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相较于LED灯和电极汞灯，埃赛力达特种光源(Excelitas)公司出品的微波无极UV灯不仅能发射“连续光谱”，还兼具了“高光强”的优势。正因如此，这款UV灯不仅被收录进了Parker Lord的《白皮书》中，更是被BMW选中配置在了自家的喷涂产线上！
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《白皮书》里的UV灯
在上一期推文中我们聊到了一种全新的动力电池绝缘方案——UV绝缘涂层。
这是BMW公司为了应对电动车日益增长的高电压平台需求，专门与德国涂料厂商Lankwitzer共同开发出来的全新涂层材料。
这种涂层最大的优势就在于保持了良好绝缘性能的同时又实现了与电芯外壳之间高强度的附着力，因此甫一推出就引发了新能源产业链的强烈关注，被认定有望取代沿用多年但粘接性能逐渐“掉队”的PET蓝膜！
（https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0408066EN/expansion-of-e-component-production-in-leipzig:-first-cell-coating-line-for-battery-modules-goes-on-stream）为了更全面地了解这种全新的UV绝缘涂层，我们在上一期对Parker Lord公司发行的《电池系统组件的绝缘防护技术评估白皮书》进行了一番解读，对于这种涂层方案的各项关键性能指标都建立了一个初步的认知。👇![]()
（https://ph.parker.com/us/en/product/sipiol-e1014790-uv-coating/sipiol-e1014790）不过就在这些信息之外，某些看似无关紧要的“细节”也引起了我们的注意——
比如在介绍UV绝缘涂层的固化条件时，Parker Lord就提到他们使用了一款名为Heraeus F300S的UV光源。这种光源按技术路线划分属于“微波无极UV灯”，它是Heraeus Noblelight旗下的Fusion UV公司在上世纪80年代开发出来的新型光源技术。
这个情况之所以引起我们的关注，是因为之前就听几个不同的信息渠道都提到过，BMW在自家喷涂产线上使用的也同样是这种“微波无极UV灯”！
注：Heraeus F300S所在的特种光源业务线已于2024年1月1日被埃赛力达(Excelitas)科技集团收购,以下均简称埃赛力达特种光源。（Parker Lord公司《电池系统组件的绝缘防护技术评估白皮书》）
要说这个“微波无极UV灯”也的确很不一样——单看它的灯管就能发现，相较于连着导线电极的LED灯和电极汞灯，这种UV灯的灯管里面竟然没有任何电路结构，从外观上来看它就是一只空的“玻璃泡”！这个“玻璃泡”之所以能够发出UV光，主要是靠着磁控管产生的微波来激发灯管内的汞蒸气，所以从发光原理来讲它和电极汞灯其实同属于“气体放电灯”。只不过由于技术门槛较高，“微波无极UV灯”的生产到目前为止几乎全都集中在了以埃赛力达特种光源(Excelitas)为首的极少数光源厂商手里。所以相较于百花齐放的电极汞灯和LED灯，这种UV灯可算是不折不扣的小众品类。然而就是如此“小众”的微波无极UV灯，却在备受瞩目的电芯UV绝缘涂层应用中力压各种主流UV光源，不仅成功拿下BMW项目，还在Parker Lord的《白皮书》中做为“御用”UV灯被点名推荐，这其中究竟是什么原因呢？
其实答案早就被Parker Lord写在了自家UV绝缘涂层产品Sipiol UV的TDS中——因为微波无极UV灯不仅能发出连续光谱，更重要的是还兼具高光强！![]()
Parker Lord公司 Sipiol UV系列产品TDS相信只要一提“连续光谱”，明眼人立刻就知道这是在针对LED灯了！果然，在Sipiol UV的TDS中我们就看到了这样的描述——LED灯也可以用，但是在UV照射后24小时内会存在“表干”问题。![]()
Parker Lord公司 Sipiol UV系列产品TDS因为当UV光照到涂层时，真正发生反应的其实是涂层里的光引发剂——光引发剂先是吸收UV光的能量转变成自由基，然后再以自由基的形态去引发涂层的交联固化。也就是说，UV涂层最后固化得好与坏，很大程度上取决于UV光能否将材料中的光引发剂更加充分地激发成自由基！但问题是光引发剂毕竟属于化学试剂，受到纯度和配方体系的制约，要想让它们更充分地向自由基转化，往往需要多个波长的UV光一起照射才行。如此一来问题就出现了——由于LED灯属于单色发光器件，虽然它的光强可以做得很高，但却偏偏只能发射出单一波长的UV光。这就导致相当一部分光引发剂都无法受激变成自由基，最终自然会出现Sipiol UV TDS中提到的“表干”问题了！![]()
(紫外光固化中常用引发剂对紫外可见光 (UV-VI)吸收的影响因素研究_余宗萍)
不过要想解决这个问题也很简单，把LED灯换成微波无极UV灯或者电极汞灯就行了～因为这两种灯都是通过气体放电来发光，所以它们的UV光谱就呈现出了连续性。虽然和LED灯比起来它俩的UV光强可能要弱一些，但是胜在能够全面覆盖光引发剂的整个吸收光谱，所以从最终的结果来看反而能将更多光引发剂都激发成自由基！![]()
