При использовании технологий УФ/светодиодного отверждения адгезивы отверждаются практически мгновенно, благодаря чему детали и материалы сразу же готовы к следующей стадии технологического процесса.
Чем больше клеи используются в промышленности, тем более разнообразными становятся их составы и, как следствие, механизмы отверждения. Одним из методов отверждения, который получил широкое распространение, является радиационное отверждение, в частности, использование ультрафиолетовой области спектра для получения фотонной энергии, которая запускает быструю реакцию, называемую фотополимеризацией. В данном случае клей содержит фотоинициатор, который под воздействием УФ-излучения генерирует реакционноспособные частицы, создающие C-C связи; чем больше C-C связей, тем лучше отверждение.
Поскольку УФ/светодиодное отверждение происходит очень быстро, оно хорошо подходит для непрерывных производственных процессов, например, производство липкой ленты посредством пропускания рулонных материалов через установку для нанесения липкого клея. Тот же принцип применяется при печати на рулонных материалах и широко используется в полиграфическом производстве.
При отверждении (обычно светодиодном) в промышленных условиях клей наносят на предварительно собранные компоненты, затем подвергают воздействию светодиодного излучения, посредством которого детали соединяются. Поскольку клей отверждается мгновенно, детали и материалы сразу же можно обрабатывать и направлять на следующую стадию технологического процесса. Такие типы клеев зачастую представляют собой более эффективную альтернативу фитингам и крепежным деталям, позволяют исключить сложные технологические операции, упрощают процесс и снижают затраты.
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ УФ И СВЕТОДИОДНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ
Чтобы понять различия между общими обозначениями УФ и светодиодного излучения, рассмотрим спектры излучения этих систем (рисунок 1). Классическая УФ-лампа (например, дуговая лампа среднего давления) создает выходной спектр, который зависит от примеси (добавки), используемой в лампе. Например, лампы с примесью ртути излучают свет в спектре УФ-С (коротковолновое / высокоэнергетическое излучение), а лампы с примесью железа — в спектре УФ-А (длинноволновое / низкоэнергетическое излучение). По сути, обе лампы будут излучать свет в УФ-диапазоне 200-400 нм; более точный диапазон зависит от примесей.
Рисунок 1. Спектр УФ-излучения
Светодиодная матрица — это тип УФ-лампы, который излучает монохроматический свет в УФ-А диапазоне; самая распространенная длина волны для клеев — 405 нм. Два источника излучения могут обеспечить дополнительные преимущества, однако в рамках данной статьи рассматривается только выходная мощность. При определении выходной мощности УФ- и светодиодных ламп обычно учитывается две переменные: доза (мДж/см2) и интенсивность или максимум излучения (мВт/см2) в данном диапазоне (УФ-С, УФ-Б, УФ-А).
Рисунок 2. Если связующее находится под слоем прозрачного материала, для передачи дозы можно использовать энергию высокой интенсивности
Доза, которая связана со временем (скоростью), определяется как плотность энергии; другими словами, доза — это количество энергии, доступное для протекания реакции фотополимеризации и последующего образования C-C связей. Интенсивность определяет, насколько «ярким» будет выходное излучение. Это важно при нанесении слоя адгезива большой массы или непрозрачного (или цветного) связующего, когда для полного отверждения энергия должна проходить через всю толщину слоя. Тот же принцип используется, если клей находится под слоем прозрачного материала, и чтобы доза достигла клея, требуется энергия высокой интенсивности (рисунок 2).
ПРИМЕРЫ ИЗ ПРАКТИКИ
Чтобы выделить некоторые отличия между этими двумя типами систем, рассмотрим два примера практического применения: термопластичные УФ-отверждаемые акрилаты и монтажные клеи светодиодного отверждения.
Термопластичные УФ-отверждаемые акрилаты часто используют при производстве различных липких лент, ассортимент которых варьируется от простых, односторонних липких лент до сложных, двусторонних, конструкционных лент с высокой клеящей способностью.
