2025 Prinzip der UV-Härtung

Hallo zusammen! Ich bin ein Star-Mitarbeiter bei CHROMÉCLAIR, eine Marke von hemafreie GelpoliermittelmarkenHeute werde ich einige Informationen über die UV-Härtung zusammenstellen. Ich hoffe, das hilft Ihnen.

Die Aushärtung von UV-Klebstoffen erfolgt, wenn Photoinitiatoren (oder Photosensibilisatoren) in UV-härtenden Materialien ultraviolettes Licht absorbieren und dabei aktive freie Radikale oder Kationen erzeugen. Diese lösen chemische Reaktionen wie Polymerisation, Vernetzung und Pfropfung von Monomeren oder Oligomeren aus und verwandeln die Flüssigkeit innerhalb von Sekunden in einen Feststoff.

Jede Art von UV-Licht hat einen bestimmten Wellenlängenbereich, der seine Eindringtiefe in das Substrat bestimmt. Das geeignete UV-Licht kann je nach dem verwendeten Substratmaterial und dem gewünschten Aushärtungseffekt ausgewählt werden:

• UVC ist ein kurzwelliges ultraviolettes Licht (200nm-280nm), das eine starke Leistung im Bereich von 250-260nm liefert, sich aber schlecht in der Luft ausbreitet. Da Sauerstoff UVC blockieren kann, werden viele Anwendungen in stickstoffgespülten Umgebungen durchgeführt. Es wird in erster Linie für die Aushärtung von Oberflächen verwendet und erzeugt Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit (UVC verleiht Beschichtungen eine Kratzfestigkeit). Gängige Anwendungen sind: transparente Beschichtungen auf Papier- und Kunststoffoberflächen; harte Beschichtungen für optische und Kfz-Linsen; Desinfektions- und Sterilisationsanwendungen; DNA-Vernetzung; Oberflächenmodifizierung.
• UVB ist ein mittelwelliges Ultraviolett (280nm-320nm), das in der Lage ist, tief einzudringen und Beschichtungen und Klebstoffe zu härten. Gängige Anwendungen sind: Aushärtung von Farben, Klebstoffen und Druckfarben; Sterilisation und Desinfektion.
• UVA ist ein langwelliges Ultraviolett (320nm-395nm), das zur Aushärtung der tiefsten Schichten und zur Gewährleistung der Adhäsion verwendet wird. Gängige Anwendungen sind: Aushärtung von Druckfarben, Beschichtungen und Klebstoffen; UV-Inspektion; UV-Fluoreszenz.
• UVV ist UV-Licht im sichtbaren Bereich (395nm-455nm), das für die Aushärtung der tiefsten Bereiche verwendet wird und für die Hafteigenschaften dieser Formulierungen verantwortlich ist. UVV funktioniert gut mit weißen und silbernen leitfähigen Pigmenten. Zu den üblichen Anwendungen gehören: leitfähige Silberdruckfarben, Beschichtungen mit Titandioxidpigmenten, Klebstoffe und tief eindringende Vergussmassen.

UV-Härtung vs. thermische Trocknung

In industriellen Prozessen sind zwei beliebte Trocknungs-/Härtungsmethoden die thermische Trocknung und die UV-Härtung. Bei beiden Verfahren werden flüssige oder halbflüssige Stoffe durch Erhitzen oder ultraviolette Strahlung in eine feste Form gebracht. Beide zielen auf die Aushärtung von Stoffen ab, unterscheiden sich jedoch erheblich voneinander.

Die thermische Trocknung ist ein Verfahren, bei dem Wärme auf Tinte oder Beschichtungen auf einem Substrat angewendet wird, um deren Aushärtung zu beschleunigen. Es wird üblicherweise für Substanzen wie Epoxidharze, Pulverbeschichtungen und bestimmte Arten von Klebstoffen verwendet. Es kann auch für verschiedene Beschichtungen wie Epoxid-, Polyester-, Acryl- und Polyurethanlacke angewendet werden, die auf Substrate wie Metalle, Kunststoffe und Verbundstoffe aufgetragen werden können.

Die Wärmezufuhr erfolgt in der Regel über große gasbefeuerte Öfen, Gebläselufttrockner oder Infrarotlampen. Die Aushärtungstemperatur und -dauer hängen von dem jeweiligen Material ab, das ausgehärtet werden soll. Die Trocknungsanlagen können umfangreich sein und auf die angestrebte Produktionsgeschwindigkeit und die Trocknungszeit der Farbe oder Beschichtung zugeschnitten werden.

Darüber hinaus können bestimmte Beschichtungen spezielle Formulierungen erfordern, um eine ordnungsgemäße Trocknung während der thermischen Aushärtung zu gewährleisten. Einige Beschichtungen benötigen beispielsweise den Zusatz von Trocknungsmitteln oder Beschleunigern, um die Trocknungseffizienz zu verbessern oder die Trocknungszeit zu verkürzen.

Hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Produktionseffizienz verbraucht die UV-Härtungstechnologie deutlich weniger Energie als die thermische Trocknungstechnologie. Der Energieverbrauch der UV-Härtung beträgt nur 10%-20% des Energieverbrauchs von thermischen Härtungsverfahren. Dieser erhebliche Energieunterschied ist in erster Linie auf die hohe Energieumwandlungseffizienz der UV-Härtung zurückzuführen: UV-Lichtquellen wandeln die meiste zugeführte Energie in nutzbares ultraviolettes Licht um, während bei der thermischen Trocknung zwangsläufig ein erheblicher Teil der Wärmeenergie bei der Wärmeübertragung verloren geht.

