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【极智课堂】 蓝盾机电唐永林:UV LED固化行业趋势分析及创新

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-02-21   来源:中国半导体照明网  浏览次数:3482
 当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国半导体照明网、极智头条,在国家半导体照明工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED照明企业和产业共克时艰! 

本期,我们邀请到东莞市蓝盾机电设备科技有限公司董事长唐永林带来了“UV LED固化行业趋势分析及创新”的精彩主题分享,以下为主要内容:

一、   我国固化行业的市场现况

辐射固化技术与传统的溶剂型热固化技术相比,具备固化速度快、可瞬间成膜,不含挥发性

溶剂、环境污染小、安全性高,能耗低,占地小、设计紧凑、适合流水线操作,生产成本低,涂层性能优异等多方面的优势。辐射固化技术是一种高效、环保、节能、优质的材料表面处理技术,被誉为面向 21 世纪绿色工业的新技术。

由于具有环保和固化时间非常短等特点,带动了UV涂料在多个终端领域的应用显著增长。其中工业涂料是发展速度最快的终端应用领域,2014-2019年的年复合增长率将达9.3%,到2019年,预计约有四分之三的工业涂料新增消费需求都将源自UV涂料产品。

 

我国UV涂料生产总量增长图

UV光固化技术与传统的溶剂型热固化技术相比,具备固化速度快、可瞬间成膜,不含挥发性溶剂、环境污染小、安全性高,能耗低,占地小、设计紧凑、适合流水线操作,生产成本低,涂层性能优异等多方面的优势。


光引发剂是光固化体系中的关键材料,与活性稀释剂、低聚物、助剂等原材料形成配方产品,再应用至终端用户;光引发剂用量虽然不大,但在光固化体系中占有重要地位。

这里需要注意的是,实践中不少厂商可能都会遇到过油墨表干不良的问题,有些厂商会不断增加光引发剂,甚至会增加到20%30%,其实光引发剂如果增加多了,会产生价格上涨,也会出现物理性的变化,会发黄。


UV上下游行业示意图

行业市场发展趋势

第一,近年来,国家及各省市各级政府不断出台环保法规、标准,对减少溶剂型涂料、油墨、胶粘剂产品的使用,及促进环保型产品使用提出了明确的计划和目标,有关法规政策对UV光固化产业发展起到了积极促进作用。首先,由于我国将长期持续加大力度推动生态文明建设和生态环境保护,预计未来环保监管的不断加强将继续推动UV光固化产业稳定增长。

第二,作为一种先进的材料表面处理技术,UV光固化技术的高效、节能、经济等特点,能够满足下游家   具、建材、印刷、PCB、金属加工、光纤、3D打印等众多制造业自动化、清洁化、提升效率、降低成本的业务发展需要。

第三,近年来,以UVLED、大分子光引发剂、水性UV光固化配方产品等新技术、新产品为代表,UV光固化技术在涂料、油墨等行业的应用量不断提高,未来随着行业内的持续研发创新、技术进步,新产品、新技术不断推陈出新,UV光固化技术的应用领域、应用场景将得到持续拓展。

 

二、全统光源与UVLED对比

1.LED UV光源与传统UV灯的对比

汞灯特性:

1)多波段,但耗电量大,多余波段产生热能;

2)使用寿命短,平均寿命1000小时;

3)需要预热,点亮3分钟才能达到峰值;

4)在工作状态时会产生有害气体-臭氧;

5)发热量大,紫外线出光率23%,有些行业不适应用;

6)灯管含水银,废弃灯管需要特殊处理;

7)采用高电压激发(最高达5000V,危险性大;

8)辅助设备多,占地面积大;

 

UVLED优点:

1)寿命超长:使用寿命是传统汞灯式固化机的10倍以上,使用寿命达可20000小时。 

2)冷光源、无热辐射,被照品表面温升低,解决光通讯、液晶生产中长期存在的热伤害问题。

3)发热量小,可解决汞灯喷绘设备发热量大、工作人员难以忍受的问题。 

4)瞬间点亮,不需要预热即刻达到最大额定功率紫外输出。 

5)使用寿命不受开闭次数影响。 

6)能量高,光输出稳定,照射均匀效果好,提高生产效率。 

7)可定制有效照射区域,长度从7mm1000mm。 

8)不含汞,也不会产生臭氧,是替代传统光源技术的一种更安全、更环保的选择。 

9)低消耗,耗电量仅为传统汞灯式固化机的20%,能节约80%电量。

UVLED也存在一些问题,比如波段单一,芯片单一波段;有效照射距离短(10mm-50mm); 灯珠价格昂贵;大规模量产难度高。

三、市场问题及建议

UVLED成套光源构成


UVLED成套光源价格昂贵

灯珠价格,无机封装及高光强灯珠价格昂贵,成本在成套设备中占比40%,目前急需封装工艺可靠,出光效率更高的灯珠。

冷却系统占成套光源成本20%


UVA波段出光效率约占50%,急需提高灯珠的发光效率,多发光自然少发热,冷却系统的成本也会下降。

夹具占成套光源成本10%

非标夹具制作成本高,制作周期长。不能大规模量产,夹具表面处理(氧化及发黑)造成环境污染,急需低污染量产化环保材料代替。

UVLED驱动电源

价格昂贵,约占成套光源成本30%,针对UVLED驱动电源品种及生产厂家稀缺,特别对灯珠工作状态及反馈功能缺失。急需符合UVLED灯具的智能化电源厂家配合。

不同于白光照明用电源,UV LED用电源有一些特殊要求,因为它属于工业生产类,灯具在客户的设备里是不能有故障的,需要更可靠的驱动电源和对灯珠状态的反馈过程。所以智能型驱动电源对于UVLED环节非常重要,但是从事智能电源开发的公司相对比较少,还需要相关企业进一步探讨。