Такие клеи обычно наносят с помощью экструзионного механизма (щелевая экструзионная головка), который относительно точно дозирует клей на движущееся полотно материала, например, на конвейерной линии. Затем нанесенный клей подвергается воздействию УФ-излучения УФ-С спектра, который активирует состав для получения желаемых адгезионных характеристик.
Второе полотно может подаваться на клей до перемотки материала с задней стороны установки. Этот тип клеев требует высокой точности УФ-излучения (особенно дозы) для получения заданных характеристик ленты. Доза контролируется с помощью высокоточных датчиков, данные с которых передаются для регулировки мощности системы УФ-излучения, что составляет систему управления с обратной связью (рисунок 3).
Рисунок 3. При использовании термопластичных УФ-отверждаемых акрилатных клеев доза контролируется с помощью высокоточных датчиков, данные с которых передаются в систему регулировки мощности УФ-излучения с обратной связью.
Монтажные клеи применяются в разных сегментах промышленности, от медицинских приборов до автомобильных радиолокационных датчиков и полок холодильников. Как правило, эти клеи реакционноспособны при 400-405 нм и, наряду с прочностью сцепления, обеспечивают множество других важных характеристик.
Использование разнородных материалов, экстремальные температуры, соблюдение нормативных требований действующих директив (например, по сборке игл для шприцев), простые, недорогие устройства для нанесения, простота в использовании — это всего лишь некоторые из причин, по которым такие клеи получили широкое распространение.
Светодиодные матрицы меньше и проще, чем ультрафиолетовые, и обеспечивают форм-фактор, который легко интегрируется в производственные линии. Клей, как правило, выдавливается через дозирующий пистолет в виде шарика на деталь, которая затем проходит под светодиодным светом для активации состава. Затем стыкуется и фиксируется второй компонент.
Следует отметить, что светодиодный излучатель может быть матрицей, расположенной на заданном расстоянии, или точечным источником света, направляемого световодом. Другие продукты, такие как герметики, шпатлевки и наполнители, также хорошо работают со светодиодами.
Еще одна особенность заключается в том, что некоторые семейства промышленных клеев светодиодного отверждения дополнительно требуют УФ-С-излучения для достижения необходимого результата. В этих случаях используют гибридные системы УФ и светодиодного излучения, чтобы обеспечить полную активацию состава.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ОСУЩЕСТВИМОСТЬ
Один из распространенных вопросов от компаний, которые рассматривают использование УФ-отверждаемых клеев, — как проверить “отверждение”. Как уже отмечалось выше, обычно это определяется процентным содержанием C-C связей, которое измеряется с помощью ИК-спектрометров с преобразованием Фурье и других подобных приборов, как правило, не входящих в арсенал большинства внутрикорпоративных лабораторий. Однако некоторые испытания можно выполнить для проверки таких свойств, как прочность на сдвиг, липкость, механическое сцепление; они широко применяются в качестве эмпирических показателей для контроля качества. Хотя это весьма упрощенный показатель, существуют строго определенные и отработанные процессы и методы, позволяющие точно оценить “отверждение”.
Как и для всех новых методов и процессов, необходима стадия исследований, особенно если эти системы отверждения используются на критически важных производственных линиях. Механизм УФ-отверждения применяется в сфере связующих материалов уже почти 30 лет. Накопленный опыт в сочетании с ресурсами лабораторий производителей оборудования позволяет компаниям получить всестороннюю информацию по переходу на технологии УФ-отверждения.
Следует отметить, что упомянутые клеи, отверждаемые под воздействием УФ- и светодиодного излучения, в широком ассортименте представлены на рынке у хорошо известных и зарекомендовавших себя поставщиков. Вы всегда можете получить консультацию у проверенного поставщика.
Крис Дэвис, руководитель отдела продаж промышленных систем Компания IST America
