23-03-2017

Свет отверждающий

Материал журнала Paint & Coatings Industry под редакцией инженера-технолога, к. х. н. Татьяны Кузнецовой Перевод: Артем Вахитов

Около половины поступающих ко мне вопросов о влагозащите относятся именно к отверждению лаков под действием ультрафиолета. И очень часто, попросив пробник лака с чудесными свойствами, заказчики недоумевают, почему после облучения кварцевой лампой лак так и не полимеризовался. О химии этого процесса я довольно часто рассказываю на презентациях. А вот ее физику нам объяснят Пол Миллс (UV Robotics) и Джим Рэймонт (EIT Incorporated).

 

Тематика измерения параметров ультрафиолетового (УФ, (UV)) излучения и управления технологическими процессами близка всем участникам технологических процессов УФ-отверждения. Измерения вкупе с соответствующими теоретическими знаниями позволяют ответить на важнейшие вопросы, например: как узнать, правильно ли выполняется технологический процесс, как диагностировать и устранять недостатки качества отверждения, как наладить производственный процесс и выдерживать его в надлежащих пределах. На сегодняшний день эта проблематика достаточно хорошо изучена.

Однако задачи, стоящие перед разработчиками рецептур и поставщиками сырья, несколько различаются: им необходимо еще решить, как установить, оптимизировать и изложить технологические нормы УФ-отверждения для потребителей и как эти нормы могут быть выполнены и применены в реальных условиях.

Во многих случаях конечные потребители интересуются относительными измерениями (в частности, изменилась ли интенсивность УФ-излучения относительно вчерашнего дня и возможно ли осуществление производственного процесса), тогда как поставщикам зачастую требуется давать измеренные значения параметров УФ-излучения в абсолютном выражении. Для конкретного продукта и способа применения это определенные условия и диапазоны параметров, от которых следует отталкиваться, чтобы достичь качественного отверждения. В отличие от изготовителей, которые могут обойтись формулировками, специфичными для их собственного производства, с поставщиками нужно говорить на более доступном языке, чтобы любой потребитель четко понимал указания и следовал им, а также общался со всеми участниками своей производственно-сбытовой цепочки.

Таким образом, цель состоит в том, чтобы предоставлять четкую, осмысленную и полезную информацию. Нередко эта цель вступает в противоречие с задачей охраны интеллектуальной собственности на рецептуры. Мы надеемся, что разработчик рецептуры — возможно, на индивидуальной основе — сможет предоставить потребителям своего продукта сведения, необходимые для его успешного применения. Исходных данных, предоставляемых потребителю разработчиком рецептуры, должно быть достаточно для того, чтобы воспроизвести лабораторные условия отверждения на предприятии потребителя. Но для этого обе стороны должны понимать, какая именно информация нужна для полного описания процесса и его повторения. При выполнении таких измерений полезно также знать о неочевидных факторах, способных внести искажения или ошибки в результаты, чтобы принять надлежащие меры.

Настоящая статья позволит хоть немного уменьшить информационный вакуум в области отверждения УФ-отверждаемых материалов. Рекламный слоган известного производителя мужской одежды некогда гласил: «Образованный потребитель — наш лучший клиент». С точки зрения поставщика, чем ближе к идеалу, при котором вся производственно-сбытовая цепочка говорит на одном языке, тем меньше вероятность всяческих недоразумений. Для разработчика рецептур более четкое информирование потребителей может быть выгодно еще и тем, что он будет получать меньше неприятных звонков со словами «ваш продукт не отверждается».

Рис. 1. Длина волны электромагнитного излучения .

 

Основные сведения об измерении параметров УФ-излучения

Начнем с рассмотрения трех основных измеряемых параметров УФ-излучения: длина волны, облученность и плотность энергии.

