Zanim zagłębimy się w technologię UV-LED, musimy najpierw wyjaśnić kilka podstawowych pojęć, aby mieć pewność, że omawiamy ten sam temat. Zapobiegnie to błędnym interpretacjom i komunikacji krzyżowej-. Tutaj,UVodnosi się do materiałów-utwardzalnych promieniami UV, takich jak powłoki UV, tusze UV i kleje UV;PROWADZONYw szczególności oznacza źródła światła ultrafioletowego LED; IUV-LED definiuje się jako„utwardzanie materiałów UV przy użyciu źródeł światła ultrafioletowego LED jako źródła promieniowania”.
Jak wszyscy wiemy, konwencjonalnym źródłem światła utwardzającego powłoki UV są średnio-i wysokociśnieniowe-lampy rtęciowe. W ostatnich latach, napędzany polityką oszczędzania energii i ochrony środowiska, w połączeniu z szybkim rozwojem technologii UVLED (ultrafioletowej diody LED), która położyła podwaliny pod zastosowania-na skalę przemysłową, na rynku nastąpił gwałtowny wzrost wykorzystania UV-LED. Pojawiające się technologie zawsze przyciągają powszechną uwagę i entuzjazm. Jednakże, jako praktycy w branży, konieczne jest dokładne zrozumienie technologii UV-LED. W tym miejscu chcielibyśmy podzielić się naszymi doświadczeniami badawczymi w dziedzinie UV-LED z ostatnich dwóch lat.
Zmiana źródeł światła (różnice między diodami LED a lampami rtęciowymi zostaną omówione później) doprowadziła do transformacji systemów formułowania powłok UV, a także rewolucji w całych procesach powlekania i utwardzania. W przypadku systemu UV-LED identyfikujemy pięć kluczowych kierunków badań obejmujących zarówno wymiar techniczny, jak i rynkowy.
Badania nad fotoutwardzaniem-LED w promieniach UV
Jak zdefiniowano wcześniej, fotoutwardzanie UV-LED opiera się naświatło ultrafioletowe LEDźródła utwardzania materiałów UV. Dlatego osiągnięcie skutecznego utwardzania jest głównym celem wszystkich wysiłków badawczych. Fotoutwardzanie wymaga dwóch niezbędnych składników: światła (źródła energii) i materiałów UV (receptora). Zmiana źródła światła nieuchronnie zakłóca równowagę całego systemu, którego rdzeń leży w interdyscyplinarnych pracach badawczo-rozwojowych mających na celu dostosowanie powłok UV do źródeł światła LED.
Powszechnie uznaje się, że krótsze długości fal LED odpowiadają wyższym poziomom energii i wyższym kosztom. I odwrotnie, fotoinicjatory wymagające niższej energii wzbudzenia charakteryzują się dłuższymi długościami fal absorpcji, a także są droższe. Tworzy to relację-podobną do huśtawki pomiędzy źródłami światła i inicjatorami. Dlatego też poszerzanie granic wydajności obu rozwiązań i identyfikacja optymalnej równowagi pomiędzy źródłami światła LED i materiałami UV stały się głównym przedmiotem inicjatyw badawczo-rozwojowych związanych z UV-LED.
Badania nad systemami źródeł światła LED
Technologia lamp rtęciowych jest bardzo dojrzała pod względem rozwoju i zastosowania i od dawna uważana jest za standardowe źródło światła. Natomiast technologia ultrafioletowych diod LED jest wciąż w powijakach i może poszczycić się ogromnym potencjałem przyszłego wzrostu. Ponadto łańcuch branży LED jest bardzo rozbudowany i obejmuje hodowlę kryształów, krojenie w kostkę chipów, pakowanie chipów, integrację modułów źródeł światła, a także kontrolę zasilania i projektowanie systemów rozpraszania ciepła. Każdy etap ma krytyczny wpływ na jakość produktu końcowego,-źródła światła UVLED. Dlatego zrozumienie i poszerzenie granic wydajności diod LED ma kluczowe znaczenie dla rozwoju całego ekosystemu UV-LED.