Die UV-Härtungstechnologie zeichnet sich auch durch eine hohe Produktionseffizienz aus. Die Aushärtungsgeschwindigkeit ist außerordentlich hoch, in der Regel wird der Prozess in nur 0,1 bis 10 Sekunden abgeschlossen. Im Gegensatz dazu benötigt die thermische Trocknungstechnik oft mehrere Minuten oder länger, um den gleichen Aushärtungseffekt zu erzielen. Dieser erhebliche Zeitunterschied wirkt sich direkt auf die Produktionseffizienz aus, weshalb sich die UV-Härtungstechnologie besonders für Hochgeschwindigkeits-Produktionslinien und die Serienfertigung eignet.

UV-gehärtete Beschichtungen weisen in der Regel eine höhere Vernetzungsdichte auf, was direkt zu besseren mechanischen Eigenschaften und chemischer Beständigkeit führt. So weisen UV-gehärtete Beschichtungen häufig eine höhere Härte, eine verbesserte Schlagfestigkeit und eine hervorragende chemische Beständigkeit auf. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich die UV-Härtung besonders für Anwendungen, die langfristig im Freien eingesetzt werden, wie z. B. Außenbeschichtungen für Gebäude oder Schutzbeschichtungen für Automobilkomponenten.

Die UV-Härtungstechnologie kann jedoch bei bestimmten Anwendungen ihre Grenzen haben. So kann die UV-Härtung bei dickeren Beschichtungen aufgrund des begrenzten Durchdringungsvermögens des UV-Lichts zu Problemen bei der ungleichmäßigen Aushärtung führen. In solchen Fällen kann die thermische Trocknungstechnik besser geeignet sein, da sie dickere Beschichtungen besser aufnehmen kann.

Gleichzeitig expandiert die thermische Trocknungstechnologie in neue Bereiche. Bei der Herstellung von Materialien für neue Energien kann die thermische Trocknung beispielsweise zur Trocknung von Batterieelektrodenmaterialien eingesetzt werden, um die Gleichmäßigkeit und Leitfähigkeit des Materials zu gewährleisten.

Insgesamt hängt die Entscheidung zwischen thermischer Trocknung und UV-Härtung letztlich von der jeweiligen Anwendung ab, wobei Faktoren wie Geschwindigkeit, Haltbarkeit und Umweltauswirkungen berücksichtigt werden sollten.

UV-LED und traditionelle Quecksilberlampenhärtung

Sowohl die UV-LED-Härtung als auch die traditionelle Quecksilberlampenhärtung beruhen auf der Bestrahlung mit Licht, um Photoinitiatoren anzuregen und so die Polymerisationsreaktion der in der Flüssigkeit enthaltenen Monomere und Präpolymere zu fördern. Dieser Prozess führt zur Bildung einer gehärteten Filmschicht.

Im Vergleich zur UV-Härtung verbraucht die UV-LED-Technologie nur ein Viertel der elektrischen Energie, was den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen erheblich reduziert.

Herkömmliche Quecksilberlampen überschreiten leicht Strahlungswerte von 10 W/cm², was zu übermäßiger Wärmeentwicklung bei der Oberflächenhärtung führt. Im Gegensatz dazu ist die UV-LED-Strahlungsenergie kontrollierbar und erzeugt nur minimale Wärme. Dies führt zu geringeren thermischen Auswirkungen auf wärmeempfindliche Substrate wie Kunststofffolien und erfordert nur geringe Anpassungen der Druckpräzision.

UV-LED-Lichtquellenkomponenten haben eine etwa 12-mal längere Lebensdauer als herkömmliche UV-Komponenten, was die Häufigkeit des Austauschs und die damit verbundenen Materialkosten erheblich reduziert.

UV-LEDs ermöglichen einen sofortigen Ein- und Ausschaltvorgang, wodurch die für die UV-Härtung erforderlichen Vorwärm- und Abkühlzeiten entfallen, was die Betriebseffizienz erhöht.

UV-LED-Systeme erzeugen kein Ozon, was die Arbeitsumgebung für die Mitarbeiter verbessert und die Notwendigkeit von Abscheide- und Verbrennungsanlagen zur Minderung der Ozongefahren beseitigt.

UV-LED-Lichtquellen und die dazugehörigen Geräte sind sehr kompakt, was die Einrichtung vereinfacht und Platz spart. Aus diesen Vorteilen ergibt sich, dass UV-LED-Härtungssysteme nicht nur die Kosten erheblich senken, sondern auch die Umweltbelastung und den Energieverbrauch minimieren.

Im Gegensatz zur herkömmlichen UV-Härtung, bei der das gesamte ultraviolette Spektrum von 200-450 nm genutzt wird, konzentrieren sich UV-LED-Lampen jedoch auf einen engen Bereich innerhalb dieses Spektrums, in der Regel 395-405 nm. Einige der aktuellen UV-LED-Härtungssysteme arbeiten mit 365 nm, die meisten jedoch mit 395 nm, die nach wie vor die Standardwellenlänge für die UV-LED-Härtung darstellen.

Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen hilft, die UV-Härtung besser zu verstehen!

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