紫外能量計在紫外光固化中的計量與標(biāo)定

紫外能量計主要用于紫外光固化中輻射能量的監(jiān)測，紫外光輻射固化技術(shù)經(jīng)過近30年的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、膠粘劑和電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。以下本文介紹紫外光輻射固化領(lǐng)域中常用的輻射度計量名詞術(shù)語、單位及定義，紫外輻射度國家標(biāo)準(zhǔn)體系。重點關(guān)注紫外能量計量在紫外輻射固化領(lǐng)域中的重要性，紫外輻射照度計/能量計是定量測量到達涂層表面的輻射照度計/能量的儀器，定期對測量儀器進行校準(zhǔn)是確保量值準(zhǔn)確可靠的唯一途徑。唯有確保紫外輻射能量值才能提高紫外光輻射固化效率。

一：紫外光輻射固化技術(shù)
? ? ? 紫外光輻射固化的基本含義就是利用紫外光（UV）或電子束為能源，引發(fā)具有化學(xué)活性的液體配方，在基體表面實現(xiàn)快速反應(yīng)的固化過程。這種新型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)具備固化速度快、涂層質(zhì)量高、污染少、低耗能等各項優(yōu)勢，因此輻射固化技術(shù)及其所獲得的各種材料及產(chǎn)品被譽為面向21世紀(jì)的綠色工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品。
? ? ? ?隨著紫外光輻射固化技術(shù)的逐漸成熟，市場的逐步擴大，紫外光源輻射的準(zhǔn)確計量顯得日益重要。紫外輻射能量計能為產(chǎn)品的生產(chǎn)過程提供可靠的參數(shù)依據(jù)，加強質(zhì)量控制，提高生產(chǎn)效率，節(jié)耗節(jié)能，為生產(chǎn)廠家及最終使用客戶在生產(chǎn)上提供界定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于紫外輻射照度計/能量計自身的特點，為了確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，必須按照規(guī)定定期到權(quán)威計量部門或廠家進行校準(zhǔn)。
? ? ? ?以下資料信息詳細詳細介紹了紫外輻射固化領(lǐng)域中常用的輻射度計量名詞術(shù)語，我國的紫外輻射度計量體系和量值溯源問題，國際比對結(jié)果及量值的國際一致性，最后討論了紫外輻射固化領(lǐng)域中應(yīng)注意的計量問題。
二：光譜輻射度計量術(shù)語
? ? ? ?在紫外輻射固化領(lǐng)域中常常用到光譜輻射度計量學(xué)名詞術(shù)語，為了便于理解和國際交流，應(yīng)當(dāng)規(guī)范使用這些名詞術(shù)語，否則易引起混淆。
? ? ? ?表1：紫外光輻射固化領(lǐng)域中常用的輻射度計量名詞術(shù)語、單位及定義。

三：我國建立了紫外輻射度計量基準(zhǔn)裝置
? ? ? 光譜輻射照度是光學(xué)領(lǐng)域的重要基本量值，是世界上各個國家獨立復(fù)現(xiàn)、保存的重要基準(zhǔn)量值，也是一切紫外輻射度量值溯源的源頭。我國的光譜輻射度國家基準(zhǔn)裝置建于1975年，波長范圍為250nm~2500nm，覆蓋了紫外、可見和近紅外波長范圍，30年來為我國的光譜輻射亮度和照度測量提供了最高計量標(biāo)準(zhǔn)。

紫外輻射照度工作基準(zhǔn)主要由光譜輻射照度標(biāo)準(zhǔn)燈、紫外光譜輻射計、標(biāo)準(zhǔn)紫外輻射照度計、各種紫外光源等組成（見圖2）。根據(jù)當(dāng)時的市場需要，1989年建立四個波段的標(biāo)準(zhǔn)。A1波段：320nm-390nm,峰值波長lp:360nm±5nm；A2波段：365nm，峰值波長lp:365nm±1nm，峰值半高寬度Dl? ? ? ? 為了滿足市場對高能量多波段紫外輻射照度計/能量計校準(zhǔn)的需求，我公司現(xiàn)已研發(fā)生產(chǎn)高能量紫外輻射照度計/能量計以及多波段紫外輻射照度計/能量計標(biāo)準(zhǔn)檢測儀器，采用光譜波長輻射計對應(yīng)用光源的光譜輻射照度進行準(zhǔn)確測量，以確保并提高紫外光輻射固化生產(chǎn)效率。
四：紫外輻射度量值的國際比對與國際量值的一致性
? ? ? ?國際計量局BIPM是國際最權(quán)威的計量組織，下設(shè)光度輻射度專業(yè)委員會 CCPR，其宗旨是負責(zé)定期組織世界范圍內(nèi)的光度輻射度量值的國際比對，確保量值的國際一致性。紫外輻射照度/能量計是定量測量紫外光源的輻射照度/能量的儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事國防、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、電光源和環(huán)境保護等領(lǐng)域。然而到目前為止，國際上還沒有定標(biāo)這種寬波段紫外輻射計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。2002年12月，亞太計量組織APMP組織了UVA探測器的照度響應(yīng)度國際比對，尚屬國際上首次此類型比對，旨在評定各參加實驗室的光電探測器在定標(biāo)和測量UVA照度響應(yīng)度時的等價性。比對的主導(dǎo)實驗室是新加坡，共有澳大利亞、南非、日本、臺灣、韓國、中國、新西蘭、新加坡等8個國家級實驗室參加（新西蘭由于比對時間沖突退出比對）。表2是各參加實驗室與國際參考值之間的相對偏差與不確定度。