Różnice między źródłami światła LED a lampami rtęciowymi (zalety, wady i powszechne błędne przekonania na temat diod LED)
Aby zwyciężyć na rynku, niezbędne jest dokładne zrozumienie zarówno własnych mocnych stron, jak i słabości konkurentów. Ponieważ naszym celem jest zastąpienie tradycyjnych lamp rtęciowych diodami UVLED, istotne jest najpierw porównanie obu technologii i przeanalizowanie ich zalet, wad i ograniczeń.
Powłoki UV utwardzają się, ponieważ fotoinicjatory w ich preparatach pochłaniają światło ultrafioletowe o określonej długości fali, generując wolne rodniki (lub kationy/aniony), które inicjują polimeryzację monomerów. Aby zilustrować tę zasadę, najpierw zbadamy widma emisyjne lamp rtęciowych i ultrafioletowych diod LED.
Wykres ten stanowi klasyczne i powszechnie spotykane porównanie widm emisyjnych diod LED UV i lamp rtęciowych. Jak widać na schemacie, widmo emisji lampy rtęciowej jest ciągłe i rozciąga się od ultrafioletu do podczerwieni. W szczególności intensywność światła koncentruje się w paśmie UVB do-krótkich fal UVA. Natomiast widmo emisji diody LED jest stosunkowo wąskie, a dwa najpopularniejsze pasma charakteryzują się szczytowymi długościami fal przy 365 nm i 395 nm (w tym 385 nm, 395 nm i 405 nm).
Obecnie podstawowyŚwiatło UVmające zastosowanie przemysłowe mieszczą się w paśmie UVA, w szczególności źródła światła LED o długości fali 365 nm i 395 nm, jak pokazano na rysunku 1. W tym zakresie długości fal większość fotoinicjatorów wykazuje stosunkowo niskie współczynniki ekstynkcji molowej. W rezultacie systemy UV-LED na ogół charakteryzują się niską wydajnością inicjowania i silnym hamowaniem tlenu, co jest szkodliwe dla utwardzania powierzchni.
Uwaga: Twierdzenie często powtarzane przez wielu producentów UVLED lub dostawców powłok LED UV na temat „doskonałej szlifowalności powłok LED UV” jest, ściśle rzecz biorąc, bezpośrednim skutkiem nieodpowiedniego utwardzenia powierzchni. Prawdziwym wyzwaniem nie jest osiągnięcie dobrej szlifowalności, ale umożliwienie kontrolowanej szlifowalności-znalezienie równowagi pomiędzy odpornością na zużycie a łatwością szlifowania. Ponadto niektórzy producenci uciekają się do oszukańczych praktyk: instalują lampę rtęciową za układem LED, gdzie lampa rtęciowa faktycznie odgrywa dominującą rolę utwardzającą.
To powiedziawszy, zauważamy również, że w pasmach fal 365 nm i 395 nm diody LED zapewniają znacznie większe natężenie światła niż lampy rtęciowe, co ułatwia{{2}głębokie utwardzanie warstw materiałów UV.
(Dla porównania, wiele tradycyjnych systemów utwardzania UV zawiera lampę galową (o dominującej długości fali emisji wynoszącej 415 nm) obok lamp rtęciowych właśnie w celu zwiększenia skuteczności utwardzania-głębokiej warstwy.)
