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01
测评来了！
测评结果在文末，心急的小伙伴可以下拉到底直接取用。
话说我们之所以要对“UV灯”进行测评，主要是当初看了经典UV光固三防漆HumiSeal UV40的TDS后才产生的念头。
照理说作为产品不愁卖的三防漆巨头，HumiSeal是完全可以不掺合“UV灯”们的“江湖恩怨”的。
结果没想到这个“耿直boy”不仅立场鲜明地为“微波无极UV灯”站台，更是非常“头铁”地提醒用户，要想保证UV40的固化效果，对于“电极汞灯”就必须谨慎选择……
如此光景自然就激发了我们的好奇之心。
于是针对个中缘由，我们先是用一期文章探讨了“微波无极UV灯”和“电极汞灯”各自的发光原理；
之后又用一期讨论了“微波无极UV灯”到底比“电极汞灯”香在哪里，以至于能让行业巨头HumiSeal主动站出来为其打call。
而且当时我们还挖了一个坑，计划对这两种UV灯的实际效果再来一次真刀真枪的对比测评。
终于在几个月后的今天，测评来了！
在国内最权威的电子材料测试机构之一的中国赛宝实验室（工业和信息化部电子第五研究所）的鼎力支持下，我们分别从UV三防漆的
表干时间
拉伸强度
傅立叶红外光谱
柔韧性
附着力
这五个层面对“微波无极UV灯”和“电极汞灯”的固化效果进行了量化的比较。至于具体情况究竟如何，且听我们细细道来——
02
实验准备
在这次测评中扮演“工具人”的自然就是HumiSeal的UV40三防漆。
而代表“微波无极UV灯”出战的则是业内久负盛名的贺利氏F300S。
这款UV灯因其拔群的光功率和长寿命已经成为诸多高端应用里的标配光源设备。
至于“电极汞灯”，经过反复权衡我们选了美国知名UV光源品牌UViTRON旗下的Intelliray600。
之所以选中这款灯主要有两个原因：
一个是它的UV光强在众多同类产品里处于中间水平，而且发热量也控制得不错，应该能够代表“电极汞灯”这个大品类的平均水准；
而另一个更重要的原因则是，搬得动……😅
从外观就能看出来，Intelliray600的设计要比绝大多数“电极汞灯”都紧凑，其小巧的身材让我们有条件将它搬进赛宝的实验室。
那么二位参赛选手都已就位，比赛正式开始！
03
“表干时间”测试
首先两款UV灯在三防漆的“表干时间”上展开了PK。
这项测评我们采用的是中关村材料试验技术联盟刚刚发布的《印制电路板组件用敷形涂覆材料团体标准T/CSTM 00920-2023》。
具体操作是先将UV40滴在测试专用的电路板上，并用200微米治具刮出厚度一致的漆膜。
然后再用F300S和Intelliray600分别以1500、3000mJ/cm2两种光剂量对UV40的漆膜进行照射。
照射完毕后，立刻按照《团体标准T/CSTM 00920-2023》中提及的 “指触法”来对UV40漆膜的“表干”情况进行确认。
最后结果显示：
使用贺利氏F300S固化的UV40三防漆，哪怕辐照的UV光剂量只有1500 mJ/cm2，也能实现光照后的即刻“表干”。
反观Intelliray600，即便调用了3000mJ/cm2的大剂量光照，UV40的表面也依然“粘手”，必须在湿气的帮助下再经历23个小时的缩合反应才能完成“表干”进程……
考虑到三防漆的“表干时间”直接关系到喷涂车间的生产效率，那么也就难怪HumiSeal会在用户搭配何种UV灯的问题上如此较真了！
只不过“表干时间”毕竟只是一个间接的指标，单凭这一项数据就说哪种UV灯更好未免有点武断。
所以接下来我们又做了“傅立叶红外光谱”测试，希望再从微观的分子层面观察一下二者的差异。
04
“傅立叶红外光谱”测试
因为分子里的化学键在振动时会吸收相应波长的红外光，所以记录这个信息的“傅里叶红外光谱”也就被称为了“分子的指纹”。
那么基于这个原理，我们只要打出两组UV40三防漆的红外光谱，就能看出它们的固化进程在分子层面究竟存在何种差异了。
