杭州科望特种油墨有限公司 何平第二部分 UV冰花的韧与脆、美与丑UV冰花的韧与脆属于技术范畴、美与丑属于艺术范畴，UV技术与UV艺术是相互关联、密不可分的，UV工程师的使命就是通过UV技术的控制，使装饰玻璃产品达到UV艺术的高度，具有艺术品位。完美冰花图案的形成取决于多种因素，如冰花玻璃的生产工艺、光固设备、油墨的组成与颜色、紫外光强度、照射时间、氧阻效应、UV光照射时的温度等。一）UV冰花玻璃生产工艺流程 玻璃清洗、烘干→添加剂与油墨混合→丝印UV冰花油墨→UV冰花的形成与光固化→冰花玻璃镀前清洗与干燥→真空镀膜→淋涂背漆→IR烘干→冰花玻璃成品。二）冰花玻璃主要生产设备 生产UV冰花玻璃最主要的设备是UV冰花专用光固机，其它设备如玻璃清洗及热风干燥设备、丝网印刷机、短中波红外线烘道、真空镀膜机、涂料淋涂及烘干设备。三）冰花光固机结构特点UV冰花光固机是生产冰花玻璃的关键设备，虽然设备中也采用高压汞灯作光源，但其结构不同于普通的光固机，特点如下：1 从外观上看，UV冰花光固机比普通的光固机长很多。一般三只灯的机器，光照区域长度3-4米，总长为6-8米，普通的三灯UV固化机长度一般只有2.5-3.5米长，见图7。 
图7 UV冰花光固机灯光分布图 图8 UV冰花光固机灯具调节机构 2 每只灯作用不同，并且灯距可调。前面两支灯用于形成冰花，两灯间距一米，第一、二只灯距一般为50-60厘米，最后一只灯用于固化油墨，灯距为15厘米。通常使用的是70-80瓦/厘米的高压汞灯，见图8。3 温度控制要求较高，风机多。四灯机器共有十只风机，见图9，四只风机抽风，六只风机进风，不管春夏秋冬，灯箱内的温度要求控制在35-55℃温度范围内,。4 灯罩宽。灯罩为两片式、散光型、宽幅结构，以使灯光照射面积大，强度均匀，见图10。5 网带下面装有可调式通风反光板。既能通风控温，又可调节光线均匀度，见图11。标准的四灯UV冰花光固机，网带/滚轮宽度2米，灯管发光区长1.95米，前三支12千瓦/只，最后一支16千瓦/只，灯管总功率55千瓦，机器宽度2.2米，灯箱长度5米，总长7-8米，前三只灯产生冰花，最后一只用于固化油墨。
图9 冰花光固机风机分布图 图10 散光型宽幅UV灯罩 图11 冰花光固机可调反光板 四）节能型UV冰花光固机UV冰花形成时并不需要很强的紫外光，光太强时（﹥250mj/cm2），冰花还未形成油墨就已固化。从UV冰花光固机的结构图11中可以看出，UV灯管到玻璃的距离一般有50-70厘米，远远高于普通UV固化机的灯距（10-15厘米）。调高灯距，虽然能扩大光照射范围，降低照射在玻璃上的光强度，但缺点是浪费能源，一台标准的二米宽、四灯UV冰花光固机，功率约55-60千瓦/小时，不但能耗高，而且散热难，尤其是夏天气温35度以上时，机箱内的温度更不好控制。如何才能降低冰花光固机的功率呢？首先必须弄清楚冰花光固机各个区段的作用，才可能设计出节能型的机器。理想的冰花光固机应该分三个区域：1)冰花形成区,要求光照强度适当而均匀（200-250mj/cm2）,光照范围大一些。要想光照均匀，可以增加UV灯的只数，降低灯高至20厘米左右，4-5米长的范围内，可均匀地多排列几只195厘米长的高压汞灯，光照强度可以控制在20-30瓦/厘米，发光波长与普通的UV灯一样；2）裂变区，又称暗光区，无需紫外光照射，长约1-2米。裂变区的作用就是让冰花涂层有充足的时间发生裂变；3）冰花固化区，1-2只UV高强度UV灯（80—120瓦/厘米），长度米左右，让裂变好的冰花油墨尽快干燥。 ‖固化区︱裂 变 区︱冰 花 形 成 区‖ 0.5-1米 1-2米 4-5米 图12 节能型UV冰花光固功能区图 同样功率的光固机，新机器比普通光固机的效率要高得多，通风降温的效果也会好很多。对比图11与图12可看出，节能型UV冰花光固机与普通冰花光固机的区别在与冰花形成区，前者采用30瓦/厘米低强度紫外灯管、如果用同样功率的UV冰花光固机，可以多排列几只UV灯管，使发光区长度增长，可以大大提高生产效率。五）玻璃的清洗与干燥 刚买来的玻璃表面存在少量的油污、灰尘、指纹等脏污，必须用水清洗干燥后，方可印刷UV冰花油墨，否则会影响冰花油墨的附着牢度、耐水性等。 