印刷工艺中紫外线固化器的冷却系统设计研究刘帅华

刘帅华

摘要：我国的印刷事业自改革开放以来，在几十年的时间里得到了飞速发展，印刷技术也在不断提高。尤其在些年紫外线固化技术在印刷领域不断普及，使得普通干燥型油墨不易吸收、干燥速度慢的问题得以解决。目前高速轮转印刷机需要快速干燥型油墨已经普遍使用紫外线固化油墨。随之而来的是紫外线固化器的散热问题，根据印刷材料的耐温状况不同，功率大的紫外线灯管周围温度较高，对不耐温材料会出现变形、燃烧等情况。因此必须为其设置冷却系统，防止高温状况出现。本文主要从理论出发，探讨紫外线固化器的冷却系统设计方法。

关键词：紫外线；固化器；冷却风机

1前言

紫外线固化技术在印刷领域随着承印材料多样化而不断发展，特别是非吸附性材料（如金银卡纸、塑料薄膜、激光光盘、标牌等）的不断涌现，使得紫外线固化技术突破了传统印刷机工艺，创新的应用在更加先进的印刷设备上。像表格机、凹印机、柔印机、不干胶印刷机，都普遍配置了紫外线固化器。紫外线上光技术之所以受欢迎，是因为其工艺从环保意义上优于覆膜工艺，且成本低，外观效果好，产品丰富多样，如局部上光、立体艺术上光、仿金属蚀刻、皱纹、冰花效果等。同样紫外线固化技术也带来了一些新的技术难题，其灯箱的散热需要专门的冷却系统来进行处理，否则很容易导致材料变形和高温燃烧现象。下面我们就对紫外线固化器的冷却系统的设计进行研究和探讨。

2紫外线固化器冷却风机参数的选择及管道设计原理

2.1风机参数的确定

风机参数包括风量、风压、功率和风口尺寸。先选择风量，再选定风压，一般吸风用风机风压不

宜高，选择范围350~550Pa;风压过高噪声大，风压过低排风管道长时排风效果不好。根据风量、风压，即可选定风机功率，使风机出口处温度低于l00`C;风机入风口直径比入风管外径要小一些。

2.2风管道设计原理

风管内壁要求光滑，风阻小。风机人风口至灯箱风口段距离不宜过长，为使风机产生负压能有效吸引灯箱内热空气，此段管道外径不宜过大，否则，形成不了足够的负压区。从风机出风口至外界弯越少越好，弯道处不应是直角，尽量拐大弧线以减小风的反射。出风管外径尽量大，降低出口压力有利于排风。一般lOkw紫外灯箱排热，用直径150mm的管道，吸风、吹风管道总长小于8m;出风管道口径应逐渐增大。

2.3紫外线固化器冷却风机的安装

首先检查风机噪声及振动情况，若噪声低振动小，可将风机连接在紫外线灯箱上或电柜上。这样使风机离灯箱近，吸风效果好。若噪声大或振动大，切勿将风机按前述方法放置，否则导致灯管震碎、线路接点松动。应用软连接方法与灯箱连接，将风机放在室外。

另外风机要按风机说明书指定方向安装牢固，以免破坏风机的动平衡导致震动以致损坏。还要考虑风机耐温主要是扇叶一定用金属的，耐温应超过150℃。

2.4紫外线灯箱冷却通风设计要点

紫外线灯箱通风冷却要达到以下几个目的:

（1）使灯管处保持灯管内金属充分汽化所需温度。如功率密度80W/cm灯管内部温度不低于600℃.120w/cm灯管不低于800℃。否则金属(如汞)就会不完全汽化，导电不好，输出功率下降。

（2）使灯罩、灯头、灯罩内传感器尽量低温，使之正常使用。

（3）灯箱外壳温度低于70℃不烫手。

（4）吸风速度高，不要使风产生噪声。

（5）被照物处保持低温。固化纸张时瞬间温度低于90℃固化时间较长时温度不超过70℃:固化塑料时一般低于70℃。

2.5风机冷却紫外线灯管送风方式

用风机的目的是将灯管工作时产生的热量排出，使灯管在正常的高温环境工作，而不是使灯管冷却。灯管内部导电物质是汞蒸气，汞蒸气是汞在高温下汽化而成，只有保持约600℃汞才能充分汽化。从上述分析可想象吹风有两大害处:一是风吹到灯管壁某一处，使其局部降温，汞就凝结在此处不能参与导电;二是吹风时风路是遇障碍物就转向，要想使某处降温就需导流装置将风导过去，这样的风路无法设计。

吸风有三个作用:一是将灯管产生的热量吸出灯箱，使灯管在动态温度平衡状态下工作;二是冷却灯头及灯箱内传感器等电器元件;三是冷却灯箱，使灯箱外表处低于70℃,以免烫伤操作人员。

2.6风机的选择

(1)根据紫外线灯管功率确定风机风量。一般1kW灯管功率需风机风量在1000~1300m/3h。

(2)根据灯箱外型尺寸选择风机的负风压。在吸风路中，风从灯箱外部经多个风口进入箱体，再由风机排出灯箱，如此循环。风从灯箱哪个部位以什么风速进人灯箱是由进风口处灯箱内外气压差决定的。压差大风速大，散热效果好。

选择风机时，确定风机排风量后再选择转速，然后确定风机吸风口径。而吸风口径要根据灯箱的外型尺寸确定，风路设计要求灯箱上进风口而积之和略大于风机吸风口面积。由此可知，要想吸风理想，应先选风机，根据风机设计灯箱。

2.7不同材料对紫外线的反射率和透射率

经过氧化抛光的铝板，虽然是一种较好的紫外线反射材料，但它对不同波长的紫外线其反射系数也是不同的。

2.8低温灯罩及其结构

低温灯罩的概念是将灯管产生的高温传给灯罩而灯罩经过风冷或水冷将热量传到灯箱外部，使反射器和被照物处温度较低。

水冷却反射器是将去离子水(不结垢)在反射器内循环，在反射器外部水冷却，如图1所示。被照物冷却是在灯管和被照物之间放循环水管，如图2所示，循环水将灯管热量部分吸收而温度升高，水经外部散热器将热量散掉再经泵进人循环水管。循环水管只能将灯罩内传导热和少部分辐射热散掉，但对大量辐射到被照物的热量吸收不了。因此要求隔热效果要好，循环水管直径要大，这使灯管距被照物之间距离增加降低了紫外线强度，一般循环灯管的直径不大于5cm。

风冷是用室温的空气或空调冷气吸人反射器输入口、循环水口，不经循环直接排放到灯罩外面

水冷效果好于风冷。水冷系统可将反射器温度控制在90℃以内，被照物处控制在80℃以下，而风冷效果差些。

水冷却系统价格高，因为整套系统在高温下不漏水，且风扇、传感器、水泵都需控制，否则一个环节出现故障就会出现水管爆裂。而风冷没有封闭循环系统，设备简单价格便宜。

图1循环水冷却反射器图2循环水冷却被照物

3结语

由于紫外线固化技术在印刷领域应用时间较短，广大印刷工作者对其理论、使用方法，特别是结合各种印刷机型、紫外线上光固化材料以及承印物应用等方面缺乏了解。在紫外线固化器冷却系统设计方面更是缺乏深入的研究，虽然是比较小的冷却设备，但是同样不能忽视他的作用。不做好紫外线固化器的冷却系统，将为印刷机的散热带来巨大影响，持续的高温无法扩散出去，必定会损坏印刷设备，严重的还会导致火灾。所以我们必须重视冷却系统的设计，使我们的印刷设备在良好的工作状态下为我们服务。

参考文献

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