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  1. 2013.06.17 UV 경화의 제품의 열 변형 원인

 

 

얇은 플라스틱 계열의 필름이나 박막 제품의 열변형 원인은 램프에서 발생하는 열입니다.
열변형 원인은 UV 램프에서는 입력전력 대비 70-80%의 열이 발생하므로 이 열이 적게 발생하게 램프를 만들고, 경화기 설계시 열을 얼마나 효율적으로 제거되게 UV 경화기를 만들었느냐의 문제입니다.
제품이 받는 열은 램프의 길이 부하, UV요구량, 제품에서 램프까지의 거리, 컨베이어 선속도, 냉각 시스템 구조등 여러가지 요인에 의해 달라집니다. 대부분의 제품은 uv 경화기를 통과할 때 온도가 40-100℃ 까지 열을 받습니다. 현재 생산하는 제품의 내열 온도가 이 온도 보다 낮다면, 제품의 최종 온도를 몇도까지 낮추느냐가 uv 경화기의 가장 핵심 기술입니다.
열변형 되는 이유는 UV조사량이 부족하여 경화가 미처 덜되어 접착력, 경도 등이 요구치 만큼 나오지 않으므로 uv조사량을 증가시키게 되는데 uv조사량을 증가시키면 열도 따라서 올라가므로 열변형이 일어납니다.
UV조사량을 증가시키기 위해 램프를 제품에 가까이 하거나, 램프수를 증가 시키거나, 컨베이어 속도를 천천히 하면 UV조사량은 수천 - 수만 mJ/cm2로 증가되지만 제품도 열을 받아 소재 자체가 열변형되거나 모재나 경화된 uv 수지층이 열변형 됩니다. 경화 후 즉시 열변형 되는 이외에도 일정 시간 예를 들면 하루나 이틀 후에 열변형 되거나 경화 후 다음 공정에서 다시 열을 받으면 2차적으로 변형이 일어나며, 열변형되는 유형은 3가지로 나누어 집니다.


1) 경화하는 제품이 경화기에서 나오면 즉시 열변형되는 형
2) 경화 후 상온에서 보관해도 2-3일 후에 서서히 2차적으로 변형이 일어나는 형
3) 제품에 일정량의 열이 다시 가해지면 일어나는 2차 열변형 형


이처럼3가지 유형으로 열변형이 일어나는 이유는 각 플라스틱 소재가 고유하게 가지고 있는 자기 고유의 변이점과 내열 한계가 있는데, 그 내열 한계 보다 얼마나 많은 열을 어느 정도의 시간 동안 받았느냐에 따라 각각 나타나는 유형이 달라집니다. 소재의 고유한 내열 한계 보다 많은 열을 받으면 열변형이 즉시 나타나고, 내열 한계치 직전인 변이점(Transfomation Point) 부근 까지 받았을 때는 그 열 이력에 따라 상온에서 일정 시간이 경과하면 외형적인 열 변형이 나타나는 경시 변화형과, 2차적으로 다시 열 충격을 받으면 일어나는 2차 열변형 형이 있습니다. 경시 변형이나, 2차 열변형은 그 동안 받은 열 스트레스가 추가적인 조건에 따라 “변형”이라는 형태로 나타나지만, 제품을 납품 받는 입장에서는 모두 열변형에 속합니다.
이처럼 열변형 불량은 대부분의 UV 경화 제품에서 가장 해결하기 힘든 문제인데 그 원인은 UV 램프에서 입력전력 대비 70-80%의 많은 열이 발생하고, 이 열을 99% 제거해 주어야 하는데, 열을 충분히 제거하면 UV 램프에서 과냉 현상이 발생하여 UV가 나오지 않아서 경화가 되지 않고, 과냉이 생기지 않는 범위 내에서 UV 경화기를 운전하면  제품이 열변형 되는 것이 담당자들의 애로사항입니다.
UV 방사량에 영향을 주지 않고, UV 경화기에서 발생하는 열을 99% 을 제거하게 UV 경화기를 설계하는 것은 광학, 유체 역학, 열역학은 물론 UV램프라는 플라즈마 장치의 관점에서도 충분히 고려 해야 하는데, 국내 뿐만이 아니라 외국 UV 경화기 메이커에서도, 이러한 역학과 플라즈마 물리학에 대해서 체계적 이론과 엔지니어링 데이터를 확보한 메이커가 매우 드물므로 수만 mJ/cm2의 충분한 UV조사량을 조사하고도 열변형이 일어나지 않는 40℃ 이하의 초저온 UV 경화기는 찾아 보기 어렵습니다.

 

 

 

 

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