To błędne przekonanie zwykle wynika z założenia, żetylko 30% światła emitowanego przez lampy rtęciowe to ultrafiolet (UV), podczas gdy diody UVLED emitują 100% światła UV. Jednak prawdziwymi wyznacznikami zużycia energii na poziomie-systemu są efektywność konwersji fotoelektrycznej i efektywna efektywność świetlna. Lampy rtęciowe faktycznie charakteryzują się wysoką wydajnością konwersji fotoelektrycznej-ich wadą jest to, że duża część emitowanego światła składa się z promieni widzialnych i podczerwonych, przy czym światło UV (jedyny składnik przydatny do utwardzania materiałów UV) stanowi zaledwie 30%. Natomiast diody UVLED mają znacznie niższą wydajność konwersji fotoelektrycznej, obecnie oscylującą wokół 30% dla długości fal UVA (co jest w przybliżeniu równoważne wydajności lamp rtęciowych w świetle UV).
Zgodnie z prawem zachowania energii pozostałe 70% energii elektrycznej zamieniane jest na ciepło. Wyjaśnia to dwie kluczowe różnice między tymi dwiema technologiami:
Diody LED zyskują reputację „źródła zimnego światła”, ponieważ generowane ciepło jest rozpraszane z tyłu panelu lampy, pozostawiając-powierzchnię emitującą światło chłodną w dotyku. I odwrotnie, lampy rtęciowe emitują ciepło do przodu poprzez reflektory i emisję podczerwieni.
Właśnie dlatego źródła światła UVLED na ogół wymagają systemów-chłodzenia powietrzem, a w przypadku diod UVLED dużej-mocy wymagane są nawet jednostki-chłodzące wodą o wielkości umożliwiającej przenoszenie 70% mocy elektrycznej źródła światła w celu rozpraszania ciepła głowicy lampy.
Prawdziwe zalety- diod LED w zakresie oszczędzania energii wynikają z dwóch unikalnych cech: możliwości natychmiastowego włączania i wyłączania oraz precyzyjnego naświetlania dzięki konstrukcji optycznej, która zwiększa efektywną wydajność świetlną. Jednakże wykorzystanie tych korzyści wymaga integracji z technologiami wykrywania podczerwieni i inteligentnych systemów sterowania-, których większość obecnych na rynku producentów sprzętu UV LED nie posiada obecnie możliwości badawczo-rozwojowych.
Wytwarzanie ozonu: ich widmo emisji obejmuje daleki-światło ultrafioletowe o długości fali poniżej 200 nm, które wytwarza znaczne ilości ozonu. (Jest to główna przyczyna ostrego zapachu zgłaszanego przez pracowników fabryki obsługujących systemy lamp rtęciowych.)
Zanieczyszczenie rtęcią powstałą w wyniku utylizacji: Lampy rtęciowe mają krótką żywotność, wynoszącą zaledwie 800–1000 godzin. Niewłaściwa utylizacja zużytych lamp prowadzi do wtórnego zanieczyszczenia rtęcią, a jest to problem, którego nie da się rozwiązać do dziś.
Raporty wskazują, że energia potrzebna rocznie do utylizacji odpadów rtęciowych odpowiada łącznej mocy wytwórczej dwóch zapór Trzech Przełomów. Co gorsza, obecnie nie ma opłacalnej technologii całkowitej eliminacji rtęci ze strumieni odpadów.
Diody LED UV są całkowicie wolne od tych problemów. Ponieważ Konwencja z Minamaty w sprawie rtęci formalnie weszła w życie w Chinach w dniu 16 sierpnia 2017 r., w oficjalnym porządku obrad znalazło się-wycofywanie lamp rtęciowych. Chociaż Konwencja zawiera wyjątek dla przemysłowych świetlówek rtęciowych w przypadku braku alternatyw, stanowi ona również, że strony-sygnatariusze mogą zaproponować dodanie takich produktów do wykazu zastrzeżonego, gdy dostępne będą realne zamienniki. Zatem harmonogram całkowitego wycofania-lamp rtęciowych z zastosowań utwardzania UV zależy całkowicie od postępu technologicznego i industrializacji rozwiązań LED UV.
Obsługuje lokalne, precyzyjne utwardzanie w zastosowaniach takich jak druk 3D.