表2：各參加實驗室與國際參考值之間的相對偏差與不確定度

國際比對表明：我國（NIM）的紫外輻射照度測量水平在國際上處于領(lǐng)先地位。對于窄波段UV365照度響應(yīng)度，我國的量值與國際參考值最為接近，偏離量僅為-0.25%；對于寬波段UVA照度響應(yīng)度，我國的量值與國際參考值之間的偏離量為-0.29%。1999年，中國計量科學(xué)研究院代表中國在國際計量局(BIPM)簽署了國家測量標(biāo)準(zhǔn)及國家計量研究院出具的校準(zhǔn)和測量證書相互承認協(xié)議。我國紫外輻射照度校準(zhǔn)項目被列入國際質(zhì)量及相關(guān)量校準(zhǔn)/測試(CMC)互認項目。因此，中國計量院出具的證書具有國際通用性。
五：紫外能量計計量在紫外輻射固化領(lǐng)域中的重要作用
? ? ? ?如何確保油墨、涂料等產(chǎn)品的質(zhì)量，怎樣才能真正地實現(xiàn)生產(chǎn)的節(jié)能高效？隨著科技的發(fā)展，企業(yè)在追求產(chǎn)品數(shù)量的同時，越來越注重產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而計量是確保產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段。從事紫外輻射固化的企業(yè)正在飛速增加，越來越多的廠家已經(jīng)認識到紫外輻射定量測量對產(chǎn)品的重要性。目前普遍存在的問題是：廠家在購買紫外輻射測試儀器的同時，不清楚儀器是否需要定期校準(zhǔn)，應(yīng)到什么地方進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)周期是多長？有些人認為國外的計量標(biāo)準(zhǔn)一定比中國強，寧肯依賴國外的廠家標(biāo)準(zhǔn)，也不愿信賴我國的國家標(biāo)準(zhǔn)。有的單位在研究涂料或油墨配方的過程中，沒有充分認識到紫外輻射照度的定量測量問題，一旦產(chǎn)品出了問題，無法做出迅速而準(zhǔn)確的判斷，不知是光源的問題還是膠或油漆的問題，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。
? ? ? ?1：輻射固化領(lǐng)域中紫外能量計測量的重要性
? ? ? ?紫外光源在使用過程中，隨著時間的增加，輻射照度逐漸衰減。當(dāng)輻射照度低于某個定值時，輻射過程不能徹底完成，該值稱為臨界值。當(dāng)輻射照度低于臨界值時，光源不能繼續(xù)使用，必須進行更換。否則會對生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。紫外輻射照度對涂料的深層固化具有直接的影響。當(dāng)紫外輻射照度過強，而輻照時間不變的情況下，會產(chǎn)生涂層老化，如果紫外輻射照度太弱，達不到良好的固化效果。紫外輻射照度/能量計是對紫外光源到達涂層表面的輻射照度/能量進行專業(yè)定量測量的儀器，能為產(chǎn)品的生產(chǎn)過程提供可靠的參數(shù)依據(jù)，促使企業(yè)加強質(zhì)量控制，達到節(jié)約能源、降低廢品率的目的，并且能為紫外設(shè)備生產(chǎn)廠家、涂料油墨生產(chǎn)廠家及最終使用客戶在生產(chǎn)上提供界定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
? ? ? ?2：測量儀表定期進行校準(zhǔn)的必要性
? ? ? ?通過使用紫外輻射照度/能量計對紫外固化光源進行定量測量，實現(xiàn)了定性到定量的轉(zhuǎn)變，能夠確保產(chǎn)品的質(zhì)量。目前國際上還沒有統(tǒng)一的紫外輻射度測量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，導(dǎo)致不同國家、不同廠家生產(chǎn)的儀器量值相差甚遠。另外與可見光測量儀器相比，紫外輻射照度/能量計的穩(wěn)定性相對較差，量值易發(fā)生變化。根據(jù)紫外輻射照度計國家檢定規(guī)程JJG879-2002，為了確保紫外輻射測量領(lǐng)域量值的統(tǒng)一，必須定期到規(guī)定的計量部門進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)周期建議為一年，可根據(jù)儀器的使用頻率和準(zhǔn)確度要求適當(dāng)縮短。
? ? ? ?紫外輻射照度/能量計的特殊組成結(jié)構(gòu)是必須定期校準(zhǔn)的又一重要原因。由于工藝水平和技術(shù)條件的限制，紫外照度/能量計的UVA濾光片在潮濕環(huán)境下很容易發(fā)生霉變，UVC濾光片的峰值可能會隨時間漂移，這些因素直接影響了量值的穩(wěn)定性。檢定規(guī)程要求紫外照度計的探頭必須保存在干燥器皿中，以阻止霉變的可能。但是由于紫外輻射固化領(lǐng)域的特殊工作環(huán)境，以及測量儀表的探頭與顯示儀表一體化的條件限制，將儀表長期放置的干燥環(huán)境中是不切實際的。因此，儀器的量值發(fā)生變化的可能性較大。
? ? ? ?紫外輻射固化領(lǐng)域使用的光源一般是高強紫外光源，測量儀表的探測器組成材料在強紫外光源的長期輻照下，很容易發(fā)生老化現(xiàn)象，影響儀器的量值穩(wěn)定性。
? ? ? ?綜上所述，定期對紫外輻射照度/能量計進行校準(zhǔn)是非常必要的，是確保量值準(zhǔn)確可靠的唯一途徑。紫外輻射固化的應(yīng)用技術(shù)正在迅速發(fā)展，紫外輻射能量定量計量的重要性正在被接受并重視。中國計量科學(xué)研究院一直致力于不斷提高紫外輻射度的計量能力和水平，為各應(yīng)用領(lǐng)域提供準(zhǔn)確可靠的計量標(biāo)準(zhǔn)。