(紫外光固化中常用引发剂对紫外可见光 (UV-VI)吸收的影响因素研究_余宗萍)其实上面这些分析也可以从BMW的喷涂产线上间接得到印证——虽然他们的产线也配置了LED灯，但只是用来做喷涂之后的预固化处理，真正担负起电芯UV绝缘涂层的固化任务的，只有微波无极UV灯！![]()
BMW电芯采用的全新绝缘方案——UV绝缘涂层
（https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0408066EN/expansion-of-e-component-production-in-leipzig:-first-cell-coating-line-for-battery-modules-goes-on-stream）
那么问题就来了，既然电极汞灯发出的也是连续光谱，为什么无论BMW的产线还是Parker Lord的《白皮书》，最终都只选了微波无极UV灯呢？原因总结起来就一个——因为微波无极UV灯具有更高的光强！就以最有代表性的微波无极UV灯——埃赛力达特种光源(Excelitas) F300S为例，如果将它与市面上数款主流电极汞灯进行比较就能发现，在灯管的单位长度功率相同的情况下，这种灯的UVA光强要远远高于电极汞灯。我们之所以特别关注UVA的光强，是因为UVA在UV光谱中穿透力最强，涂层的“深层固化”全靠它来搞定；但同时UVA在涂层中的衰减又很严重，如果入射光强不够，涂层的深处就得不到足够的光照，最终的固化效果就会受到影响！![]()
对于这个问题，光学领域的经验公式“比尔-朗伯定律”能帮我们建立起一个比较直观的认知——在这个公式中，出射光强I1 和入射光强I0 之间是对数关系；而变量就是涂层厚度l和吸光性能(K·c)。其中K是材料的吸光系数，c则是吸光物质的浓度。![]()
（https://zh.wikipedia.org）比如下图中的A液体，它的吸光性能是(K·c)=1.0，光线穿过之后只衰减了少许；但是再看B液体，它的吸光性能提高到了(K·c)=5.0，出射光线却几乎衰减殆尽了！也就是说，虽然B液体的吸光性能只提高了500%，但是造成的光强衰减却远超500%！那么再让我们回看UV绝缘涂层，由于它的配方里包含了大量蓝色颜料之类的强吸光成分，因此可以想见，假如一开始UVA的入射光强就不足，最终触达涂层深处的UV光就更加不够了！![]()
（https://chemdictionary.org/beer-lambert-law/）接下来再让我们看看涂层的厚度l 又是如何影响光强的——
这次我们直接代入公式画出曲线：在不考虑吸光性能(K·c)的情况下，只是单纯改变涂层厚度l的取值，就会发现随着涂层厚度的增加光强不是渐进式的线性衰减，而是刚一进入涂层就立刻出现断崖式下跌！
由此可见，UVA在绝缘涂层内的传播的确有够“坎坷”，所以要想保证涂层的深层位置也能享用到足够的UV光，就必须选用UVA光强尽量高的UV灯。
而这一点想必也正是BMW和Parker Lord不约而同都选择了微波无极UV灯的原因吧！
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BMW电芯采用的全新绝缘方案——UV绝缘涂层
（https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0408066EN/expansion-of-e-component-production-in-leipzig:-first-cell-coating-line-for-battery-modules-goes-on-stream）
不过以上分析纯属纸上谈兵，真实情况究竟如何还需实践检验。恰好前一段我们在国内最权威的电子材料可靠性验证中心中国赛宝实验室的协助之下对于UV光强如何影响UV涂层的固化做了一个测评，在此我们不妨做一个简单的回顾！![]()
为了让测试结果更明显，我们选择了UVA光强255.44mW/cm²的电极汞灯Intelliray 600，和UVA光强高达955.37mW/cm²的微波无极UV灯埃赛力达特种光源(Excelitas) F300S。这两盏灯UVA光强的数值是在100mm高度下，使用EIT UV Power Puck 2能量仪测得的。![]()
具体操作是，先将涂层材料（HumiSeal UV40）倒入2mm深的PTFE模具中；
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UV胶测试样片的制样
然后分别用Intelliray 600和Excelitas F300S两盏UV灯对其以3000mJ/cm²的光剂量进行照射；![]()
参与测试的UV光源设备
待固化完毕后得到了两组2mm厚的片材，然后再将它们模切成哑铃状的测试样片；
最后基于GB/T 528-2009橡胶拉伸应力应变性能测试标准对样片进行拉伸强度测试。
GB/T 528-2009橡胶拉伸应力应变性能测试从测试数据来看，使用高光强的F300S固化的UV涂层其拉伸强度为28.3Mpa；而使用较低光强的Intelliray600固化的那一组数值就降低到了22.8Mpa。由于高分子材料固化后的拉伸强度直接反映了材料内部分子链结合的紧密程度，因此从中我们就可窥一斑而见全豹地了解UVA光强的差异究竟会让UV绝缘涂层的固化性能有何不同了！![]()
中国赛宝实验室-UV40固化性能检测报告
至此我们大致分析出了Parker Lord和BMW对于微波无极UV灯情有独钟的原因。![]()