Łącząc diody LED z różnymi fotoinicjatorami, pozwala na precyzyjną kontrolę nad stopniem i głębokością utwardzania.
Konfigurowalna konfiguracja źródła światła Diody LED mają modułową konstrukcję koralików świetlnych, która umożliwia elastyczną regulację długości, szerokości i kąta naświetlania. Ta wszechstronność umożliwia tworzenie punktowych, liniowych i obszarowych źródeł światła, dostosowanych do specyficznych wymagań różnorodnych procesów utwardzania.
Wymagania dotyczące parametrów źródła światła dla utwardzania materiału UV
Długość fali:365 nm, 395 nm
Napromieniowanie (natężenie światła, gęstość mocy optycznej): mW/cm²
Całkowita dawka energii: mJ/cm²
Proces fotoutwardzania nie może przebiegać bez trzech podstawowych parametrów wymienionych powyżej: długości fali, natężenia światła i całkowitej dawki energii. Długość fali określa, czy fotoinicjatory mogą zostać aktywowane; intensywność światła decyduje o skuteczności inicjacji UV i bezpośrednio wpływa na utwardzanie powierzchniowe (odporność na inhibicję tlenu) i działanie głębokiego utwardzania; natomiast całkowita dawka energii zapewnia dokładne utwardzenie materiału.
W porównaniu z lampami rtęciowymi, najbardziej widoczna zaleta diod LED polega na ich możliwości formułowania i przestrajania. W granicach wydajności samej diody LED jej parametry można w największym stopniu zoptymalizować, aby spełnić określone wymagania dotyczące utwardzania. Głównym celem eksperymentów z fotoutwardzaniem UV-LED jest ciągłe poszerzanie granic wydajności zarówno źródła światła, jak i materiałów UV oraz określanie optymalnej równowagi między nimi. W szczególności w przypadku diod LED oznacza to określenie idealnych parametrów źródła światła LED na podstawie składu powłoki, aby uzyskać optymalne wyniki utwardzania.
Zasada luminescencji LED i aktualny stan rozwoju chipów UVLED
Opierając się na zasadzie przejścia elektronów (szczegóły pominięto; zainteresowani czytelnicy mogą zapoznać się z zasobami internetowymi, aby uzyskać więcej informacji), gdy elektrony w atomie powracają ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego, uwalniają energię w postaci promieniowania o różnych długościach fal (tj. emitują fale elektromagnetyczne o różnych długościach fal).
Dlatego istnieją dwa podstawowe podejścia do produkcji źródeł światła-emitujących promieniowanie UV:
Pierwsze podejście polega na identyfikacji atomu, którego różnica energii elektronów między stanem wzbudzonym a stanem podstawowym mieści się dokładnie w widmie ultrafioletowym. Tradycyjne lampy rtęciowe są najczęściej stosowanymi źródłami światła UV opartymi na tej zasadzie.
Drugie podejście wykorzystuje zasadę luminescencji półprzewodników (szczegóły pominięto; zainteresowani czytelnicy mogą zapoznać się z zasobami internetowymi, aby uzyskać więcej informacji). W skrócie, gdy do-półprzewodnika emitującego światło zostanie przyłożone napięcie przewodzenia, dziury wstrzyknięte z obszaru P- do obszaru N- i elektrony wstrzyknięte z obszaru N- do obszaru P-rekombinują odpowiednio z elektronami w obszarze N- i dziurami w obszarze P-w promieniu kilku mikrometrów w pobliżu złącza PN, generując spontaniczne promieniowanie fluorescencyjne.
Jak powszechnie wiadomo, pasmo wzbronione materiałów półprzewodnikowych grupy III-V, począwszy od azotku glinu do azotku galu lub azotku indu i galu (InGaN), mieści się dokładnie w widmie od światła niebieskiego do światła ultrafioletowego. Dostosowując stosunek materiałowy azotku glinu, indu i galu, możemy wytwarzać źródła światła ultrafioletowego i widzialnego w szerokim zakresie długości fal.