 

Длина волны

Излучение — это не что иное, как перенос (электромагнитной) энергии из одной точки пространства в другую. Источником видимого излучения может быть, например, электрическая лампочка, а источником инфракрасного излучения — жарочный шкаф. Ультрафиолетовое излучение вырабатывается специальными источниками. Это излучение характеризуется испусканием энергии электромагнитного поля в той части спектра, которая, как следует из названия, находится за пределами (от лат. ultra — «дальше») фиолетовой области. Фиолетовый свет, расположенный на краю видимого спектра, имеет наименьшую длину волны — около 400 нанометров (нм). Ультрафиолетовая область спектра начинается там, где заканчивается фиолетовая, и занимает диапазон длин волн 10–400 нм. УФ-излучение с длинами волн приблизительно от 200 нм и ниже существует главным образом в вакууме и не имеет значимых промышленных применений. «Промышленным» УФ-диапазоном мы называем участок спектра электромагнитного излучения с длинами волн 200–400 нм. Ему не приписывают цветовые эпитеты вроде «зеленый» или «оранжевый», и отдельные его части часто обозначают буквами (УФ-A, УФ-B, УФ-C) в соответствии со стандартом ISO-DIS-21348. Спектральные пики в диапазонах, имеющих промышленные применения, иногда характеризуют соответствующими длинами волн в нанометрах. К распространенным УФ-диапазонам относятся УФ-A, или UVA, (400–315 нм); УФ-B, или UVB, (315–280 нм) и УФ-C, или UVC, (280–200 нм).

Рис. 2. Спектр излучения ртутной лампы среднего давления 

 

Рис. 3. Характеристика поглощения фотоинициатора, которую следует приводить в дополнение к спектру выходного излучения УФ-источника

 

УФ-излучение с длиной волны менее 200 нм иногда называют «вакуумное» (обозначается VUV, русский эквивалент отсутствует), а УФ-излучение на границе видимого диапазона иногда обозначают как УФ-V (UVV). Не следует путать эти два термина.

На практике спектральные пики излучения УФ-источников, особенно широкополосных ламп (например, ртутных ламп среднего давления) и ламп с добавлением солей железа и галлия, попадают в разные диапазоны из этого списка. На рис. 2 показан типичный спектр излучения УФ-лампы. Разработчики рецептур, как правило, выбирают такие источники, спектр излучения которых согласуется с характеристиками поглощения всей светоотверждаемой композиции в УФ-диапазоне (фотоинициатор, сенсибилизаторы, стабилизатор и другие материалы). Собственные спектры поглощения этих материалов должны согласовываться со спектром излучения планируемого к использованию УФ-источника, чтобы вся система работала так, как задумано. То есть если использованный в  рецептуре лака фотоинициатор поглощает излучение длиной волны 370 нм (рис. 3), то лампа, пригодная для отверждения данной рецептуры, должна как минимум иметь пик излучения при этой длине волны).

В идеале УФ-источник следует выбирать согласно указаниям разработчика рецептуры. На практике же разработчику часто приходится работать с конкретным источником, который потребитель уже имеет или планирует использовать с данной рецептурой.

Для измерения длин волн отдельных спектральных составляющих излучения УФ-источника в полосе порядка нескольких нанометров необходим сложный измерительный прибор, называемый спектрометром, или спектральным радиометром. Благодаря своей способности измерять отдельные пики спектральные радиометры могут быть полезными при проведении НИОКР при создании оптических компонентов или новых типов ламп. Вместе с тем разработчикам рецептур и конечным потребителям хорошо известен спектр выходного излучения используемого УФ-источника. На производстве зачастую нецелесообразно выполнять детальные спектральные измерения с помощью спектрального радиометра. Более распространены, дешевы, практичны и удобны в использовании простые приборы, которые обеспечивают измерение параметров УФ-излучения в относительно широкой полосе длин волн.

 

Интенсивность УФ-излучения и облученность

Говоря простым языком, интенсивность — это количество энергии, испускаемой источником УФ-излучения. Представим себе УФ-источник как люстру. Чем правее мы поворачиваем ручку светорегулятора и, соответственно, чем большую электрическую мощность подводим к люстре, тем ярче она светится. Сходным образом можно увеличить «яркость» УФ-источника, оперируя подобием «светорегулятора». Как и обыкновенные электрические лампочки, УФ-источники различаются по интенсивности излучения. Когда к УФ-источнику подводится бо́льшая мощность, он, как правило, ведет себя аналогично лампочке и вырабатывает более мощное УФ-излучение. Но удвоение мощности на входе не значит, что интенсивность выходного УФ-излучения также удвоится. УФ-источники характеризуются разной потребляемой электрической мощностью. Лампа удельной мощностью 120 Вт/см потребляет мощность 120 Вт на каждый сантиметр длины. При одинаковой удельной мощности, равной 120 Вт/см, лампа длиной 25 см будет потреблять мощность 3000 Вт, а лампа длиной 50 см — 6000 Вт.