六）UV冰花形成与固化的影响因素1 油墨颜色与透明度 颜色的深浅不但影响UV冰花油墨的固化，而且直接影响着冰花图案的形成，颜色越深，透明度越低，紫外线的穿透率越小，冰花形成与墨层固化的速度越慢。无色透明的冰花油墨，出冰花最快，干燥也快。2 UV光照射强度 通常光越强，UV油墨固化速度越快，但UV冰花的形成并不需要太强的光照，光太强或太弱，都出不了冰花。一定厚度，一定颜色的冰花油墨，形成冰花所需要的UV光能量是一定的。光线太强，冰花还没形成，油墨就固化了；光太弱，冰花倒是可以慢慢形成，但表面很难干燥，通常UV光强度控制在200-250mj/cm2较合适。目前，市场上常用UV冰花设备的灯管功率为60-80瓦/厘米，前面2-3只汞灯起产生冰花的作用，为降低光强，灯管距网带的距离可控制在50-60厘米范围内，最后一只灯灯距通常为10-20厘米。3 UV光照射时间 同一厚度的油墨，形成UV冰花图案时所需要的光能量是一定的，E（光能量）=J(光强度)×S（光照时间），改变光照强度J或者改变光照时间S，都可以调节冰花图案的大与小，韧与脆或者美与丑。调高冰花光固机中前面两只灯的灯距，紫外光强度自然会变弱，油墨固化的速度就会变慢，而这时氧气的阻聚作用不受影响，形成冰花裂纹的时间就会变长，裂纹就有机会延伸得更长，变得更大，固化后的冰花朵就越大。所以如果你想生产出花纹大的冰花玻璃，就应该调高灯距。降低网目，增加冰花墨层厚度，也可以使冰花图案变大，冰花的大小与油墨配方也有直接关系。4 氧阻效应 氧阻效应是UV油墨在空气中固化时，受到溶解于其中的氧气的阻碍作用，从而导致油墨干燥速度变慢的现象。UV油墨表面固化不充分、表面硬度低、甚至发粘等现象就是氧阻效应的作用所致。在空气中，氧阻效应时时刻刻都在阻碍着自由基型UV油墨的固化，这是一种缺陷，一直困扰着人们。 任何事物都是一分为二的，不能把问题看死，我们正是利用了这一缺陷才研发出了UV冰花油墨，化害为利，使之服务于人类。冰花形成与光固化时，受空气中氧气的影响远比一般UV油墨巨大，冰花图案的形成就是光固化主反应和氧阻聚副反应相互竞争并达到平衡的结果。如果没有没有氧气的阻聚副反应，甚至这种副反应的速度不够快，冰花图案就不会形成，或者形成的图案不是美，而是丑。油墨中溶解的氧气越多，氧阻效应越大，油墨固化的速度越慢。印刷好的玻璃在空气中放置的时间不同，冰花油墨中所溶解的氧气也不一样。放置时间越长，油墨中所溶解的氧越多，出冰花的速度越慢，所以印刷好冰花油墨的玻璃必须尽快照光，不能放置得太久。UV技术人员的责任就是创造各种有利条件，使光化学反应朝着美丽冰花的的方向进行。我们不但可以控制冰花图案的大小，还可以调节冰丝的疏密，通过技术手段的控制，达到艺术设计的要求。5 UV光照射时的温度 在隔绝空气条件下，光固化反应通常不受温度的影响或者影响很小，但在空气中进行光固化反应时，温度不同，氧气在UV冰花图层中的溶解速度也不相同。温度越高，氧气的溶解速度越快，冰花墨层中的氧气越多，氧阻效应越大；温度越低，氧阻就越弱，固化速度越快。温度是通过改变氧阻效应的强弱，来影响UV冰花形成的，因此在冰花玻璃的生产过程中，应尽量使光固机内的温度波动不要太大，否则生产出的冰花时大时小，时美时丑，产品质量不稳定，这不是我们希望出现的。 同样的UV冰花油墨，同样一台冰花光固机，相同的生产工艺，同样的操作人员，但冬天和夏天生产出的冰花产品就会不一样，这是由于外界温度的变化导致了光固化条件的改变。七）UV冰花的脆与韧 UV冰花图案虽然好看，也适合于玻璃产品的装饰，但其表面很硬，在玻璃裁切时，边缘易脆裂、脱落，耐水性差，严重影响其在装饰玻璃上的应用，见图13。冰花固化层之所以硬而脆，是由其形成机理所决定的。从UV冰花形成的机理可知，冰花图案是UV油墨中的多官能光敏树脂在光照过程中的强烈收缩所致，看起来像无数冰花朵聚集在一起。墨层相对于玻璃的收缩率越大，冰花越明显，脆性越大，牢度越差，附着力越低；反之，如果膜层收缩率很小，附着牢度可能会很好，但不会能形成美丽的冰花图案，这就是一对矛盾。我们不可能让UV油墨光照时不收缩，再说不收缩怎么形成冰花呢？收缩形成冰花的事实我们不可改变，要化解这一矛盾，既使冰花收缩得好看，又让固化膜有韧性，不发脆，表面上看起来这是一对不可调和的矛盾。八）双重固化UV玻璃冰花油墨技术是不断进步的，不会停滞不前，只要是美好的东西，有巨大的市场需求，再难的技术障碍，也挡不住人们探索未知世界的脚步。一般来说，人们对某一技术难题的认识水平有多深，解决问题的水平就有多高。只要有了新思路，技术上才会有新的突破，2011年底，科望公司采用双重固化技术，率先研发出了既能光固又可热固的双重固化玻璃冰花油墨。光固化使墨层收缩形成美丽的UV冰花图案，热处理使油墨中的热固成分进一步固化，释放固化墨层中的应力，并与玻璃表面的活性基团发生化学反应，既改善了对玻璃的附着牢度，同时又提高了耐水性，见图14。 