Chociaż teoretycznie światło o dowolnej długości fali można wytworzyć poprzez dostosowanie składu materiałów luminescencyjnych, zakres chipów UVLED dostępnych do produkcji komercyjnej pozostaje dość ograniczony ze względu na różne ograniczenia. Chipy o dużej-mocy, odpowiednie do zastosowań przemysłowych, skupiają się głównie w paśmie UVA (365–415 nm). W ostatnich latach technologie UVB i UVC również uległy intensywnemu rozwojowi, ale zasadniczo ograniczają się do-rynków cywilnych i konsumenckich o niskim poborze mocy, takich jak dezynfekcja i sterylizacja.
Istnieje kilka kluczowych powodów:
Struktura materiału krystalicznego określa skuteczność świetlną (wydajność konwersji fotoelektrycznej). Azotek galu (GaN) i-wysokowydajny azotek galu indu (InGaN) można nadal stosować w zakresie 365–405 nm w promieniach UVA. Z kolei chipy UVB i UVC opierają się wyłącznie na azotku glinu i galu (AlGaN)-materiale o z natury niskiej skuteczności świetlnej-zamiast częściej stosowanych GaN i InGaN. Dzieje się tak, ponieważ GaN i InGaN absorbują światło ultrafioletowe poniżej 365 nm. W rezultacie skuteczność świetlna chipów UVB i UVC jest wyjątkowo niska. Na przykład chip LG 278 nm ma zaledwie 2% wydajności konwersji fotoelektrycznej.
Wyzwania związane z rozpraszaniem ciepła wynikające z niskiej wydajności Zgodnie z prawem zachowania energii, 2% sprawność konwersji fotoelektrycznej oznacza, że 98% energii elektrycznej zamieniane jest na ciepło. Co więcej, żywotność i skuteczność świetlna chipów LED są odwrotnie proporcjonalne do temperatury. Tak wysokie wytwarzanie ciepła nakłada niezwykle rygorystyczne wymagania na systemy odprowadzania ciepła. Przy istniejących technologiach chłodzenia osiągnięcie efektywnego rozpraszania ciepła w przypadku chipów UVB i UVC o dużej mocy-jest po prostu niemożliwe.
Niska przepuszczalność UV materiałów opakowaniowych i soczewek Aby chronić chipy LED, niezbędna jest hermetyzacja. Ponieważ diody LED emitują światło dookólnie, wymagane są soczewki skupiające wiązkę światła. Jednak oprócz szkła kwarcowego większość materiałów ma bardzo niską przepuszczalność promieniowania UV-, a przepuszczalność gwałtownie spada wraz ze skracaniem się długości fali. W rezultacie, chociaż wewnętrzna skuteczność świetlna chipów UVB/UVC jest już niska, znaczna część światła jest pochłaniana przez soczewki, co skutkuje wyjątkowo słabym użytecznym strumieniem świetlnym, który ledwo wystarcza do zastosowań przemysłowych.
Niska wydajność kryształów i wysokie koszty produkcji Obecne chipy UVB i UVC są produkowane przy użyciu tych samych reaktorów, co chipy UVA. Oprócz nieodłącznych wad materiałowych, problemy takie jak niedopasowane współczynniki rozszerzalności cieplnej pomiędzy podłożem a kryształem prowadzą do wyjątkowo niskiej wydajności kryształów, co z kolei utrzymuje zaporowo wysokie koszty produkcji.
Ogólnie rzecz biorąc, ze względu na niską skuteczność świetlną, wysokie koszty i rygorystyczne wymagania dotyczące rozpraszania ciepła w technologiach UVB i UVC, rozwój-o dużej mocyŚwiatło UVB i UVCźródła energii do zastosowań przemysłowych pozostaną nieuchwytne do czasu osiągnięcia znaczących przełomów technologicznych.
