固定检测位置，定期将仪器放在固定位置光源衰减情况，或比较不同线速的能量变化等。建议记录下UV灯型号及光谱范围、检测UV光强、UV能量、印刷速度、油墨型号等。

林上UV检测方案：