图13 UV玻璃冰花硬而脆 图14 双重固化UV韧性冰花 九）UV冰花油墨颜色 科望公司目前供应市场冰花油墨共有十几种，其中六种最常用的颜色见表2。 表2 常用UV玻璃冰花油墨色样
颜 色
| 无色透明
| 香槟色
| 粉红色
| 酒红色
| 淡紫色
| 透明黄
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型 号
| UV-GI-880
N
| UV-GI-880
YR
| UV-GI-880
R195C
| UV-GI-880
R352
| UV-GI-880
Z237
| UV-GI-880
Y52C
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色
卡
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十）UV冰花的耐水性 提高UV玻璃冰花耐水性有两种方法，一是在油墨中添加防水助剂，另一种方法是在玻璃表面先印刷一层透明底油，两种方法各有优缺点。防水助剂的添加 ——UV冰花油墨印刷之前，需要添加21#防水助剂，添加量一般为油墨重量的1-2%左右，21#的加入量对冰花大小及冰丝多少有一定影响。加入助剂后油墨应尽快用完，不宜放置太久，以免影响油墨性能。加入21#助剂，既可以改善固化膜对玻璃的附着牢度，又可提高冰花油墨的耐水性。21#是一种光敏性的有机硅助剂，非常活泼，很容易和油墨及空气中的水分等活性基团发生化学反应，因此不能长期存放，建议现配现用，用不完的冰花油墨，建议放在冰箱中保存。UV冰花透明底油 ——为了提高冰花玻璃产品的耐水性，科望公司专为用户提供一种双组份热固玻璃光油，光油与固化剂混合后，可以室温放置6-12小时自然干燥，也可以在120-150℃/15-20分钟烘烤干燥。印刷玻璃冰花油墨前，先在玻璃表面印刷一层透明光油，这层光油不但对玻璃附着力好、韧性佳，还具有优异的耐水及耐酸碱性能。十一） UV冰花背漆真空镀膜后的冰花玻璃需要涂覆一层保护背漆，常用的保护背漆有双组份环氧、聚胺脂及丙烯酸脂等类型，也有单组份的如有机硅类等。在选择背漆时，必须坚持以下几个原则：1）背漆对UV冰花固化层的腐蚀性越小越好。因为不管涂覆哪种类型的背漆，其中的有机溶剂都会对冰花涂层产生侵蚀作用，会损伤冰花涂层对玻璃的附着力，用胶带剥离时甚至会整片脱落。为了降低背漆对冰花墨层的影响，涂覆好的背漆应尽快烘干，使溶剂快速挥发。2）背漆的固化温度不能太高。冰花油墨充分固化后，交联密度很高，固化膜的收缩率很小，若背漆烘烤温度太高，必然会导致玻璃与冰花墨层的收缩率不一致，附着力必然好不了。3）固化膜的收缩率越低越好。十二）玻璃UV冰花技术指标 UV冰花的技术指标包括油墨和固化膜两个方面，油墨指标有粘度、印刷性、光固化速度等，冰花固化膜指标包括：1）透 明 度：固化好的玻璃冰花，对着灯光观看或下衬镜面金属板从反面观看，清澈、透明，无浑 浊现象，否则会影响镀膜后冰花玻璃的立体感。2）附 着 力：100%（画格/胶带法）。边沿无脆裂，十字交叉处无脱落。3）韧 性：用单面刀片贴着玻璃刮固化膜，呈橡胶条状，无大片脱落。4）冰花大小：以冰花裂纹围合的边长平均值为准，1厘米以上为大冰花，0.5-1厘米为中冰花，小于0.5厘米的为小冰花。冰花图案的不同大小，所适合的产品也不一样。5) 冰丝密度：冰丝的疏密直接决定着冰花玻璃立体效果的好坏，冰丝密度大，折光效果好，立体感强，密度小，透明度好，立体感差。6）表面硬度：3-4H7）耐 水 性：UV固化好的冰花玻璃，经自来水室温浸泡12小时后，用纸巾擦干测试，附着力100%， 表面硬度3H以上。8）耐溶剂性：冰花墨层固化越充分，交联密度越高，耐溶剂性越好，涂覆背漆时不易出质量问题。