UVLED照射距离问题

UVLED有效照射距离较短(10mm-50mm),距离在8~10cm UVLED能量是无法满足现今固化市场的需求,唯有突破才能使固化市场运用更加广泛。

 

由于距离关系,衰减比较明显,有一段时间一度认为,UV LED只适合一些平面固化的产品。对于一些不规则的产品和异形产品是无法孵化的,因为存在一个产品高度差问题或者高低不平的问题。比如一些一体成型的家具,汽车行业上面的内视镜之类,是无法同时固化的。

急需一次光学及二次光学透镜来提升紫外线照射强度和距离,一是提高出光效率。二是解决LED出光角度。三是光强分布与均匀度。UVLED一般要经过一次或两次光学设计。 

UVLED油墨,胶水,油漆表干问题(对应光引发剂问题)

目前常用的UV-LED光源为405nm395nm385nm365nm 长波段紫外光,由于UV-LED发射的紫外光波峰窄,与现有的光引发剂不太匹配,所以影响光引发效果。现在与UV-LED光源比较匹配的光引发剂有TPOTEPO819ITXDETX等。急需针对UVLED敏感的配套引发剂。

UVLED氧阻聚问题

UV-LED输出功率较小,克服氧阻聚能力差,影响表面固化,这是UV-LED光源在实际应用 中存在的一个较大的问题。目前通过缩短光照距离(最低可在5mm), 在配方中采用抗氧阻聚、有利于表面固化的光引发剂或助剂等方法,来克服此问题。




急需统一的标准光源及测量仪器

全球无统一标准,测量数据纷乱,同一光源下,测量数据不一致,达不到一个统一的准确数值。


标准光源同一波段存在差异

同一芯片厂家,不同封装工艺制作出来的灯珠,光强度不同。急需制定标准化光源。


四、创新应用及实践案例

1.玻璃褪黄UVLED固化系统

生产玻璃时出现黄玻璃是由玻璃中的氢化铁被还原氧化亚铁或硫化亚铁所致。玻璃UV褪黄就是利用UV将出现的氧化亚铁或硫化亚铁清除,让玻璃秒速褪黄。

方案:采用LED紫外线395nm+405nm波长。

1)温度大大降低到80度以内(采用水冷却装置);

2)功率可降低到30KW,相当于汞灯功率的30%

3)不产生废气臭氧,不需要增加废气处理设备;

4)使用寿命长达20000个小时;

5)设备占地面积小,不到汞灯设备面积的1/3


2。薄膜UVLED固化(涂布行业)

通过冲氮方式赶走体系中的氧,形成氧阻聚层,使其不能与涂料及涂膜接触。

方案:采用UV LED+氮气保护

1)能量光强度高在200m/s速度下可达到200mJ/c  5000AW以上;

2)温度容易掌控(水冷却)60度以下;

3)不用考虑风平衡,水线等问题;

4)功率小,只需7KW左右;

5)使用寿命长可达20000个小时;

3。UVLED光改质(硅胶行业)

采用UVLED短波254nm+280nm,改变产品的静电系数和摩擦系数。能一次实现硅胶清洁干燥改质;通过UV紫外线光照射后形成UV保护层,使硅胶为无溶剂及涂层,使得成品工艺尺寸、性能稳定、非常耐用。UV改质后硅胶本体表面形成UV保护层,起到防尘、硅胶手感柔软爽滑的效果,非重外力破坏时不会造成UV保护层脱落。能增强硅胶产品品质、触感及视觉感等。满足产业需求;代替手感油工艺、硅胶亲水基改质机进一步减少环境污染。


五、行业发展预测 

UV LED有众多优势,无论从耗能,功率确实优于汞灯。随着水俣公约的实施和国家节能相关环保的政策实施,相关产业链技术也在不断积累及进步,越来越多领域在拓展应用,相信UVLED最终会慢慢替代传统汞灯。 

感谢国家半导体照明工程研发及产业联盟的组织,让大家聚在一起,携起手讨论和解决UVLED全产业链的技术创新。从一线的角度来看,虽然有大量的应用,但相对缺乏理论与技术层面的支撑,希望芯片、封装、光学研究、光引发剂等领域的研究专家能多多参与进来。一线市场可以最快速度把研究成果和技术转化,应用起来,也希望与业界同仁多多交流。


关于东莞市蓝盾机电设备科技有限公司

东莞市蓝盾机电设备科技有限公司是一家专注于UV固化设备领域十余载企业,公司位于东莞市长安镇乌沙兴二路10号。蓝盾机电专注于UV电子电源,桌面式UV固化机,UVLED固化机,立体式UV固化机,加装式UV固化机,UV电柜固化系统,手提式UV固化机及各

行业UV固化解决方案。现有员工50多人,各类先进生产设备近百台。云集了一大批各级各类工程、技术管理人员近30人,公司总占地面积5000平方米。建筑总面积3000平方米。“蓝盾机电”根据市场的需求不断完善人才的储备,技术的创新,一诺千金的售后服务理念。接轨“2025中国智造”战略宏伟蓝图。

 (文字根据直播内容编辑整理,略有删减)

 

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