Рис. 4. Радиометр EIT UV Power Puck® II

 

Приложенная мощность не является показателем: a) количества и типа вырабатываемого УФ-излучения; b) согласования спектрального состава излучения со свойствами конкретной рецептуры; c) количества УФ-излучения, падающего на поверхность отверждаемого материала. Последняя из этих величин называется облученностью (рис. 5). Облученность есть суммарное количество УФ-излучения, падающего на квадратный сантиметр площади поверхности со всех углов, и определяется обычно прямым измерением. С теоретической точки зрения всегда предпочтительно выполнять измерение на поверхности отверждаемого материала. В лаборатории осуществить такое измерение обычно проще, чем на реальном технологическом оборудовании.

Рис. 5. Зависимость облученности от времени, измеренная в печи DIMA UV-522. Диапазон УФ-A (EIT 320-390)

 

На практике термины «интенсивность» и «облученность» часто употребляют как синонимы, но с научной точки зрения облученность — это количество УФ-излучения, падающего на единицу площади (в данном случае квадратный сантиметр) конкретной поверхности (отверждаемого материала).

Важно правильно выбрать метод и место измерения облученности. Многие УФ-лампы оснащены рефлекторами для фокусировки или рассеяния энергии испускаемого ими УФ-излучения. Интенсивность выходного УФ-излучения лампы может зависеть от геометрических характеристик этих рефлекторов и от того, фокусируется или рассеивается энергия лампы; кроме того, она обычно значительно снижается на концах лампы с внешними электродами (Electrode lamp). Если взять стрелочный прибор для измерения интенсивности света и перемещать его в пространстве вокруг УФ-лампы, его стрелка будет двигаться по шкале синхронно с перемещением. Ввиду такой изменчивости наиболее информативным будет, вероятно, максимальное измеренное значение — величина под названием «пиковая облученность», несущая в себе некоторую осмысленную информацию, которую трудно выразить иным способом. Поэтому пиковая облученность, нормируемая обычно на заданном расстоянии от источника света, служит распространенной мерой интенсивности выходного излучения лампы.

Вернувшись к аналогии с люстрой, можно видеть, что пиковая интенсивность и облученность зависят от ряда параметров, таких как интенсивность выходного излучения лампы (положение ручки светорегулятора), расстояние до лампы и угол, под которым свет падает на чувствительный элемент прибора.

Рис. 6. Характер зависимости измеренного значения облученности от расстояния

 

На рис. 6 показан простой сценарий, в котором интенсивность выходного излучения лампы поддерживают на некотором постоянном уровне, а прибор перемещают из точки 1 в точку 2 и далее в точки 3 и 4. Показания прибора меняются соответствующим образом — растут с приближением к оси светового пучка и падают по мере движения к краям (а также с увеличением расстояния между точками 2 и 3). Известно, что с удалением от источника света измеренное значение облученности уменьшается. Облученность обратно пропорциональна квадрату расстояния, то есть если точку измерения расположить на вдвое большем расстоянии, облученность уменьшится вчетверо (22 (4 в знаменателе)).

Измеренные значения облученности (в том числе пиковой облученности, которой оперируют чаще) выражают в ваттах или милливаттах на квадратный сантиметр (Вт/см2, мВт/см2). Типовые промышленные УФ-источники характеризуются значениями облученности в диапазоне УФ-A: менее чем от 100 мВт/см2 более чем до 5000 мВт/см2 (5 Вт/см2) — другими словами, разница между облученностью при использовании различных ламп может отличаться в 50 раз!

Облученность часто рассматривают как «силу воздействия» при УФ-отверждении. Надлежащая облученность (на соответствующей длине волны) обеспечивает необходимую энергию для проникновения излучения в толстые пленки покрытий и их отверждения на всю толщину. В некоторых применениях недостаточная облученность приводит к неполному отверждению, но во многих случаях оптимальный профиль отверждения определяется комбинацией облученности и плотности энергии.