考虑到UV三防漆的固化，其实就是树脂单体分子的“双键”不断被UV光“打开”的过程。那么要想判断哪组UV40固化得更彻底，只需看一下谁的“双键”剩得更少就行了！
不过为了让测试结果更加简洁，我们这次只选择了表征“C=C-H”双键结构的810cm-1波数红外峰为研究对象。
从下面的拆分图可以更清楚地看到：
未经UV光照射的UV40原液在810cm-1处的峰面积高达5.58——这个数值可以简单粗暴地理解为UV40里面原本含有的“双键”数量级。
相较之下，经过Intelliray600照射的UV40在此处的峰面积就变成了0.69——相对于原液的5.58，我们可以认为这组UV40的内部有0.67/5.58=12.4%的“双键”没能及时打开。这个情况体现在宏观层面，就是三防漆“尚未表干”！
反观F300S固化的UV40，810cm-1处的峰面积骤降为0.07——这意味着F300S发射的UV光一举将UV40内部超过99%的“双键”成功打开，可谓保质保量地完成了固化任务！
那么问题就来了——
F300S和Intelliray600同为大品牌的UV灯，这次照射三防漆的的UV光剂量也都一样，怎么最后固化出来的UV40差距就这么大呢？
要想说清这其中的缘由，就不得不提到一个令光固化反应颇为无奈的问题——氧阻聚！
05
UV光强 vs 氧阻聚
我们知道，UV三防漆里面有两个成分最为重要：
一个是含有“双键”的单体/低聚物树脂分子，它们是UV三防漆的主力成分；
而另一个，则是负责将光能转化为化学能，进而促使三防漆固化的“光引发剂”！
在这二位的通力配合之下，UV三防漆的光固化才得以实现。
具体来说，就是“光引发剂”被UV光照到之后就会先跃迁为“自由基”——没错，就是保健品广告中经常说的那个导致衰老的“自由基”。
因为“自由基”极其活泼，能够轻易从其它分子那里抢来电子，所以一直以来它都是以化学键“终结者”的形象出现。
UV光令光引发剂蜕变成“自由基”
（YT@nouryon）
但是正所谓任何事物都有两面性，在绝大多数情况下都以搞破坏为主的“自由基”，到了UV光固化反应里反倒具有了建设性——
它们能够轻易打开“单体/低聚物”分子里面的“双键”，进而触发一系列连锁反应，最终帮助“单体/低聚物”的小分子们彼此交联成超级大分子！
而这个过程体现在宏观，就是上一秒还是液体的UV三防漆，只是被UV光照了一下就立刻固化了！
“自由基”引发单体和低聚物的聚合
（YT@nouryon）
只不过正所谓螳螂捕蝉黄雀在后，就在“自由基”一门心思要“搞”别人的时候，其实它自己也早被“人”盯上了！
而这个盯上它的“人”，正是空气中无处不在的氧气！因为氧气本身就非常活泼，所以当它遇到同样活跃的“自由基”后二者就会优先发生反应。
有研究表明，“自由基”与氧气的反应速率要比与单体/低聚物的反应快上104~105倍！
也就是说，那些刚被UV光制造出来的“自由基”，大部分都还没来得及对单体/低聚物的“双键”下手，自己就先被氧气给“拿下(猝灭)”了！😅
于是就有了这么一个很“反直觉”的现象——
表层的UV三防漆明明得到了最多UV光，理应也固化得最充分才对；但是因为那里氧气的浓度也最高，结果反而连最基本的“表干”都成了问题！
鉴于这个情况过于“奇葩”，人们还专门给它起了个名字叫做——氧阻聚。
不过“氧阻聚”的问题也不是没办法解决，其实只要提高UV光强就行了。
有研究人员做过相关实验，发现在总的UV光剂量同为6000mJ/cm2的情况下，如果用1000mJ/cm2/次的低光强分6次照射UV胶，最后只能让15.31%的分子交联；
但是如果换成6000mJ/cm2/次的高光强，虽然只照射1次，但是UV胶的交联度依然达到了43.65%！
（照射条件对UV光固化丙烯酸酯压敏胶性能的影响_郭瑞林）
果然不出所料——
“电极汞灯”Intelliray600的UVC光强仅为28.573mW/cm2；与之相对 “微波无极UV灯”F300S的这个参数足足高出12倍，达到了359.487mW/cm2！
由此可见，“微波无极UV灯”的高光强属性在保证UV三防漆的“表干”上发挥了决定性的作用。
