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  1. 2013.07.22 제품의 열 변형 대책

 

 

얇은 플라스틱 필름에 인쇄하거나 코팅하는 담당자의 한결 같은 불만은 제품의 열변형입니다. 원인은 모두 램프에서 발생하는 열에 기인하므로 담당자로서는 특별한 대책이 없고, UV 램프 메이커나, 경화기 메이커에 문의해도 램프에서는 원래 열이 많이 발생하므로 어쩔수 없다는 대답이 전부입니다. 열을 제거하기 위해 냉각을 충분히 하면 UV 램프가 과냉 현상(Over cooling)이 생겨서 경화가 안되고, 댐퍼를 닫으면 온도가 올라가서 제품이 열변형되므로 쉽게 해답을 찾을수가 없습니다.
근본 대책은 UV 램프에서는 입력전력 대비 70-80%의 열이 발생하므로 이 열이 적게 발생하게 램프를 만들고, 경화기 설계시 열을 99% 제거하여 열이 제품에 거의 전달되지 않고, UV만 제품에 조사되게 경화기를 설계하기 어렵기 때문입니다.
제품이 받는 열량과 제품 온도는 램프의 길이 부하(W/cm), 요구 UV량(mJ/cm2), 제품에서 램프까지의 거리, 콘베이어 선속도, 냉각 시스템의 유체역학적 구조, 조사 유니트의 냉각 효율 등 여러가지 요인에 의해 달라집니다.
온도가 올라가는 직접적인 원인은 UV량을 증가시키기 위해 다음 조건을 변경하면 온도가 올라갑니다.


1). UV 방사량을 증가시키기 위해 램프의 길이 부하(W/cm)를 증가 시키면 올라갑니다.
2). 제품에서 램프까지의 거리를 가까이 할수록 온도가 올라갑니다.
3). 콘베이어 속도를 늦추면 온도가 올라갑니다.
4). 냉각 시스템의 열제거 효율이 낮을수록 온도가 올라갑니다.
5). 조사 유니트의 냉각 효율이 나쁠수록 온도가 올라갑니다.


관건은 UV 효율은 최대로 하고 UV 램프에서 발생하는 열을 100%에 가깝게 제거하여 최종적으로 제품 온도가 몇도 까지 올라가게 UV경화기를 설계하느냐가 가장 핵심 기술입니다.
과냉이 생기지 않고 UV가 잘 나오는 범위 내에서 UV 램프에서 발생하는 열을 99% 제거해 주기 위해서는 일종의 플라즈마 장치인 UV램프의 고온 플라즈마에 대해서 충분히 알아야 함은 물론, 공기로서 열을 제거한다는 관점에서 광학, 유체역학, 열역학적인 메카니즘이 반영되어야 합니다. 그러나 대부분의 UV경화기 메이커의 설계자는 전기, 판금 기술자 이거나, 영업 출신자들인데, 원래 광학, 유체 역학, 열역학, 응용 물리학이라는 분야는 공부를 잘하는 친구들도 머리 아파하는 분야이고, 플라즈마 물리학 역시 아직 세계적으로 미개척 분야입니다.
램프의 열 제거는 유체역학, 열역학에 대해 이론은 물론 공학적인 데이터도 확보되고 UV램프라는 플라즈마 장치의 관점에서도 충분히 고려 해야 하는데, 국내 뿐만이 아니라 외국 UV경화기 메이커에서도, 역학과 플라즈마 물리학에 대해서 체계적 이론과 엔지니어링 데이터를 확보한 메이커가 매우 드물므로 현실적으로 수만 mJ/cm2의 충분한 UV를 방사하면서 제품 온도가 30 혹은 40℃ 이하로 유지되는 초저온 UV경화기는 거의 불가능합니다.
현실적으로는 제품이 30 - 40℃ 이하로 유지되는 초저온 UV경화기는 이론적으로도 어렵지만, 구매자 입장에서 현재의 경화기 보다 많은 비용을 투자해야 하는 문제도 큽니다.

 

 

 

 

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