 

Плотность энергии УФ-излучения

С помощью плотности энергии учитывается время воздействия УФ-излучения. (рис. 7) Мощность в один ватт, действующая в течение одной секунды, сообщает энергию в один джоуль (Дж). Плотность энергии выражается в джоулях или миллиджоулях на квадратный сантиметр (Дж/см2, мДж/см2). В идеальных условиях отверждаемый материал подвергался бы действию УФ-излучения при постоянном уровне облученности (равномерном профиле экспозиции). Приблизительно равномерный профиль экспозиции имеет место, когда УФ-источник включен, изделие неподвижно, а заслонка, препятствующая попаданию УФ-излучения на поверхность изделия, открывается на заданное время. Плотность энергии можно определить приближенно, если известна облученность и время экспозиции. Если на поверхность в течение 3 с воздействует УФ-источник с равномерным профилем экспозиции при пиковой облученности 750 мВт/см2, результирующая плотность энергии излучения составит 3×750 мВт/см2 = 2250 мДж/см2, или 2,25 Дж/см2. В большинстве случаев на практике профиль экспозиции не равномерен: либо изделие перемещается под лампой, либо лампа — над изделием. В условиях меняющегося уровня облученности приходится измерять экспозицию радиометром и по результатам измерений рассчитывать полную плотность энергии. Плотность энергия важна для полного отверждения материала, и именно ее разработчики рецептур чаще всего сообщали конечным потребителям. Но плотность энергии не всегда показывает всю картину.

Рис. 7 . Плотность энергии излучения (доза излучения). Измерения выполнены в печи DIMA UV-522. Диапазон УФ-A (EIT 320-390)

 

На практике вместо терминов «плотность энергии» или «плотность энергии излучения» часто употребляют слово «доза».

В контексте УФ-отверждения более удачным термином является «плотность энергии», но следует иметь в виду, что потребители могут пользоваться и другим термином. Необходимо определиться, какой из терминов будет использовать ваша компания, и соблюдать единообразие в терминологии. В этой статье мы оперируем термином «плотность энергии».

Для того чтобы уяснить разницу между облученностью и плотностью энергии, а также роли этих величин в УФ-отверждении, рассмотрим пример с приготовлением воздушной кукурузы в СВЧ-печи. Инструкция на нашем пакете с кукурузой марки Orville Reddenbacker® рекомендует выдерживать продукт в СВЧ-печи в течение трех минут при высокой мощности. Если мы установим самую низкую мощность, когда будет готова кукуруза? Может статься, что никогда. Почему? Для приготовления воздушной кукурузы необходимо, чтобы интенсивность воздействующего на нее СВЧ-излучения (то есть облученность) превышала определенный порог. То же самое справедливо при выпечке пирогов и жарке индейки на гриле . Вместе с тем, готовя индейку при температуре 800 вместо 190 °С, вряд ли удастся за короткое время получить хорошо прожаренное блюдо с золотистой корочкой. Поэтому повышать облученность также целесообразно лишь до некоторого предела. Как мы знаем из нашего опыта с воздушной кукурузной, критически важную роль в этом процессе играет время. Если выключить СВЧ-печь слишком рано, на дне пакета, скорее всего, останутся «невзорвавшиеся» кукурузные зерна. Хотя между облученностью и плотностью энергии существует прямая линейная зависимость, нельзя предполагать, что материал будет отверждаться пропорционально. Это может быть так в узком диапазоне технологических параметров, но далеко за его пределами картина окажется совершенно иной.

Рис. 8. АЧХ полосового фильтра одноканального широкополосного прибора

 

Рис. 9. АЧХ полосового фильтра четырехканального радиометра

 

Мы определили, какая энергия в джоулях требуется, чтобы отвердить УФ-излучением композицию с конкретной рецептурой, нанесенную слоем данной толщины в условиях лаборатории. Если мы возьмем второй такой же образец и оставим его на солнце так, чтобы получить эквивалентную экспозицию в джоулях, то, скорее всего, свойства образца, оставленного на солнце, будут отличаться, поскольку его УФ-облученность была гораздо ниже.