Kluczowe obszary badań i rozwoju systemów źródeł światła LED
Chip LED to tylko jeden z kluczowych elementów źródła światła LED. Prowadząc badania i rozwój nad źródłami światła LED, musimy przyjąćsystematyczny,podejście holistyczne. Oprócz dostrajania długości fali diod LED zakres badań i rozwoju obejmuje szereg dalszych procesów, w tym technologię pakowania, konstrukcję optyczną, systemy rozpraszania ciepła, systemy zasilania i inteligentne systemy sterowania.
Obecnie istnieją cztery główne struktury opakowań chipów LED:
Pionowa konstrukcja montażowa
Odwróć-strukturę chipa
Struktura pionowa
Struktura pionowa 3D
Konwencjonalne chipy LED zazwyczaj mają pionową konstrukcję do montażu z szafirowym podłożem. Konstrukcja ta charakteryzuje się prostą konstrukcją i dojrzałymi procesami produkcyjnymi. Szafir ma jednak słabą przewodność cieplną, co utrudnia przenoszenie ciepła generowanego przez chip do radiatora,- co ogranicza jego zastosowanie w-systemach LED dużej mocy.
Opakowania typu flip-chips reprezentują jeden z obecnych trendów rozwojowych. W przeciwieństwie do konstrukcji montowanych pionowo, ciepło w konstrukcjach typu flip-chip nie musi przechodzić przez szafirowe podłoże chipa. Zamiast tego jest bezpośrednio przenoszony na podłoża o wyższej przewodności cieplnej (takie jak krzem lub ceramika), a następnie rozpraszany do środowiska zewnętrznego poprzez metalową podstawę. Ponadto, ponieważ struktury flip-chipów eliminują potrzebę stosowania zewnętrznych złotych przewodów, umożliwiają one większą gęstość integracji chipów i lepszą moc optyczną na jednostkę powierzchni. To powiedziawszy, zarówno konstrukcje chipów do montażu pionowego, jak i układy typu flip- mają wspólną wadę: elektrody P i N diod LED znajdują się po tej samej stronie chipa. Wymusza to poziomy przepływ prądu przez warstwę n-GaN, co prowadzi do stłoczenia prądu, lokalnego przegrzania i ostatecznie ogranicza górny próg prądu sterującego.
Pionowe-niebieskie-żetony świetlne o strukturze pionowej wyewoluowały z technologii montażu pionowego. W tym projekcie konwencjonalny chip-podłoża szafirowego jest odwracany i łączony z podłożem o wysokiej przewodności cieplnej, po czym następuje oderwanie laserem-od podłoża szafirowego. Struktura ta skutecznie eliminuje wąskie gardło w rozpraszaniu ciepła, ale obejmuje złożone procesy produkcyjne-, w szczególności trudny etap przenoszenia substratu-, który skutkuje niską wydajnością produkcji. Niemniej jednak, wraz z postępem technologii, opakowania pionowe do diod LED UV stają się coraz bardziej dojrzałe.
Niedawno zaproponowano nowatorską pionową strukturę 3D. W porównaniu z tradycyjnymi chipami LED o pionowej-strukturze, ich główne zalety obejmują eliminację łączenia złotym drutem, co pozwala na zastosowanie cieńszych profili obudów, lepszą wydajność rozpraszania ciepła i łatwiejszą integrację wysokich prądów zasilających. Zanim jednak pionowe konstrukcje 3D będą mogły zostać skomercjalizowane, należy pokonać wiele przeszkód technicznych.
Biorąc pod uwagę, że diody UVLED generalnie charakteryzują się niższą skutecznością świetlną w porównaniu z diodami LED do oświetlenia ogólnego, preferowanym wyborem jest opakowanie o strukturze pionowej, aby zmaksymalizować wydajność ekstrakcji światła.