至于为什么“微波无极UV灯”的光强就能比“电极汞灯”高出这么多，这就和它们的发光原理有关了。
Stefan-Boltzmann
其实从名称上也能看出来，“电极汞灯”和“微波无极UV灯”最大的区别就是前者的灯管里有两根“电极”结构，而后者却没有。
这个差异有两个影响，一个是令它们电离氩气的方式不一样，具体可以参见上一期的《有极vs无极,闲话UV胶的UV灯(一)》；
“电极汞灯”与“微波无极UV灯”的发光原理
而另一个影响，就是让两种UV灯管的个头大小出现了极大的差距——
因为要给“电极”结构留出足够的安装空间，所以“电极汞灯”的灯管一般都被做得像“擀面杖”似的又粗又长。
而“微波无极UV灯”就不一样了，它的灯管只是一个空心的玻璃泡，因为里面没有任何工程结构，所以就能做得如“铅笔”般短小精悍！
但是谁能想到，正是这个看似无关紧要的个头差异，竟然会引发一系列连锁反应，最终让发光原理一模一样的两种UV灯却在UV光强的表现上拉开了巨大的差距！
“电极汞灯”与“微波无极UV灯”的大小比较
而这其中的逻辑要想说清楚，就还得从UV灯管里Hg蒸汽的辐射光谱说起——
当Hg原子被氩气等离子激发后，会辐射出多种频率的光线。这其中既有我们想要的UV光，也有红绿蓝黄之类的可见光。
不过唯独在红外光的这个波段，Hg原子基本是没有什么谱线辐射出来的！
但奇怪的是，当我们观察UV灯实际发出来的光谱，却赫然发现红外光才是其中的主角，而我们费了好大劲制造出来的UV光反倒只占了其中很小的一部分！
（综合《辐射固化材料及其应用》陈用烈; www.eta-uv.com; 贺利氏产品手册数据整理）
之所以有这种情况，主要是因为UV灯一通电就会先把灯管里氩气电离成高温等离子体，这些等离子体本质上就是一团高速乱飞的氩原子核与自由电子，它们除了会“撞到”我们想让它们撞的Hg原子外，还会无差别地“撞击”灯管的内壁！
这种“撞击”转化成内能足以让灯管的石英玻璃飙升到接近1000℃的高温，结果大量的红外光都被灯管自身制造出来了！
UV灯管是红外热辐射的主要来源之一
对于这种红外热辐射，在热力学里有一个非常著名的数学模型来描述，这就是黑体辐射三定律之一的Stefan-Boltzmann定律！
这个定律告诉我们，一个黑体辐射出的热量与它自身温度的4次方成正比，同时还与它自身的表面积成正比。
Stefan-Boltzmann定律
也就是说，要想评估一盏UV灯辐射出来的红外光是多还是少，只要看看它的灯管表面积就能猜出个大概了——
果然，“微波无极UV灯”的灯管又细又短，所以发出的红外光仅占整体输出的18%；
而又粗又长的“电极汞灯”则因为灯管的表面积太大，最终让红外光占比高达34%！
电极结构令“电极汞灯”的体积大于“微波无极UV灯”
但是这还没完，接下来还有能量守恒定律登场呢——
在耗电量相同的情况下，如果输出的红外光占比太高，那么UV光的份额必然就会相应减少！
于是我们就看到，辐射了34%红外光的“电极汞灯”，最后发出的UV光只有可怜的13%；
而红外热辐射仅有18%的“微波无极UV灯”，却输出了高达36%的UV光！
（《辐射固化材料及其应用》陈用烈）
再加上“微波无极UV灯”的投影面积又比“电极汞灯”小了好多倍，这就让它照在三防漆上的UV光强更上一层楼了！
如此看来，贺利氏的F300S“微波无极UV灯”在“表干时间”上的表现如此突出并不是偶然的。其远远高于“电极汞灯”的UV光强让UV三防漆的固化性能得到了极大提升。
（综合《辐射固化材料及其应用》陈用烈; www.eta-uv.com; 贺利氏产品手册数据整理）
但是实际上作为UV三防漆，“表干时间”只是影响到生产效率，其深层固化的效果则直接影响到了对电路板的防护性能。
这一点我们在拉伸强度测试中同样能够看出差距，而这其中又涉及到UV光固化过程中重要的理论——比尔朗伯定律。
不过篇幅所限只能暂时搁笔，不如留待下期我们再细细解读吧！
精彩往期
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