7.4 UV-Aushärtung und -Aufbereitung

Bei der UV-Aushärtung werden lichthärtende Chemikalien für Werkstoffe eingesetzt und mit energiereicher UV- oder sichtbarer Strahlung zum Zwecke der Aushärtung bestrahlt. Dies führt zu einer Beschleunigung der Polymerisation (Vernetzung) und damit zu Aushärtungs- oder Trocknungsvorgängen. Die eingestrahlte Energie muss dabei kontrolliert werden, da bei einer zu geringen Dosis das Produkt nicht ausgehärtet und bei zu hoher dieses geschädigt wird.

Beim Aushärtungsvorgang entspricht die Strahlendosis der Energiemenge, die für das Zielprodukt eingeteilt wird. Dies geschieht in Form der Bestrahlung (Energie pro Oberflächeneinheit) und wird für gewöhnlich als zeitlich verteilte Bestrahlungsstärke gemessen.

J/cm² = W/cm² · Sekunden

Da die hierfür eingesetzten energiereichen UV-Quellen eine nicht lineare Materialverschlechterung aufweisen, muss die UV-Ausbeute regelmäßig überwacht und kontrolliert werden.

Diese hohen UV-Pegel stellen besondere Anforderungen an die für die Anwendungen relevanten Messgeräte.

Die für die Aushärtung ebenfalls relevante ultraviolette Energie macht nur einen kleinen Bereich der spektralen Bandbreite innerhalb des gesamten Lampen-Emissionsspektrums und der spektralen Empfindlichkeit des unbedeckten Detektors aus.

Optische Bandbreitenfilter dienen folglich zur Eingrenzung der Detektor-Empfindlichkeit in Bezug auf den entsprechenden spektralen Bereich.

Abb. 1: Spektraler Bereich bei der UV-Aushärtung

Konventionelle UV-Detektoren für Bestrahlungsstärke weisen nach einer gewissen Zeit Abweichungen und Instabilität auf. Dies ist bedingt durch schwierige Umweltbedingungen während des UVAushärtungsvorgangs. Es kann zu Solarisation, Beschlagen und sogar Schichtablösung der Filter und anderer optischer Komponenten kommen. Dies wirkt sich nicht nur auf eine Veränderung der absoluten, sondern auch der spektralen Empfindlichkeit des Detektors aus. Bei Re-Kalibrierung ist es unabdingbar, neben der Ermittlung und Neuanpassung der absoluten Empfindlichkeit, einen vollständigen spektralen Empfindlichkeitstest durchzuführen. Ansonsten könnte eine Veränderung in der spektralen Empfindlichkeit unentdeckt bleiben. Ist dies nicht der Fall, kann ein vermeintlich neu kalibrierter Detektor häufig fälschliche Messwerte aufweisen, die dem Endverbraucher dann so vorliegen.

Abb. 2: Detektor zur UV-Aushärtung

Neu entwickelte Detektoren basieren auf dem Integrationselement RADIN™. Es erweist sich gegenüber hohen UV-Strahlen und Temperaturbedingungen bei der UV-Aushärtung als stabil und sorgt zudem für eine langlebige Stabilität und Messgenauigkeit. Wichtige Komponenten im Detektor werden nur teilweise direkter Bestrahlung ausgesetzt.

RADIN ist ein Markenname von Gigahertz-Optik.

Das am besten geeignete Detektor- Ansprechvermögen lässt sich auf das Absorptionsspektrum der verwendeten lichthärtenden Chemikalie einstellen. Auf diese Weise kann der Detektor das zu härtende Produkt spektral nachbilden.

Die für das Messsystem eingesetzte(n) Lampe(n) werden vom Hersteller ausgesucht, damit eine optimale Aushärtung innerhalb dieses wirksamen Bandbreitenfilters erreicht werden kann.

Bei Lampenaustausch ist es wichtig, dass die neuen Lampen eine ähnliche spektrale und absolute Lichtausbeute wie die alten aufweisen, sodass die errichteten Prozessparameter nicht unwirksam werden.

Hinzu kommt, dass ein ordnungsgemäßes Festhalten der Ergebnisse und Informationen bezüglich der spektralen Ansprechfunktion des Detektors mit einer Aussage über jede gemessene Größe einhergeht, denn UV-Detektoren verschiedener Hersteller können sehr unterschiedliche spektrale Ansprechvermögen aufweisen. D. h., sie werden trotz gleicher Testbedingungen unterschiedliche Messwerte anzeigen.

Da es bei UV-Messungen zu zahlreichen Fehlern kommt, können selbst zwei Detektoren desselben Herstellers unterschiedliche Messwerte erzeugen.

Bei Feldversuchen werden Messwertabweichungen von ±10 % im UV-A-Bereich als akzeptabel eingestuft.

Je näher man kürzeren Wellenlängen kommt, desto mehr nehmen die Messunsicherheiten zu.

Es darf nicht vergessen werden, dass UVMessgeräte wissenschaftliche Geräte sind, mit denen zuverlässige und wiederholte Messungen bei sehr schwierigen Bedingungen durchgeführt werden sollen.

Darüber hinaus ist es wichtig, dass die herstellerspezifischen Kalibrierzyklen eingehalten werden. Diese können auch verkürzt werden, sobald inakzeptable Veränderungen bei der Re-Kalibrierung auftauchen. Dies resultiert in einem maßgeschneiderten Re-Kalibrierprogramm für den Endverbraucher.

Empfehlenswert ist auch ein verfügbares Zweitgerät. Dies sollte nur für interne Kalibrierprüfungen der Arbeitsinstrumente verwendet werden.