Ponieważ diody LED emitują światło dookólnie, a ich wrodzona skuteczność świetlna jest już stosunkowo niska, wymagana jest naukowa i racjonalna konstrukcja optyczna, aby zwiększyć efektywną efektywność świetlną (tj. efektywność świetlną napromieniowania czołowego). Typowe elementy optyczne obejmują reflektory, soczewki główne i soczewki wtórne.
Ponadto światło ultrafioletowe przechodzi przez media w dużym stopniu tłumione. Dlatego przy wyborze materiałów soczewek,-takich jak szkło kwarcowe, szkło borokrzemianowe i szkło hartowane, należy wziąć pod uwagę wiele czynników,-przy czym priorytet należy nadać materiałom o wysokiej przepuszczalności promieni UV. To nie tylko maksymalizuje strumień świetlny, ale także zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury spowodowanemu absorpcją światła przez materiał pod wpływem długotrwałej ekspozycji na promieniowanie UV.
Jak już wspomniano, zgodnie z prawem zachowania energii tylko część energii elektrycznej jest przekształcana w energię świetlną, natomiast duża część jest rozpraszana w postaci ciepła. W przypadku pasma UVA typowy współczynnik konwersji energii wynosi 10:3:7 odpowiednio dla energii elektrycznej, światła i ciepła. Efektywna żywotność chipów LED jest ściśle powiązana z temperaturą ich złącza. W procesie fotoutwardzania wysoka gęstość mocy optycznej często wymaga-integracji chipów LED o dużej gęstości, co nakłada rygorystyczne wymagania na systemy rozpraszania ciepła.
Zatem osiągnięcie efektywnego odprowadzania ciepła i zapewnienie, że temperatura złącza wszystkich chipów LED pozostaje w rozsądnym i zrównoważonym zakresie, wymaga rygorystycznego projektu naukowego, symulacji komputerowej i testów praktycznych.
Badania nad recepturami powłok UV
Ograniczenia fotoinicjatorów i podejście do reaktywności żywicy i monomerów na poziomie-jak pokazano w poprzednim wprowadzeniu do technologii LED, źródła światła LED-o dużej mocy, odpowiednie do zastosowań przemysłowych, są obecnie ograniczone do pasma UVA, w szczególności do fal o długości powyżej 365 nm. Po zdefiniowaniu granic wydajności źródeł światła LED możemy teraz zauważyć, że wybór kompatybilnych fotoinicjatorów jest raczej ograniczony, ponieważ większość fotoinicjatorów wykazuje niskie współczynniki ekstynkcji molowej przy długościach fali powyżej 365 nm.
Aby rozwiązać problem niskiej wydajności inicjacji fotoinicjatorów-kompatybilnych z diodami LED, wysiłki badawczo-rozwojowe nie powinny ograniczać się do samych fotoinicjatorów. Zamiast tego musimy przyjąć perspektywę-na poziomie systemu, która integruje żywice, monomery, fotoinicjatory, a nawet dodatki pomocnicze w całościowe ramy badawcze, zwiększając w ten sposób skuteczność utwardzania systemów LED UV.
Projektowanie receptur i rozwój procesu powlekania do utwardzania LED (wpływ fotoinicjatorów, żywic, monomerów, temperatury, suchości powierzchni, suchości na wskroś, pigmentów i wypełniaczy) Aby poprawić absorpcję światła UV o długich-falach przez fotoinicjatory, często konieczne jest włączenie do ich struktur molekularnych pierścieni benzenowych, azotu (N), fosforu (P) i innych atomów. Chociaż ta modyfikacja zwiększa-absorpcję UV na długich falach, prowadzi ona również do zwiększonego zabarwienia fotoinicjatorów.
Co więcej, ze względu na niską skuteczność absorpcji światła przez te inicjatory, należy dodać duże ilości wysoce reaktywnych żywic i monomerów,-zazwyczaj żywic akrylowych i monomerów o-zazwyczaj wysokiej funkcjonalności-, aby przyspieszyć ogólną szybkość reakcji systemu powłokowego. Jednak w wyniku tego podejścia powstają powłoki o dużej twardości, ale słabej elastyczności, co ogranicza zakres ich zastosowań.