Таким образом, поскольку длина волны определяется типом выбранной лампы (и ее обычно не нужно измерять), оптимальная пиковая облученность (Вт/см2) и плотность энергии (Дж/см2) — это два важнейших параметра, необходимых для получения идеально приготовленного ультрафиолетового «блюда». Вместе с тем есть ряд факторов, которые могут повлиять на результаты измерения параметров УФ-излучения и внести в них погрешности.

 

Измерение УФ-облученности: знай свой прибор

Знание используемых измерительных приборов, их ограничений и правильной методики выполнения измерений поможет вам более адекватно интерпретировать показания приборов. Какие факторы могут ввести пользователя в заблуждение и внести погрешности в результаты измерений? Чем они обусловлены — ограничениями измерительных приборов, неправильным выполнением измерений, нереалистичными ожиданиями? Отчасти причина в ограничениях приборов, отчасти — в методике выполнения измерений, но, так или иначе, имея представление об этих факторах, можно избежать регистрации или записи в протоколе неверных или дезориентирующих данных.

Рис. 10. Типовая схема оптической системы

 

 

Рис. 11. Погрешность косинусоидальности при измерении

 

Полосовая фильтрация и затухание

При разработке детекторных цепей в них часто встраивают полосовые фильтры, чтобы исключить помехи измерениям в конкретном диапазоне от посторонних сигналов и максимизировать чувствительность этих цепей. Распространенный в повседневной жизни пример использования полосовых фильтров — телефоны и другие звуковые устройства. Для наилучшего слухового восприятия телефоны проектируют так, чтобы они воспроизводили звук частотой от 200 до 20 000 колебаний в секунду (герц). Как это соотносится с ультрафиолетом? В широком спектре УФ-излучения удобно выделять диапазоны: УФ-A, УФ-B, УФ-C и УФ-V (на границе видимой части спектра). Такое деление позволяет выполнять более точные измерения в отдельных диапазонах. Проблема в том, что в каждом из «каналов» установлен полосовой фильтр, который может вносить затухание при измерениях на краях соответствующего диапазона. Отдельные фильтры хороши тем, что повышают чувствительность в пределах своего диапазона, но оборотной стороной этого является невозможность держаться вдали от краев АЧХ фильтра.

На рис. 8 и 9 показаны примеры АЧХ действующих полосовых фильтров. Кривые на рис. 8 относятся к одноканальному широкополосному прибору, а на рис. 9 — к четырехканальному радиометру.

Проблемы, связанные с фильтрацией, вполне реальны. Например, появившиеся в последнее время узкополосные светодиодные УФ-источники, излучающие на одной длине волны в окрестности 395 нм, неидеально согласуются с некоторыми фильтрами старого образца, имеющими низкий коэффициент пропускания в той области, где находится максимум излучения светодиода. Сейчас разрабатываются новые фильтры, призванные улучшить эту ситуацию.

У изделий разных производителей могут быть неодинаковые полосы пропускания. Каждый производитель выбирает оптические фильтрующие элементы, исходя из конструктивных особенностей своего изделия (прибора). Для потребителя это означает, что показания радиометров разных марок могут систематически различаться даже при совершенно одинаковых условиях измерения. Так, в определенной модели радиометра фирмы EIT используется фильтр с полосой пропускания в диапазоне УФ-A 320–390 нм, а в радиометре другой марки установлен фильтр с широкой полосой пропускания 250–415 нм. Показания обоих приборов будут различными. Распространены незначительные вариации между моделями и даже между экземплярами одной модели, поскольку производителям необходимо выдерживать баланс между характеристиками оптических элементов и стоимостью изделия. Изготовление оптических элементов стало гораздо более совершенным, но некоторый разброс в характеристиках отдельных оптических систем и партий до сих пор считается обычным делом. Попытка устранить этот разброс привела бы к существенному повышению стоимости приборов.

В большинстве радиометров используется фотодетектор (например, фотодиод), перед которым установлена оптическая система для сбора, фильтрации и рассеяния входящего излучения. Типовая схема такой оптической системы приведена на рис. 10. Используемые материалы и подходы зависят от производителя.