To powiedziawszy, ogólnie niskie współczynniki ekstynkcji molowej fotoinicjatorów LED UV mają również wyjątkową zaletę: umożliwiają wyższą przepuszczalność światła UV przez warstwę powłoki, co sprzyja głębokiemu utwardzaniu grubych warstw.
Wymagania dotyczące wydajności powłok dla różnych warunków przechowywania, transportu, budowy i procesów nakładania W przemyśle powłokowym różne techniki nakładania, takie jak powlekanie wałkami, powlekanie natryskowe i powlekanie kurtynowe, nakładają na powłoki odrębne wymagania dotyczące lepkości. Tymczasem różne podłoża wymagają dostosowanych właściwości powłoki pod względem zwilżalności i przyczepności. Dodatkowo, zmieniające się warunki transportu i przechowywania wymagają odpowiedniego poziomu stabilności powłok podczas przechowywania. Dlatego wszystkie te czynniki muszą być w pełni uwzględnione podczas projektowania receptury powłoki.
Wymagania dotyczące właściwości powłoki powłokowej dla różnych zastosowań Różne obszary zastosowań nakładają różne wymagania dotyczące właściwości powłoki, w tym połysk, właściwości kolorymetryczne, twardość, elastyczność, odporność na ścieranie i odporność na uderzenia. W związku z tym opracowywanie powłok musi zapewniać równowagę pomiędzy skutecznością utwardzania a wydajnością powłoki.
Badania procesów powlekania
Powlekanie to systematyczny proces inżynieryjny. Optymalizacja procesów powlekania może jeszcze bardziej rozszerzyć granice zastosowań technologii UV-LED. Jak mówi branżowe powiedzenie:„Trzy części zależą od powłoki, siedem części zależy od procesu aplikacji”. Ostatecznie zarówno powłoki, jak i źródła światła osiągają zamierzone działanie jedynie poprzez odpowiednią aplikację.
Co więcej, optymalizacja procesów powlekania w połączeniu z powłokami UV i źródłami światła LED może w znaczący sposób zrekompensować ograniczenia zarówno materiałów, jak i źródeł światła. Na przykład ogrzewanie może zmniejszyć lepkość powłok-zawierających-żywicę, które są zbyt lepkie w temperaturze pokojowej, dzięki czemu nadają się do różnych metod aplikacji. Dodatkowo ogrzewanie może poprawić płynność układu powłokowego, zwiększyć aktywność molekularną, zapewnić pełniejsze początkowe reakcje utwardzania i uzyskać gładsze powierzchnie folii.
Badania nad łańcuchami przemysłowymi wyższego i niższego szczebla
W ciągu ostatnich dwóch lat niedobory i gwałtownie rosnące ceny fotoinicjatorów wywołane kampaniami na rzecz ochrony środowiska spowodowały wymierne straty dla przedsiębiorstw niższego szczebla i poważnie utrudniły rozwój technologii LED UV. Podkreśla to, że łączność łańcuchów branżowych wyższego i niższego szczebla oraz płynność systemów łańcucha dostaw stanowią podstawowe gwarancje zdrowego rozwoju branży oraz sukcesu rynkowego jej produktów i technologii.
Choć wiele branż ewoluuje od zera dzięki wzajemnie wzmacniającej się dynamice innowacji technologicznych, rozwojowi przemysłu i wzrostowi popytu, czynniki te muszą zostać kompleksowo ocenione w procesie urynkowienia.
Ponadto z perspektywy inwestycyjnej prowadzenie badań i wdrażanie łańcuchów przemysłowych wyższego i niższego szczebla może nie tylko zapewnić stabilne dostawy, gdy produkty wchodzą na rynek, ale także umożliwić przedsiębiorstwom udział w dywidendach wynikających z rozwoju branży.