 

Погрешность косинусоидальности

В большинстве радиометров сделана попытка воспроизвести косинусоидальную характеристику. Почему? Считается, что УФ-отверждение покрытий подчиняется косинусоидальному закону и что УФ-излучение, падающее под углом 90°, имеет больший «отверждающий эффект», чем УФ-излучение с каким-то другим углом падения, например 45°. В теории «отверждающий эффект» уменьшается пропорционально косинусу угла падения. Например, как показано на рис. 11, при угле падения 45° показание составит 0,707 от максимального, что соответствует Cos(45°). Косинусоидальная характеристика — это идеальный случай, и при конструировании оптической системы радиометра стараются воспроизвести данную характеристику.

Рис. 12. Искажения косинусоидальной характеристики, вносимые оптической системой

 

Второй тип погрешности связан с геометрическими характеристиками измерительной установки. Когда средство измерения расположено на оси светового пучка от источника света, его показания максимальны. На рис. 11 мы уже видели, что при удалении радиометра от оси светового пучка показания уменьшаются. На рис. 12 показаны примеры того, как показания прибора могут искажаться оптической системой. Нижняя кривая — это характеристика исходной конструкции оптической системы зондового прибора. Она существенно искажена относительно теоретически ожидаемой косинусоидальной характеристики (верхняя кривая). Средняя кривая — это характеристика пересмотренной конструкции оптической системы. Она гораздо лучше аппроксимирует косинусоидальную характеристику и позволяет получать существенно более точные данные. Косинусоидальность характеристики важна в тех случаях, когда для профилирования лампы требуется выполнять измерения с отклонением от оси максимальной облученности. Разумеется, можно проверить косинусоидальность характеристики радиометра, располагая его под известными углами к оси светового пучка фиксированного источника и сравнивая результаты измерений с идеальной косинусоидой, но проще, вероятно, приобретать радиометры тех производителей, которые способны гарантировать качество оптической системы своих приборов.

 

Динамический диапазон и соляризация оптики

Взвешивание новорожденного ребенка на автомобильных весах не даст особо точного результата, поскольку эти весы рассчитаны на гораздо более массивные предметы. Точно так же и для фотометрических измерений необходимо выбрать радиометр, подходящий по диапазону измерения. Если использовать прибор, рассчитанный на мощное (высокоинтенсивное) излучение, с маломощным (низкоинтенсивным) источником, результат будет как в примере с автомобильными весами. Если использовать прибор, рассчитанный на маломощное излучение, с мощным источником, это, скорее всего, приведет к повреждению прибора.

В радиометрах применяются малогабаритные электронные детекторы, отвечающие непосредственно за измерение, и различные оптические элементы для формирования пучка входящего УФ-излучения с нужными характеристиками. Количество УФ-излучения, поступающего на детектор, должно быть сбалансированным — достаточно большим, чтобы вырабатывался надлежащий измерительный сигнал, но не чрезмерным, чтобы не вызывать соляризацию оптики. Свойства некоторых оптических элементов могут ухудшаться под продолжительным воздействием интенсивного УФ-излучения вследствие так называемой соляризации. Соляризация обычно выражается в снижении коэффициента пропускания оптического материала и негативно сказывается на точности измерений, с течением времени вызывая все большее ослабление проходящего УФ-излучения. Соляризацию можно свести к минимуму, выбрав качественные материалы, но во многих случаях она, к сожалению, неизбежна. С помощью периодической калибровки удается скомпенсировать незначительные изменения, а в долгосрочной перспективе некоторые оптические элементы необходимо заменять.

 

Температура

Технологическое тепло — нежелательный, но зачастую неизбежный побочный продукт УФ-отверждения. Многие УФ-лампы излучают больше энергии в длинноволновом инфракрасном и конвекционном диапазонах спектра, чем собственно в УФ-диапазоне.

Хотя УФ-радиометры и не регистрируют эту энергию, они подвергаются ее воздействию, что может вносить неочевидную погрешность в результаты измерения, особенно при длительной экспозиции очень мощными источниками. Следует уточнить у поставщика радиометра тепловые характеристики детектора, используемого в приборе. У многих детекторов с ростом температуры показания несколько уменьшаются.

Слишком высокая температура может даже стать причиной повреждения отдельных приборов; вообще говоря, если предмет на ощупь обжигающий, то температура слишком высока для измерения. В некоторых радиометрах есть удобный индикатор внутренней температуры, чьи показания можно регистрировать в лабораторном журнале, и встроенная сигнализация, срабатывающая, если внутренняя температура превышает максимальную рекомендуемую рабочую температуру (например, 65 °C).

 

Нормирование параметров УФ-отверждения

Одна из главных областей, в которых поставщикам важно применять правильные методики измерения, — нормирование параметров УФ-отверждения. Хотелось бы надеяться, что изложенные выше соображения внесли определенную ясность в вопрос о том, какими должны быть хорошие технологические нормы. Длина волны, облученность, плотность энергии — все эти параметры важны для технологического процесса и должны быть отражены в правильно сформулированных технологических нормах.

Часто возникает потребность в защите интеллектуальной собственности, но технологические нормы отверждения следует рассматривать как инструмент информирования и отправную точку, исходя из которой ваши потребители смогут оптимизировать свой технологический процесс.

Недостаточно только описать УФ-источник, так как его выходное излучение может (и будет) меняться с течением времени, а кроме того, не все потребители выберут именно такой источник. Поэтому можно проводить испытания с использованием металлогалогенной лампы Fusion удельной мощностью 120 Вт/см или ртутной лампы с добавкой паров железа удельной мощностью 80 Вт/см, но это описание не заменяет надлежащих технологических норм.

Рис. 13. Распределение мощности лампы по областям

 

Некоторые примеры технологических норм УФ-отверждения

Лампа Fusion 240 Вт/см — это плохое описание: здесь почти нет информации, пригодной для практического использования. 240 Вт/см — это мера потребляемой мощности лампы, которая не дает никакой информации о ее УФ-излучении. Какова длина волны? Какой тип лампы: ртутная (H), с добавкой паров галлия (V) или железа (D)? Какова плотность энергии?

Дуговая ртутная лампа 160 Вт/см, 5 с — это несколько лучше, но здесь по-прежнему больше информации об источнике, чем об УФ-излучении, воздействующем на изделие. Хотелось бы что-то знать об измеренном значении облученности или дозы.

600 мДж/см2 — это еще лучше: теперь у нас есть какая-то информация об измеримых параметрах. Но значительная часть важных данных по-прежнему отсутствует: в частности, о какой длине волны идет речь?

600 мДж/см2, УФ-A — хорошее описание, которого было бы достаточно, чтобы соблюсти технологические нормы, если бы только мы знали, какое средство измерения следует использовать.

600 мДж/см2, УФ-A (EIT 320-390) — такой вариант лучше предыдущего: теперь нам известно, с помощью какого радиометра были получены данные.

300 мВт/см2, 600 мДж/см2, УФ-A (EIT320-390) — наилучший вариант. Здесь содержится вся информация, необходимая, чтобы обеспечить качественное отверждение и воспроизвести лабораторные условия измерения.

 

В некоторых технологических процессах нанесения покрытий требуется использовать две лампы для полного отверждения на поверхности и в толще покрытия. Это следует оговорить особо, приведя соответствующие данные и параметры отверждения. В любом случае, дополнительная информация — например, о типе УФ-лампы, толщине покрытия и параметрах его нанесения — прояснит ваш замысел для потребителей и даст им более четкие ориентиры, помогающие правильно наладить технологический процесс и выдерживать его в надлежащих пределах. Такое информирование без утаивания подробностей поможет исключить в дальнейшем дорогостоящие ошибки с поиском ответственных.

 

Резюме

Потребители прибегают к измерению параметров УФ-излучения для мониторинга технологического процесса, а также для диагностики и устранения неполадок. Поставщикам, со своей стороны, часто требуется нормировать эти параметры. Как и с любыми нормами, четкое информирование — залог того, что получатель информации сможет в полной мере уяснить замысел поставщика. Для этого технологические нормы должны содержать основные элементы, необходимые для воспроизведения технологического процесса.

 

 

Материалы предоставлены Группой компаний "Диполь": www.dipaul.ru

 

 

 

 

Понравилась статья? Поставьте лайк 11

---

Электроника Производство электроники Нанесение влагозащитных покрытий Система УФ-отверждения влагозащитных покрытий Сушка влагозащитных покрытий